1.2. Программируемый последовательный интерфейс

Программируемый последовательный интерфейс КР580ВВ51 (i8251) представляет собой универсальный синхронно-асинхронный приемо-передатчик (УСАПП), предназначенный для организации обмена между МП и внешними устройствами в последовательном формате. Универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик принимает данные с 8-разрядной шины данных МП и передает их в последовательном формате периферийному устройству (ПУ) или получает последовательные данные от ПУ и преобразует их в параллельную форму для передачи МП. Обмен может быть как полудуплексным (однонаправленным), так и дуплексным (двунаправленным). Последовательный интерфейс может осуществлять обмен данными в асинхронном режиме со скоростью передачи до 9,6 Кбит/с или в синхронном – со скоростью до 56 Кбит/с в зависимости от запрограммированного режима. Длина переданных данных от 5 до 8 бит. При передаче в МП символов длиной меньше 8 бит неиспользованные биты заполняются нулями. Формат символа содержит также служебные биты и необязательный бит контроля четности.

Структурная схема УСАПП (рис. 8) содержит:

- буфер передатчика TBF со схемой управления передатчиком TCU, предназначенный для приема данных от МП и выдачи их в последовательном формате на выход TxD;

- буфер приемника RBF со схемой управления приемником RCU, выполняющий прием последовательных данных со входа RxD и передачу их в МП в параллельном формате;

- буфер данных BD, представляющий собой параллельный 8-разрядный двунаправленный буфер шины данных с трехстабильными каскадами, который используется для обмена данными и управляющими словами между МП и УСАПП;

- блок управления чтением/записью RWCU, который принимает управляющие сигналы от МП и генерирует внутренние сигналы управления;

- блок управления модемом MCU, обрабатывающий управляющие сигналы, предназначенные для внешнего устройства.

Рис. 8. Структурная схема УСАПП

Назначение выводов БИС УСАПП приведено в табл. 3.

Таблица 3. Назначение выводов УСАПП

Обозначение вывода	Номер вывода	Назначение
D7…D0	8;7;6;5;2;1;28;27	Канал данных
RESET	21	Сброс контроллера (исходное состояние)
CLK	20	Синхронизация
A0	12	L-уровень сигнала определяет возможность записи или чтения данных в (из) УСАПП; H-уровень опреде-ляет возможность записи управляющих слов или чтение слова состояния в(из) УСАПП
RD	13	Чтение - разрешение вывода данных или слова состояния с УСАПП на шину данных
WR	10	Запись - разрешение ввода информации с шины данных
CS	11	Выборка кристалла - соединение УСАПП с шиной данных МП
DSR	22	Готовность передатчика терминала
DTR	24	Запрос передатчика терминала
CTS	17	Готовность приемника терминала
RTS	23	Запрос приемника терминала
SYNDET	16	Вид синхронизации: для синхронного режима выходной сигнал высокого уровня - признак внутренней синхронизации; для синхронного режима с внешней синхронизацией сигнал является входным; в асинхронном режиме - выходным
RxC	25	Синхронизация приемника
RxRDY	14	Готовность приемника
RxD	3	Вход приемника
TxC	9	Синхронизация передатчика
TxE	18	Конец передачи. Сигнал H-уровня является признаком окончания посылки данных
TxRDY	15	Готовность передатчика
TxD	19	Выход передатчика
Ucc	26	Напряжение питания 5В
GND	4	Общий вывод 0В

Сигналы управления от МП определяют операции (табл. 4).

Таблица 4. Определение операций сигналами управления от МП

Операции	Сигналы управления
	A0	RD	WR	CS
Чтение данных из УСАПП на шину D7..D0	0	0	1	0
Запись данных с шины D7..D0 в УСАПП	0	1	0	0
Считывание слов состояния из УСАПП на шину D7..D0	1	0	1	0
Запись управляющего слова с шины D7..D0 в УСАПП	1	1	0	0
Высокоимпульсное состояние выводов	х	1	1	0

Программирование УСАПП происходит путем загрузки в него управляющих слов. Различают управляющие слова двух типов: управляющее слово инициализации и операционное управляющее слово.

Управляющее слово инициализации задает синхронный или асинхронный режим работы, формат данных, скорость приема и передачи, контроль правильности данных. Это слово заносится сразу после установки УСАПП программно или по сигналу RESET, а заменяется лишь при изменении режима. Формат управляющего слова разный в асинхронном или синхронном режимах (рис. 9).

В асинхронном режиме работы передаваемые данные содержат нулевой старт-бит, биты данных, бит контроля и стоп-биты. Число бит данных и стоп-бит, а также наличие или отсутствие бита контроля задаются записью в УСАПП управляющего слова режима. Разряды D0 и D1 определяют коэффициент деления сигналов синхронизации CLK. Разряды D3 и D2 определяют число бит данных. Режим контроля задается разрядами D5 и D4; при D4 = 0 контроль четности запрещен; значение разряда D5 устанавливает вид контроля – по четности или нечетности. Разряды D7 и D6 определяют число переданных стоп-битов.

Контроль состояния УСАПП в процессе обмена данными с МП осуществляется с помощью команды чтения слова состояния. Формат слова состояния УСАПП показан на рис. 7б. Разряд D3(PE) устанавливается при обнаружении ошибки четности; разряд D4(OE) – при ошибке переполнения, если МП не прочитал символ; разряд D5(FE) – при ошибке, которая заключается в том, что для асинхронного режима не обнаружен стоп-бит. Другие разряды слова состояния имеют такой же смысл, как и одноименные выводы МП, приведенные в табл. 3.

Рис. 9. Формат управляющего слова инициализации:

а – для асинхронного режима; б – формат слова состояния

Управление работой УСАПП после инициализации осуществляется записью операционных управляющих слов, которые могут многократно задаваться в процессе обмена, управляя его разными этапами. Назначение отдельных разрядов операционного управляющего слова УСАПП приведено в табл. 5.

Таблица 5. Назначение разрядов операционного управляющего слова УСАПП

Разряд	Обозначение	Назначение
D0	TxE	Разрешение передачи. При нулевом значении передача информации невозможна, при единичном - возможна
D1	DTR	Запрос готовности передатчика к передаче. При единичном значении – запись нуля на выводе БИС DTR
D2	RxE	Разрешение приема. При нулевом значении прием информации невозможен, при единичном - возможен
D3	SBRK	Конец передачи. При нулевом значении - нормальная работа канала передачи, при единичном значении - установка высокого уровня на выводе TxD
D4	ER	Выявление ошибок. При единичном значении - установка разрядов ошибок в исходное состояние
D5	RTS	Запрос о готовности приемника терминала к приему. При D5 = 1 – запись нуля на выводе RTS
D6	IR	Программный сброс схемы в исходное состояние. При единичном значении - установка УСАПП в исходное состояние и готовность к приему команды режима
D7	EH	Режим поиска импульсов синхронизации. При единичном значении – установка режима поиска символов синхронизации

Во время асинхронного обмена операционное управляющее слово загружается после управляющего слова инициализации, а во время синхронного – перед ним располагается один или два символа синхронизации.

Чтение слова состояния осуществляется при подаче на вход А0 H-уровня, а на RD – L-уровня, чтение данных осуществляется при подаче на вход А0 сигнала L-уровня. Информацию, содержащуюся в слове состояния, можно использовать для организации обмена между МП и УСАПП, например, определять, была ли ошибка при передаче информации, какое состояние готовности приемника (передатчика) к обмену.

Запись управляющих слов и символов синхронизации осуществляется через шину данных DB при подаче на вход А0 H-уровня, а на вход WR – L-уровня. После начальной установки УСАПП принимает информацию на DB как управляющее слово инициализации и размещает его в соответствующем регистре. Блок RWCU дешифрирует это слово и, если запрограммирован асинхронный режим, то следующее слово воспринимается как операционное управляющее слово, а если синхрон-ный – информация на DB воспринимается как символ синхронизации.

После записи управляющего слова режима и операционного слова УСАПП готов к выполнению обмена данными в одном из пяти режимов:

- синхронная передача;

- синхронный прием с внутренней синхронизацией;

- синхронный прием с внешней синхронизацией;

- асинхронная передача;

- асинхронный прием.

В режиме асинхронной передачи последовательные данные формируются на выходе TxD по заднему фронту сигнала синхронизации TxC с периодом, который задается управляющим словом режима и равняется 1, 16 или 64 периодам сигнала синхронизации. Если после передачи символа следующего символа нет, то на выходе TxD устанавливается H-уровень до тех пор, пока от МП не поступят новые данные. В программе, реализующей алгоритм асинхронной передачи, запись очередного байта в УСАПП осуществляется по команде вывода OUT, если в слове состояния разряд D0 = 1. Сигнал на выходе TxRDY используется как сигнал запроса прерывания.

Асинхронный прием данных начинается с поиска старт-бита, который устанавливает на входе RxD напряжение L-уровня. Наличие этого бита вторично проверяется внутренним строб-импульсом. Если старт-бит подтвержден, то запускается внутренний счетчик битов, определяющий начало и конец битов данных, бит контроля и стоп-бит. Прием стоп-бита указывает на окончание приема байта информации и сопровождается установкой сигнала H-уровня на выходе RxRDY. В программе асинхронного приема передача очередного байта данных в МП может осуществляться командой IN, если в слове состояния разряд D1 = 1, что соответствует H-уровню сигнала на выходе RxRDY, или по прерыванию, если сигнал на выходе RxRDY используется как запрос прерывания.