用增强并口ＥＰＰ协议扩展计算机的ＩＳＡ接口
摘要：提出了用ｅｐｐ协议和ｃｐｌｄ扩展笔记本电脑的ｉｓａ接口的方法，给出了详细的技术解决方案。扩展的ｉｓａ接口可以达到１３１０ ｋｂ／ｓ的双向通讯速度，与ｉｓａ本身的速度相当。用户可以通过扩展的ｉｓａ接口直接使用市场上的基于ｉｓａ的接口卡。
关键词：ｉｓａ 标准并口 增强并口 复杂的可编程逻辑器件
利用微机开发便携式的数据采集、控制系统一直是微机应用系统开发者十分关心的课题。特别在是基于笔记本电脑的数据采集和控制系统中，这一点显得尤为重要。传统的数据采集和控制系统是针对台式机或者工控机设计的，一般都做成了标准的插卡，如ａ／ｄ卡、ｄ／ａ卡、ｒｓ２３２扩展卡等等，用户根据自己的实际需要选取合适的插卡，安装在自己的计算机中，再编写所需要的程序。但是在基于笔记本电脑的应用系统中，由于其没有扩展槽，如果用户自己不再配一个扩展箱，就不能配置现成的插卡。扩展箱的主要功能是扩展笔记本电脑的各种外围接口，即把笔记本电脑的功能扩展为与一个台式机相同的功能。它需要单独的电源供应，体积比笔记本电脑本身大，又比笔记本重的多，价格在人民币７０００～１００００元左右。如果能够找到一种便捷的方法，为笔记本电脑提供一个标准的总线接口，如ｉｓａ接口，那么现在市场上大部分的插卡都可以用在笔记本电脑上，不仅为用户节约了一个扩展箱投资，而且还为用户提供了更加广阔的选择余地。本文提出了解决该问题的一个完整的技术方案。
１ ｅｐｐ并口
最初的计算机并口只是为打印机设计的，数据只是单向传输。ｉｂｍ公司引进了ｐｓ／２设计后，并口开始支持双向数据传输，但是ｐｓ／２实际上并没有成为一个为业界广泛认可的双向并口模式。１９９２年，由ｉｎｔｅｌ、ｘｉｃｏｍ和ｚｅｎｉｔｈ公司共同制定了ｅｐｐ１．７标准。以后ｉｅｅｅ又发展了ｉｅｅｅ１２８４的ｅｐｐ标准。实际上ｅｐｐ的标准共有三个，即ｅｐｐ１．７、ｅｐｐ１．９和ｉｅｅｅ１２８４，这些标准并不完全兼容，特别是ｅｐｐ１．７和ｉｅｅｅ１２８４之间，不过这些对用户的使用并没有太大的影响。文献[１]即是ｉｅｅｅ１２８４标准，其中规定了并口各种模式的详细的时序图，包括ｓｐｐ、ｐｓ／２、ｅｃｐ和ｅｐｐ模式。作者根据ｉｅｅｅ１２８４上规定的时序图进行了时序设计，而计算机上提供的ｅｐｐ版本是ｅｐｐ１．７或ｅｐｐ１．９，实际使用中它们没有不匹配的地方。
２ 用ｅｐｐ扩展ｉｓａ接口的总体设计
计算机主板上一般有２～３个ｉｓａ插槽，可以扩充一些ｉｓａ插卡。大多数基于ｉｓａ标准的微机数据采集和控制只用到了ｉｓａ接口的数据线、地址线、ａｅｎ、ａｌｅ、＃ｉｏｒ、＃ｉｏｗ等信号，有的也用到了中断和ｄｍａ的信号。只要了解这些信号之间的时序关系，我们完全可以自己用逻辑器件“制造”出ｉｓａ接口，文献[２]介绍了用单片机扩展总线的技术，包括ｉｓａ、ｓｔｄ总线等。作者曾经用并口的ｓｐｐ模式和８０ｃ１９６单片机扩展出了计算机的ｉｓａ接口，但是ｉｏ读写速度只能达到２０ｋｂ／ｓ左右，总体的效果不太理想。ｅｃｐ和ｅｐｐ都能进行高速双向数据通讯，但是ｅｃｐ的实现远比ｅｐｐ复杂的多，其性能和ｅｐｐ却大致相当，所以最终的方案采用了ｅｐｐ模式。由于单片机是一个单任务的串行控制器，如果它只是用来扩展ｉｓａ接口，那么可以达到比较高的速度；否则，ｉｓａ总线的速度会大大降低，最后变得失去使用价值，所以最终的外设芯片不能采用单片机，只能采用ｄｓｐ或者大规模的可编程逻辑器件。作者选用了后一种方案。
用ｅｐｐ扩展ｉｓａ口的硬件核心是一片可编程逻辑器件，如ｃｐｌｄ，它一方面负责与计算机通过ｅｐｐ协议进行双向数据通讯，另一方面负责产生ｉｓａ接口时序，系统体系相当简洁而高效，电路原理如图１所示。ｅｐｐ的数据线ｄ０～ｄ７和信号线ｎｗｒｉｔｅ、ｎｄｓｔｒｂ、ｎａｓｔｒｂ、ｎｉｎｉｔ、ｎｗａｉｔ、ｉｎｔｒ直接与ｃｐｌｄ的双向ｉ／ｏ线相连。另外，ｅｐｐ没有定义标准并口的第１２、１３、１５三个引脚，这些引脚用户可以灵活使用。电路图上并口的第１３脚和ｃｐｌｄ连了起来，可以提供其他的功能。ｃｐｌｄ提供了ｉｓａ接口的ｄ０～ｄ７，ａ０～ａ１５，ａｌｅ，ａｅｎ，＃ｉｏｒ，＃ｉｏｗ，ｉｒｑ、ｉｏｒｄｙ等信号。扩展的ｉｓａ接口提供了１６根地址线，可以寻址６４ｋ的ｉｏ空间，这比计算机所提供的ｉｏ空间（１ｋ）大了许多倍。用户可以专门设计具有６４ｋ寻址能力的数据采集和控制板，也可以用只有１ｋ寻址能力的数据采集和控制板，在这种情况下，地址线的高６位被忽略了，但这并不影响系统的正常使用。
３ 硬件操作方法
ｅｐｐ协议定义的并行口提供了四种传送周期：数据写周期、数据读周期、地址写周期和地址读周期。数据周期一般用于计算机和外设间的数据传送，地址周期一般用于传送地址、通道、命令和控制等信息。实际上，数据周期和地址周期并没有那么严格的界限，可以把地址周期看做另一种数据周期，二者并没有太大的区别。图２是ｅｐｐ数据写周期的时序图，图中的ｎｉｏｗ信号实际上在进行ｅｐｐ数据写时并不会产生，只不过是为了表示所有的操作都发生在一个ｉｏ周期内，只有这样，才能使ｅｐｐ获得ｉｓａ总线的数据操作速度。图２中的ｎｄａｔａｓｔｒｏｂｅ信号如果换为ｎａｄｄｓｔｒｏｂｅ信号，就是ｅｐｐ地址写周期。图３是ｅｐｐ地址读周期，也是发生在一个ｉｏ周期内。
ｅｐｐ定义了一个计算机用于控制外设初始化的信号：ｎｉｎｉｔ，如果用户不希望控制外设的初始化，则可以不处理这个信号；用户也可以挪用ｎｉｎｉｔ信号做其他的用途，在本设计方案的地址周期中，如果ｎｉｎｉｔ为高，则表示该地址对应ｉｓａ接口的高８位地址，否则，对应低８位地址。用这种办法解决了用８位的ｅｐｐ地址扩展１６位的ｉｓａ地址的难题。实践证明，这是一个方便实用的解决方法。
用ｅｐｐ扩展ｉｓａ接口，最根本的任务是把ｅｐｐ的数据读写周期快速地转化为ｉｓａ的ｉｏ读写周期。在ｉｓａ的时序中[３]，时钟的频率是４．７７ｍｈｚ，典型的一个ｉｓａ周期要用４个时钟周期，即大概１μｓ的时间。在ｅｐｐ的读周期中，ｅｐｐ首先发出读命令，然后等待ｉｓａ的数据响应，如果ｉｓａ仍然以４个时钟来进行ｉｏ读操作，那么ｅｐｐ很有可能会由于超时而发生时序错误，数据也必然会错。解决这个问题可以用提高ｉｓａ接口的时钟频率的办法，如提高到８ｍｈｚ甚至是１６ｍｈｚ，但是这样的话ｉｓａ卡可能会来不及响应而发生数据错误，所以这种方法不可取；另一种方法是改造ｉｓａ接口的时序，使得既能满足ｉｓａ卡的时序要求，又不至于造成ｅｐｐ的超时错误。仔细分析ｉｓａ的ｉｏ读时序，ｃｐｕ在ｔ１发出地址信号并发出ａｌｅ信号，在ｔ２发出读命令，在ｔ３采样ｒｅａｄｙ信号，以决定是否产生等待周期，如果不需要等待，则在ｔ４读取数据，完成整个读周期。可以发现，对于本系统，ｔ１周期是可以省略的，因为ｃｐｌｄ可以在ｅｐｐ的地址周期内设定要寻址的ｉｏ地址，而没有必要在ｉｓａ周期内再发送地址，这样ｉｓａ的ｉｏ读周期就从４个时钟减少到３个时钟；如果可以保证ｉｓａ卡设备可以在一个时钟内送出有效的数据，则ｔ３也可以省略，这样一个ｉｓａ读周期实际上只占用了两个时钟，不会造成ｅｐｐ的超时错误。对ｅｐｐ数据写周期，因为ｃｐｌｄ可以先把数据写到缓冲中，首先保证ｅｐｐ时序，再把数据从缓冲写到ｉｓａ设备中去，所以不会造成超时错误。ｉｓａ的读写时序经过这样的简化处理后，可以满足ｉｓａ设备和ｅｐｐ两方面的时序要求。
４ ｃｐｌｄ的编程
系统选用的ｃｐｌｄ是ａｌｔｅｒａ公司的ｍｅｐ７０６４，它有６４个宏单元，１２５０个可用门，就可以完成ｅｐｐ和ｉｓａ的接口任务。文献[４]详细介绍了ａｌｔｅｒａ公司的ｃｐｌｄ器件，在这里就不再介绍器件的性能和使用方法了。仅给出用ｖｈｄｌ语言写的控制程序如下（部分信号的意义请参照前面的电路原理图）。
ｐｒｏｃｅｓｓ （ｃｌｋ）
ｔｙｐｅ ｉｓａｔｙｐｅ ｉｓ （ｉｄｌｅ，ｒｄ，ｗｒ）；
ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｓａ： ｉｓａｔｙｐｅ；
ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｏｒ： ｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ；
ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｏｗ： ｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ；
ｖａｒｉａｂｌｅ ｅｐｐｂｕｆ： ｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ＿ｖｅｃｔｏｒ （７ ｄｏｗｎｔｏ ０）；
ｂｅｇｉｎ
ｃａｓｅ ｉｓａ ｉｓ
ｗｈｅｎ ｉｄｌｅ ＝＞
ｉｆ ｉｏｒ＝‘１’ ｔｈｅｎ
＃ｉｏｒｄ ＜＝ ‘０’；
ｉｏｒ?＝‘０’；
ｉｓａ ：＝ ｒｄ；
ｅｌｓｅｉｆ ｉｏｗ＝‘１’ ｔｈｅｎ
＃ｉｏｗｒ ＜＝ ‘０’；
ｉｓａｄａｔａｂｕｆ＜＝ｅｐｐｂｕｆ；
ｉｏｗ：＝‘０’；
ｉｓａ：＝ｗｒ；
ｅｎｄ ｉｆ；
ｗｈｅｎ ｒｄ ＝＞
ｅｐｐｂｕｆ：＝ｉｓａｄａｔａｂｕｓ；
＃ｉｏｒｄ＜＝‘１’；
ｉｓａ：＝ｉｄｌｅ；
ｗｈｅｎ ｗｒ ＝＞
＃ｉｏｗｒ ＜＝‘１’；
ｉｓａ：＝ｉｄｌｅ；
ｅｎｄ ｃａｓｅ；
ｅｎｄ；
ｅｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ；
５ 计算机对ｅｐｐ／ｉｓａ的操作
计算机通过ｅｐｐ协议用ｃｐｌｄ扩展出ｉｓａ接口，现有的ｉｓａ卡就可以通过ｉｓａ接口、ｃｐｌｄ和ｅｐｐ协议间接地连到了计算机上。对于ｉｓａ卡的使用者而言，无论从硬件的角度还是从软件的角度来看，都好象是这块ｉｓａ卡直接插在计算机的ｉｓａ槽内，其速度也完全能够达到应用的要求。ｅｐｐ协议的用户编程接口是协议定义的几个ｉｏ口地址。以并口基地址为３７８ｈ为例，３７８ｈ是ｓｐｐ数据口，３７９ｈ是ｓｐｐ状态口，３７ａｈ是ｓｐｐ控制口，３７ｂｈ是ｅｐｐ地址口，３７ｃｈ是ｅｐｐ数据口。对ｉｓａ卡的操作顺序是：首先通过设置ｎｉｎｉｔ为高和写ｅｐｐ地址口来设置ｉｓａ卡的高８位地址，再通过设置ｎｉｎｉｔ为低和写ｅｐｐ地址口来设置ｉｓａ卡的低８位地址，就可以通过ｅｐｐ数据口对ｉｓａ卡进行读写操作了。作者本人做出的系统对单一的地址进行操作时，写操作的速度可以达到１０００～１２００ ｋｂ／ｓ，最高可以达到１３１０ｋｂ／ｓ，读操作的速度可达８００～１１００ｋｂ／ｓ，完全能满足数据采集和控制的要求。如果是对多个地址进行操作，由于设置地址要占用一个或者两个ｅｐｐ地址周期，所以数据传输速度会有所损失。
６ 与其它通讯方案的比较
（１）ｒｓ２３２串口：最通用的一种连接方法。但是它支持数据传输速率最大为１０～２０ｋｂ／ｓ，对于一般的数据采集和控制系统而言显得有些慢。
（２）ｓｐｐ：数据通讯速度比串口快，可以达到１５０ ｋｂ／ｓ。但是ｓｐｐ用做数据输入时很麻烦，用多次ｉｏ才能完成一次完整的数据读取，速度要牺牲很多，况且外设的设计并不比ｅｐｐ简单。所以，如果选择了并口方案，就不能选择ｓｐｐ模式，除非用户仅仅是做数据输出并且对速度没有很高的要求。
（３）ｅｃｐ：与ｅｐｐ相比ｅｃｐ最大的优势是它支持ｄｍａ操作，如果系统工作时有大批量的数据要传输，用ｅｃｐ模式可以大大减轻计算机ｃｐｕ的负担，提高系统的整体性能。但是获得ｅｃｐ的高性能的代价是必须重新设计比ｅｐｐ复杂得多的接口软件（指ｃｐｌｄ的控制软件），同时计算机软件方面还必须要编写硬件驱动程序，这对于一般的计算机应用系统开发者而言还是一个不小的困难。
（４）ｐｃｍｃｉａ（ｔｈｅ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）：发展了信用卡大小的外设与ｐｃ机连接的标准。最初，ｐｃｍｃｉａ标准仅对于内存卡，现在已扩展到ｉ／ｏ设备。数据能以最大５ｍｂ／ｓ的速率传输。但ｐｃｍｃｉａ卡不支持ｄｍａ，这就增加了数据采集和ｃｐｕ处理之间的时间。因而，目前的ｐｃｍｃｉａ ｉ／ｏ卡需大容量缓存。ｐｃｍｃｉａ设备的另一缺点是尺寸太小（最大尺寸８６ｍｍ×５４ｍｍ×１０ｍｍ），不能用于控制数据采集系统中的一些模拟电路部分。
（５）ｕｓｂ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ）：支持１２ｍｂｐｓ的数据传输速度，支持１２７个外围设备，支持ｐｎｐ（ｐｌｕｇ ａｎｄ ｐｌａｙ），支持热插拔，并且总线本身可以提供用户系统电源。信号传输采用差分方式，可以抑制比较强的共模干扰。ｕｓｂ具有很大的发展前途。在未来的计算机上，可能不再提供ｒｓ２３２串口，可能不再提供并口，但绝对不可能没有ｕｓｂ接口。ｕｓｂ的使用不象并口那样简洁，它必须要有专用的接口芯片的支持才能用在系统中。不少芯片商已经提供了ｕｓｂ的产品，如ｕｓｂ ｈｕｂ、ｕｓｂ接口、ｕｓｂ单片机等等。当然用户自己也可以把ｕｓｂ协议写到ｐｌｄ芯片中去，使接口和系统融为一体。
综上所述，采用ｅｐｐ扩展计算机的ｉｓａ接口是一种新颖的计算机外设设计方案，它具有非常高的性能价格比，能够达到绝大多数基于ｉｓａ接口的数据采集和控制系统的通讯速度要求。这种方案大大扩展了笔记本电脑对于ｉｓａ接口设备的适应能力，省去了用户对扩展箱的需求。仅仅改写该系统的ｃｐｌｄ程序和计算机的控制程序就可以提供新的功能，如做成双ｉｓａ接口系统，或者改造成ｓｔｄ、ｓｔｅ总线系统等等，而系统的硬件不需做任何的改动。ｅｐｐ的确是一种有前景的实用接口技术，值得微机外设设计者和使用者采用。
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关键词：ｉｓａ 标准并口 增强并口 复杂的可编程逻辑器件
利用微机开发便携式的数据采集、控制系统一直是微机应用系统开发者十分关心的课题。特别在是基于笔记本电脑的数据采集和控制系统中，这一点显得尤为重要。传统的数据采集和控制系统是针对台式机或者工控机设计的，一般都做成了标准的插卡，如ａ／ｄ卡、ｄ／ａ卡、ｒｓ２３２扩展卡等等，用户根据自己的实际需要选取合适的插卡，安装在自己的计算机中，再编写所需要的程序。但是在基于笔记本电脑的应用系统中，由于其没有扩展槽，如果用户自己不再配一个扩展箱，就不能配置现成的插卡。扩展箱的主要功能是扩展笔记本电脑的各种外围接口，即把笔记本电脑的功能扩展为与一个台式机相同的功能。它需要单独的电源供应，体积比笔记本电脑本身大，又比笔记本重的多，价格在人民币７０００～１００００元左右。如果能够找到一种便捷的方法，为笔记本电脑提供一个标准的总线接口，如ｉｓａ接口，那么现在市场上大部分的插卡都可以用在笔记本电脑上，不仅为用户节约了一个扩展箱投资，而且还为用户提供了更加广阔的选择余地。本文提出了解决该问题的一个完整的技术方案。
１ ｅｐｐ并口
最初的计算机并口只是为打印机设计的，数据只是单向传输。ｉｂｍ公司引进了ｐｓ／２设计后，并口开始支持双向数据传输，但是ｐｓ／２实际上并没有成为一个为业界广泛认可的双向并口模式。１９９２年，由ｉｎｔｅｌ、ｘｉｃｏｍ和ｚｅｎｉｔｈ公司共同制定了ｅｐｐ１．７标准。以后ｉｅｅｅ又发展了ｉｅｅｅ１２８４的ｅｐｐ标准。实际上ｅｐｐ的标准共有三个，即ｅｐｐ１．７、ｅｐｐ１．９和ｉｅｅｅ１２８４，这些标准并不完全兼容，特别是ｅｐｐ１．７和ｉｅｅｅ１２８４之间，不过这些对用户的使用并没有太大的影响。文献[１]即是ｉｅｅｅ１２８４标准，其中规定了并口各种模式的详细的时序图，包括ｓｐｐ、ｐｓ／２、ｅｃｐ和ｅｐｐ模式。作者根据ｉｅｅｅ１２８４上规定的时序图进行了时序设计，而计算机上提供的ｅｐｐ版本是ｅｐｐ１．７或ｅｐｐ１．９，实际使用中它们没有不匹配的地方。
２ 用ｅｐｐ扩展ｉｓａ接口的总体设计
计算机主板上一般有２～３个ｉｓａ插槽，可以扩充一些ｉｓａ插卡。大多数基于ｉｓａ标准的微机数据采集和控制只用到了ｉｓａ接口的数据线、地址线、ａｅｎ、ａｌｅ、＃ｉｏｒ、＃ｉｏｗ等信号，有的也用到了中断和ｄｍａ的信号。只要了解这些信号之间的时序关系，我们完全可以自己用逻辑器件“制造”出ｉｓａ接口，文献[２]介绍了用单片机扩展总线的技术，包括ｉｓａ、ｓｔｄ总线等。作者曾经用并口的ｓｐｐ模式和８０ｃ１９６单片机扩展出了计算机的ｉｓａ接口，但是ｉｏ读写速度只能达到２０ｋｂ／ｓ左右，总体的效果不太理想。ｅｃｐ和ｅｐｐ都能进行高速双向数据通讯，但是ｅｃｐ的实现远比ｅｐｐ复杂的多，其性能和ｅｐｐ却大致相当，所以最终的方案采用了ｅｐｐ模式。由于单片机是一个单任务的串行控制器，如果它只是用来扩展ｉｓａ接口，那么可以达到比较高的速度；否则，ｉｓａ总线的速度会大大降低，最后变得失去使用价值，所以最终的外设芯片不能采用单片机，只能采用ｄｓｐ或者大规模的可编程逻辑器件。作者选用了后一种方案。
用ｅｐｐ扩展ｉｓａ口的硬件核心是一片可编程逻辑器件，如ｃｐｌｄ，它一方面负责与计算机通过ｅｐｐ协议进行双向数据通讯，另一方面负责产生ｉｓａ接口时序，系统体系相当简洁而高效，电路原理如图１所示。ｅｐｐ的数据线ｄ０～ｄ７和信号线ｎｗｒｉｔｅ、ｎｄｓｔｒｂ、ｎａｓｔｒｂ、ｎｉｎｉｔ、ｎｗａｉｔ、ｉｎｔｒ直接与ｃｐｌｄ的双向ｉ／ｏ线相连。另外，ｅｐｐ没有定义标准并口的第１２、１３、１５三个引脚，这些引脚用户可以灵活使用。电路图上并口的第１３脚和ｃｐｌｄ连了起来，可以提供其他的功能。ｃｐｌｄ提供了ｉｓａ接口的ｄ０～ｄ７，ａ０～ａ１５，ａｌｅ，ａｅｎ，＃ｉｏｒ，＃ｉｏｗ，ｉｒｑ、ｉｏｒｄｙ等信号。扩展的ｉｓａ接口提供了１６根地址线，可以寻址６４ｋ的ｉｏ空间，这比计算机所提供的ｉｏ空间（１ｋ）大了许多倍。用户可以专门设计具有６４ｋ寻址能力的数据采集和控制板，也可以用只有１ｋ寻址能力的数据采集和控制板，在这种情况下，地址线的高６位被忽略了，但这并不影响系统的正常使用。
３ 硬件操作方法
ｅｐｐ协议定义的并行口提供了四种传送周期：数据写周期、数据读周期、地址写周期和地址读周期。数据周期一般用于计算机和外设间的数据传送，地址周期一般用于传送地址、通道、命令和控制等信息。实际上，数据周期和地址周期并没有那么严格的界限，可以把地址周期看做另一种数据周期，二者并没有太大的区别。图２是ｅｐｐ数据写周期的时序图，图中的ｎｉｏｗ信号实际上在进行ｅｐｐ数据写时并不会产生，只不过是为了表示所有的操作都发生在一个ｉｏ周期内，只有这样，才能使ｅｐｐ获得ｉｓａ总线的数据操作速度。图２中的ｎｄａｔａｓｔｒｏｂｅ信号如果换为ｎａｄｄｓｔｒｏｂｅ信号，就是ｅｐｐ地址写周期。图３是ｅｐｐ地址读周期，也是发生在一个ｉｏ周期内。
ｅｐｐ定义了一个计算机用于控制外设初始化的信号：ｎｉｎｉｔ，如果用户不希望控制外设的初始化，则可以不处理这个信号；用户也可以挪用ｎｉｎｉｔ信号做其他的用途，在本设计方案的地址周期中，如果ｎｉｎｉｔ为高，则表示该地址对应ｉｓａ接口的高８位地址，否则，对应低８位地址。用这种办法解决了用８位的ｅｐｐ地址扩展１６位的ｉｓａ地址的难题。实践证明，这是一个方便实用的解决方法。
用ｅｐｐ扩展ｉｓａ接口，最根本的任务是把ｅｐｐ的数据读写周期快速地转化为ｉｓａ的ｉｏ读写周期。在ｉｓａ的时序中[３]，时钟的频率是４．７７ｍｈｚ，典型的一个ｉｓａ周期要用４个时钟周期，即大概１μｓ的时间。在ｅｐｐ的读周期中，ｅｐｐ首先发出读命令，然后等待ｉｓａ的数据响应，如果ｉｓａ仍然以４个时钟来进行ｉｏ读操作，那么ｅｐｐ很有可能会由于超时而发生时序错误，数据也必然会错。解决这个问题可以用提高ｉｓａ接口的时钟频率的办法，如提高到８ｍｈｚ甚至是１６ｍｈｚ，但是这样的话ｉｓａ卡可能会来不及响应而发生数据错误，所以这种方法不可取；另一种方法是改造ｉｓａ接口的时序，使得既能满足ｉｓａ卡的时序要求，又不至于造成ｅｐｐ的超时错误。仔细分析ｉｓａ的ｉｏ读时序，ｃｐｕ在ｔ１发出地址信号并发出ａｌｅ信号，在ｔ２发出读命令，在ｔ３采样ｒｅａｄｙ信号，以决定是否产生等待周期，如果不需要等待，则在ｔ４读取数据，完成整个读周期。可以发现，对于本系统，ｔ１周期是可以省略的，因为ｃｐｌｄ可以在ｅｐｐ的地址周期内设定要寻址的ｉｏ地址，而没有必要在ｉｓａ周期内再发送地址，这样ｉｓａ的ｉｏ读周期就从４个时钟减少到３个时钟；如果可以保证ｉｓａ卡设备可以在一个时钟内送出有效的数据，则ｔ３也可以省略，这样一个ｉｓａ读周期实际上只占用了两个时钟，不会造成ｅｐｐ的超时错误。对ｅｐｐ数据写周期，因为ｃｐｌｄ可以先把数据写到缓冲中，首先保证ｅｐｐ时序，再把数据从缓冲写到ｉｓａ设备中去，所以不会造成超时错误。ｉｓａ的读写时序经过这样的简化处理后，可以满足ｉｓａ设备和ｅｐｐ两方面的时序要求。
４ ｃｐｌｄ的编程
系统选用的ｃｐｌｄ是ａｌｔｅｒａ公司的ｍｅｐ７０６４，它有６４个宏单元，１２５０个可用门，就可以完成ｅｐｐ和ｉｓａ的接口任务。文献[４]详细介绍了ａｌｔｅｒａ公司的ｃｐｌｄ器件，在这里就不再介绍器件的性能和使用方法了。仅给出用ｖｈｄｌ语言写的控制程序如下（部分信号的意义请参照前面的电路原理图）。
ｐｒｏｃｅｓｓ （ｃｌｋ）
ｔｙｐｅ ｉｓａｔｙｐｅ ｉｓ （ｉｄｌｅ，ｒｄ，ｗｒ）；
ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｓａ： ｉｓａｔｙｐｅ；
ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｏｒ： ｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ；
ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｏｗ： ｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ；
ｖａｒｉａｂｌｅ ｅｐｐｂｕｆ： ｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ＿ｖｅｃｔｏｒ （７ ｄｏｗｎｔｏ ０）；
ｂｅｇｉｎ
ｃａｓｅ ｉｓａ ｉｓ
ｗｈｅｎ ｉｄｌｅ ＝＞
ｉｆ ｉｏｒ＝‘１’ ｔｈｅｎ
＃ｉｏｒｄ ＜＝ ‘０’；
ｉｏｒ?＝‘０’；
ｉｓａ ：＝ ｒｄ；
ｅｌｓｅｉｆ ｉｏｗ＝‘１’ ｔｈｅｎ
＃ｉｏｗｒ ＜＝ ‘０’；
ｉｓａｄａｔａｂｕｆ＜＝ｅｐｐｂｕｆ；
ｉｏｗ：＝‘０’；
ｉｓａ：＝ｗｒ；
ｅｎｄ ｉｆ；
ｗｈｅｎ ｒｄ ＝＞
ｅｐｐｂｕｆ：＝ｉｓａｄａｔａｂｕｓ；
＃ｉｏｒｄ＜＝‘１’；
ｉｓａ：＝ｉｄｌｅ；
ｗｈｅｎ ｗｒ ＝＞
＃ｉｏｗｒ ＜＝‘１’；
ｉｓａ：＝ｉｄｌｅ；
ｅｎｄ ｃａｓｅ；
ｅｎｄ；
ｅｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ；
５ 计算机对ｅｐｐ／ｉｓａ的操作
计算机通过ｅｐｐ协议用ｃｐｌｄ扩展出ｉｓａ接口，现有的ｉｓａ卡就可以通过ｉｓａ接口、ｃｐｌｄ和ｅｐｐ协议间接地连到了计算机上。对于ｉｓａ卡的使用者而言，无论从硬件的角度还是从软件的角度来看，都好象是这块ｉｓａ卡直接插在计算机的ｉｓａ槽内，其速度也完全能够达到应用的要求。ｅｐｐ协议的用户编程接口是协议定义的几个ｉｏ口地址。以并口基地址为３７８ｈ为例，３７８ｈ是ｓｐｐ数据口，３７９ｈ是ｓｐｐ状态口，３７ａｈ是ｓｐｐ控制口，３７ｂｈ是ｅｐｐ地址口，３７ｃｈ是ｅｐｐ数据口。对ｉｓａ卡的操作顺序是：首先通过设置ｎｉｎｉｔ为高和写ｅｐｐ地址口来设置ｉｓａ卡的高８位地址，再通过设置ｎｉｎｉｔ为低和写ｅｐｐ地址口来设置ｉｓａ卡的低８位地址，就可以通过ｅｐｐ数据口对ｉｓａ卡进行读写操作了。作者本人做出的系统对单一的地址进行操作时，写操作的速度可以达到１０００～１２００ ｋｂ／ｓ，最高可以达到１３１０ｋｂ／ｓ，读操作的速度可达８００～１１００ｋｂ／ｓ，完全能满足数据采集和控制的要求。如果是对多个地址进行操作，由于设置地址要占用一个或者两个ｅｐｐ地址周期，所以数据传输速度会有所损失。
６ 与其它通讯方案的比较
（１）ｒｓ２３２串口：最通用的一种连接方法。但是它支持数据传输速率最大为１０～２０ｋｂ／ｓ，对于一般的数据采集和控制系统而言显得有些慢。
（２）ｓｐｐ：数据通讯速度比串口快，可以达到１５０ ｋｂ／ｓ。但是ｓｐｐ用做数据输入时很麻烦，用多次ｉｏ才能完成一次完整的数据读取，速度要牺牲很多，况且外设的设计并不比ｅｐｐ简单。所以，如果选择了并口方案，就不能选择ｓｐｐ模式，除非用户仅仅是做数据输出并且对速度没有很高的要求。
（３）ｅｃｐ：与ｅｐｐ相比ｅｃｐ最大的优势是它支持ｄｍａ操作，如果系统工作时有大批量的数据要传输，用ｅｃｐ模式可以大大减轻计算机ｃｐｕ的负担，提高系统的整体性能。但是获得ｅｃｐ的高性能的代价是必须重新设计比ｅｐｐ复杂得多的接口软件（指ｃｐｌｄ的控制软件），同时计算机软件方面还必须要编写硬件驱动程序，这对于一般的计算机应用系统开发者而言还是一个不小的困难。
（４）ｐｃｍｃｉａ（ｔｈｅ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）：发展了信用卡大小的外设与ｐｃ机连接的标准。最初，ｐｃｍｃｉａ标准仅对于内存卡，现在已扩展到ｉ／ｏ设备。数据能以最大５ｍｂ／ｓ的速率传输。但ｐｃｍｃｉａ卡不支持ｄｍａ，这就增加了数据采集和ｃｐｕ处理之间的时间。因而，目前的ｐｃｍｃｉａ ｉ／ｏ卡需大容量缓存。ｐｃｍｃｉａ设备的另一缺点是尺寸太小（最大尺寸８６ｍｍ×５４ｍｍ×１０ｍｍ），不能用于控制数据采集系统中的一些模拟电路部分。
（５）ｕｓｂ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ）：支持１２ｍｂｐｓ的数据传输速度，支持１２７个外围设备，支持ｐｎｐ（ｐｌｕｇ ａｎｄ ｐｌａｙ），支持热插拔，并且总线本身可以提供用户系统电源。信号传输采用差分方式，可以抑制比较强的共模干扰。ｕｓｂ具有很大的发展前途。在未来的计算机上，可能不再提供ｒｓ２３２串口，可能不再提供并口，但绝对不可能没有ｕｓｂ接口。ｕｓｂ的使用不象并口那样简洁，它必须要有专用的接口芯片的支持才能用在系统中。不少芯片商已经提供了ｕｓｂ的产品，如ｕｓｂ ｈｕｂ、ｕｓｂ接口、ｕｓｂ单片机等等。当然用户自己也可以把ｕｓｂ协议写到ｐｌｄ芯片中去，使接口和系统融为一体。
综上所述，采用ｅｐｐ扩展计算机的ｉｓａ接口是一种新颖的计算机外设设计方案，它具有非常高的性能价格比，能够达到绝大多数基于ｉｓａ接口的数据采集和控制系统的通讯速度要求。这种方案大大扩展了笔记本电脑对于ｉｓａ接口设备的适应能力，省去了用户对扩展箱的需求。仅仅改写该系统的ｃｐｌｄ程序和计算机的控制程序就可以提供新的功能，如做成双ｉｓａ接口系统，或者改造成ｓｔｄ、ｓｔｅ总线系统等等，而系统的硬件不需做任何的改动。ｅｐｐ的确是一种有前景的实用接口技术，值得微机外设设计者和使用者采用。
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