5. Последовательный и параллельный интерфейсы ввода-вывода

В состав микропроцессорного комплекта входит большая интегральная схема УСАПП (универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик) или UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter), предназначенная для реализации интерфейса типа RS-232 (V24).

УСАПП является программируемой микросхемой, преобразующей парал­лельный код, получаемый от шины данных системной магистрали, в после­довательный, для передачи по двухпроводной линии связи. В качестве УСАПП используются БИС i8250, i16450, i16550А и др. Функции, выполняемые эти­ми микросхемами, одинаковы. Различия заключаются в обеспечиваемом ими быстродействии.

Типовая структурная схема УСАПП приведена на рис.13.5. От микропроцессора передаваемый байт данных поступает по шинам данных (ШД) в буфер данных УСАПП на входной регистр (РгВх), затем че­рез внутреннюю шину передается в регистр передатчика (РгПд). В момент передачи содержимое РгПд серией сдвигов выдвигается в канал с преобразо­ванием в последовательный код.

В синхронном режиме передаваемые данные сопровождаются управля­ющими сигналами, называемыми синхронизирующими словами (СС). Для хранения СС используются специальный регистр РгСС на входе УСАПП и регистр состояния (РгС) - на выходе. Из РгС информация в виде байта со­стояния передается в микропроцессор по его запросу.

Устройство управления (УУ) содержит регистр режима (РгР), предназ­наченный для хранения передаваемой из микропроцессора информации о режиме работы, и регистр команд (РгК) для хранения принимаемой из мик­ропроцессора команды на обмен данными.

Передаваемый последовательный код перед выходом из передатчика УСАПП в линию связи комплектуется управляющими сигналами, необходи­мыми для настройки приемника. После такого укомплектования образуется кодовая посылка следующей структуры (рис.13.6).

Рис. 13.6. Кодовая посылка УСАПП

Старт-бит всегда имеет единичное значение, отличное от состояния "мол­чащего" канала. Вслед за старт-битом расположены информационные биты, принятые от шины данных системной магистрали. В зависимости от настрой­ки УСАПП в одной посылке может содержаться от 5 до 8 информационных битов. Значение этих битов в каждой посылке непредсказуемо. В процессе передачи они могут быть искажены помехами. Поэтому в посылке должны содержаться не только биты, говорящие о начале и конце посылки, но и биты для контроля правильности передачи.

В качестве контрольного выступает бит паритета, следующий сразу вслед за информационными битами. С помощью бита паритета осуществляется контроль на четность или нечетность. При контроле на четность сначала под­считывается количество единиц в информационной части посылки, затем определяется, четное оно или нет. Если полученное число нечетное, бит па­ритета устанавливается в единицу, в этом случае в правильно переданной посылке всегда будет содержаться четное количество единиц (т.е. единиц, со­держащихся в информационных разрядах вместе с битом паритета). При кон­троле на нечетность бит паритета устанавливается так, чтобы общее количе­ство единиц было всегда нечетным.

При программировании УСАПП программист выбирает: использовать режим контроля или отказаться от него. Он может отказаться от контроля, и бит паритета всегда будет нулевым; может включить контроль на четность или контроль на нечетность. Выбор, что необходимо - контроль на четность или на нечетность, осуществляется в зависимости от характера возможных помех. Если воздействие возможных помех будет проявляться преимуществен­но в появлении лишних единиц, необходим контроль на четность. Если же воздействие помех будет проявляться преимущественно в исчезновении еди­ниц, то необходим контроль на нечетность (чтобы отличать передаваемый О от полной потери информации из-за помех).

После бита паритета в кодовой посылке следуют стоп-биты. Для стоп-битов в кодовой посылке отводятся два двоичных знакоместа. Если выбран режим " 1 стоп-бит", то после бита паритета всегда (в каждой посылке) будет следовать комбинация 01. Если выбран режим "1,5 стоп-бита", то после бита паритета всегда будет следовать комбинация 10. Если же выбирается режим "2 стоп-бита", то каждая посылка будет завершаться цифрами 11.

В УСАПП-приемнике поступившая от канала связи кодовая комбинация проверяется в соответствии с установленным заранее режимом контроля (на четность или нечетность), освобождается от управляющих сигналов и пере­дается в шину данных системной магистрали параллельным кодом.

Настраиваться УСАПП-приемник и УСАПП-передатчик, работающие в паре, должны согласованно.

Программирование УСАПП может вестись на физическом или логичес­ком уровне. Программирование на физическом уровне производится на язы­ках низкого уровня или в машинных кодах. Логический уровень программи­рования обеспечивается алгоритмическими языками высокого уровня, ком­муникационными программами, некоторыми пакетами прикладных программ.

Параллельный интерфейс представлен в микропроцессорном комплекте микросхемой типа i8255- контроллером параллельного интерфейса или про­граммируемым интерфейсным адаптером.

Микросхема подключается к системной магистрали ЭВМ (соответствен­но - к шинам данных, адреса и управления) и имеет три независимых канала для подключения внешних устройств. Внутренний блок управления позво­ляет программировать каждый канал на ввод или вывод информации по 8 линиям, т.е. 8 бит параллельно.

Контрольные вопросы

1. Что означает термин "автономность внешних устройств"?

2. Какие виды интерфейсов используются в электронных вычислитель­ных машинах?

3. Какие способ ы управления обменом нашли применение в интерфей­сах?

4. Для чего необходим прямой доступ к памяти?

5. По каким параметрам можно определить, совместимы ли интерфейсы системной шины?

6. Какие черты характеризуют различные виды программ, используемых для управления ЭВМ?

7. Каким образом можно создать благоприятную для пользователя опера­ционную обстановку?

8. Чем различаются протоколы обмена информацией DTR/DSR и XON/ XOFF?

9. Какую структуру имеет кодовая посылка, используемая в RS-232?

Лекция №14. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ