采用单芯片FIFO设计的GPIB接口专用芯片TNT4882的特性及应用研究

1、概述

TNT4882是美国NI公司的一款单芯片、高速、听/讲功能的兼备的GPIB（General purpose interface bus）接口专用芯片。它内部集成了Turbo488（高速传输电路）以及NAT4882（IEEE488.2兼容电路），并拥有诸多新的特性，能够兼容ANSI IEEE Standard 488.1和ANSI IEEE Standard 488.2规范，因而可以为GPIB系统提供一套完整的解决方案。为了达到更高的传输速率。TNT4882采用了单芯片FIFO缓存电路设计，其内置的16个增强型IEEE 488.1兼容收发器可以直接连接GPIB总线，以实现HS488传输模式（一种新的GPIB高速传输模式）。在兼容性方面，它与以往使用的μPD7210、TMS9914A中的寄存器设置完全兼容，用户可以将以前所用的代码直接移植到TNT4882上。同时，它所包含的Turbo488电路及其诸多新特性也可以在一定程度上减少软件的开销。另外，TMT4882还具有灵活的CPU接口，可以方便地连接各种16位或8位微处理器，并将CPU发出的消息和信号转化成相应的GPIB消息和信号，以使实现GPIB设备和CPU及内存之间的通信。

2、内部结构和外围时钟电路

2.1 TNT4882的内部结构

TNT4882的内部结构以其工作模式的不同而有所不同。工作模式可分为单芯片模式和双芯片模式两种，而双芯片模式又可分为Turbo+7210模式和Turbo+9914模式。工作模式的选择和转换由寄存器的设置来决定，不同的工作模式决定着FIFO与GPIB的连接方式、寄存器的状态和访问属性。

在双芯片工作模式下，NAT4882相当于μPD7210（Turbo+7210模式）或TMS9914A（Turbo+9914模式），但功能更加强大。此时的结构及工作过程如图1所示。当前GPIB写数据时，CPU首先将数据写入TNT4882的FIFO里，并由传输状态机将数据从FIFO传至NAT4882电路，再由NAT4882电路将数据传送至GPIB上；而当从GPIB上读数据时，过程则正好相反。

在单芯片工作模式下，FIFO可直接与GPIB相连而不需要传输状态机，其结构如图2所示。此时，TNT4882中寄存器的设置与Turbo+7210模式类似。

由于单芯片模式采用的是最简单且最快速的结构，且是NI公司推荐的TNT4882工作模式，因此，本文主要讨论这种模式。

2.2 外围时钟电路

TNT4882工作时需要40MHz的驱动时钟，产生时钟信号的方法有两种：一是采用40MHz的CMOS晶振，将晶振的输出接至TNT4882的XTALI管脚，并将XTALO管脚悬空；二是采用如图3所示的外围时钟电路。

3、寄存器简介

TNT4882内部寄存器的数量和种类都很多，而且在不同的工作模式下，寄存器的情况又不尽相同。本文只对单芯片模式以及与最基本的GPIB操作有关的一些寄存器进行简要地介绍。

需要注意的是，TNT4882内部的寄存器都是8位的。所以，每个寄存器的控制字也必须是8位。寄存器的地址通常是TNT4882的基地址加上各个寄存器所对应的偏移量。TNT4882的基地址由硬件电路决定，而每个寄存器对应的偏移量则是固定的，其范围从0至0x1F。寄存器有三种类型：只读、只写和读/写。表1列出了一些比较重要的寄存器类型。

表1 TNT4882的部分寄存器

4、软件编程

TNT4882是一种需要软件编程的集成电路。其内部各个寄存器的状态决定或标志着芯片及GPIB的工作状态。在GPIB接口设计中，只有通过编程对寄存器进行正确设备，才能实现对GPIB的各种操作。以下是编程的基本思路和注意事项。

4.1 芯片初始化

最典型的初始化程序需完成以下工作：

（1）复位TNT4882器件中的Turbo488电路；

（2）将TNT4882设置成Turbo+7210模式；

（3）将TNT4882设置成单片机模式；

（4）使Local Power-On信号有效；

（5）配置TNT4882以为GPIB操作作准备，其具体任务是设置TNT4882的GPIB地址、设置初始串行轮询响应、设置初始并行轮询响应、清除或设定中断、设置GPIB握手参数等。

（6）清除Local Power-On信号，开始GPIB操作。

上述工作只是编程时考虑实现各种功能的基本原则，设计得可以根据自己的实际需要，对TNT4882进行适当的编程，而没有必要完成每种功能的设置。

4.2 GPIB数据传输

用TNT4882进行GPIB数据传输时，需经历初始化、数据传输和传输终止三个阶段，传输初始化步骤如下：

（1）正确设置TNT4882的地址模式。在GPIB写操作之前，应将TNT4882设置成讲状态；而在GPIB读操作之前，要将TNT4882设置成听状态；

（2）清空FIFO，为数据传输作准备；

（3）向配置寄存器中写入正确的控制字以设定传输参数；

（4）将欲传输字符个数的二进制补码写入计数寄存器；

（5）如果需要的话，可以设置DMA参数并使用DMA方式进行传输；

（6）根据需要，合理设置或清除中断；

（7）向TNT4882发送传输命令。

在传输初始化完成之后，就可以在系统内存和GPIB之间传输数据了。此时，所要考虑的只是如何协调内存和FIFO间的工作，而TNT4882会自动管理FIFO与GPIB间的数据传输。通常可以选择两种传输方式：DMA方式和程序控制方式。若使用DMA方式，则必须在传输初始化时对TNT4882进行正确设定。如果使用程序控制方式，则需设计控制程序来对数据传输进行管理。控制程序的基本流程如图4所示。

当数据传输终止时，还应进行以下几步操作：

（1）向TNT4882发送停止命令；

（2）若使用了DMA方式，还需禁止外部的DMA控制器；

（3）清除所有的中断设置。

5、结束语

使用TNT4882时，除了要求外接一个40MHz的外部时钟以外，几乎不需要其它任何辅助电路，因而大大简化了接口电路的设计和开发。通过笔者的实验证明：TNT4882是一款廉价的、高性能的GPIB接口专用芯片，是GPIB接口设计的理想选择。

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