литература / Пухальский Проектирование микропроцессорных систем 2001

Асинхронная передача. Всякий раз, как символ данных поступает от МП, перед инфор­ мационными разрядами PCI автоматически добавляет старт-бит, а в конце кадра — запрограм­ мированное число стоп-бит (см. рис. 3.79). Если в инструкции режима MI контроль четно­ сти/нечетности разрешен (разряд PEN = 1), то после информационных разрядов вставляется бит паритета Р. Передача символа данных начинается с младшего разряда D0.

Последовательные данные выдаются на выход 7\ D по спадающему фронту тактового сигнала Т х С с частотой, заданной в инструкции режима MI (1, 1/16 или 1/64 частоты сигнала

ТхС ).

Передача кадров начинается только при условии, что в инструкции команды С/ задано значение TxEN = 1 и от модема получено подтверждение его готовности принимать данные (значение сигнала CTS - 0). Если очередной символ в буфер передатчика не загружен, то на выходе TxD устанавливается значение 1 (маркер) при задании в инструкции команды С/ значе­ ния разряда SBRK - 0 (нормальная работа). Если же в команде С/ задано значение разряда SBRK = 1 (пауза), то на выход TxD непрерывно выдается значение 0 (рис. 3.91) — символы паузы (Break Characters). При отсутствии данных для передачи и при подаче команды паузы устанавливается значение сигнала TxEMPTY = 1 — передатчик пустой.

Асинхронный прием. В нормальном режиме работы PCI значение входного сигнала при­ емника RxD = 1 до момента поступления данных. Спадающий фронт этого сигнала взводит триггер начала старт-бита. Истинность старт-бита проверяется стробированием его значения в номинальном центре (только при задании режимов 1 : 16 и 1 : 64 в инструкции режима MI). Если при стробировании будет обнаружено значение 0 (правильное значение), то включается счетчик разрядов, входящих в состав кадра (в противном случае приемник возвращается в ис­ ходное состояние). С помощью этого счетчика определяется центр каждого разряда для приня­ тия решения о его значении 0 или 1. Разряды символа данных и бит паритета вводятся по на­ растающему фронту тактового сигнала R xC . При обнаружении ошибки паритета в разряд РЕ слова состояния SW записывается 1. Стоп-бит сообщает о конце символа. Для управления ра­ ботой приемника требуется только один стоп-бит независимо от числа запрограммированных стоп-бит. Если будет обнаружена ошибка при приеме стоп-бита (0 вместо 1), то в слове состоя­ ния SW будет зафиксирована ошибка кадровой синхронизации (FE - 1).

В режиме 1 : 1 при использовании общего генератора тактовых сигналов Т х С = R x C для всего канала связи (в двух терминалах) нарастающий фронт тактового сигнала R х С автомати­ чески приходится на центр всех разрядов, так как передача ведется по спадающему фронту тактового сигнала Т х С (предполагается, что скважность тактовых сигналов, равна 2).

Принятый символ загружается в параллельном формате в регистр вывода данных буфера приемника (см. рис. 3.82) в момент времени, соответствующий середине первого стоп-бита, и сигнал RxRDY изменяется с 0 на 1, информируя МП о готовности данных (рис. 3.92). Если МП очередной символ не прочитает из буферного регистра приемника, то он будет заменен сле­ дующим принятым символом и в слове состояния SW будет зафиксирована ошибка переполне­

276 Глава 3. Интерфейсные БИС

С тандарты средств связи и интерфейсов ЭВМ. К числу наиболее широко распростра­ ненных видов интерфейсов, используемых в микроЭВМ, относятся следующие:

а) последовательные интерфейсы для локальных терминалов; б) параллельные интерфейсы для локальных периферийных устройств (таких, как быстро­

действующие принтеры) и других приборов, подключаемых посредством шины IEEE 488;

в) интерфейсы локальных сетей, делающие возможным обмен информацией с терминала­ ми, периферийными устройствами, другими процессорами и удаленными сетями (через стан­ ции связи с внешними сетями);

г) дистанционные связи и протяженные сети, обеспечиваемые последовательными син­ хронными интерфейсами, подключаемыми через модемы и использующими тот или иной про­ токол связи.

Применение стандартных интерфейсов позволяет изготовителю ЭВМ обходиться неболь­ шим количеством типов интерфейсов, обеспечивающих возможность обмена информацией с разнообразными терминалами, периферийными устройствами, приборами и другими типами ЭВМ. Первыми были разработаны стандарты электрических параметров последовательных и параллельных интерфейсов. В 1969 г. был опубликован стандарт последовательного интерфей­ са RS-232C, а в 1975 г. — стандарты последовательных быстродействующих интерфейсов

RS-422A и RS-423A (RS — Recommended Standard — рекомендуемый стандарт). Универсальный стандарт на функциональные и механические характеристики RS-AA9, который совместно с интерфейсами RS-A22A и RS-A23A предназначался для замены интерфейса RS-232C (однако этого не произошло), опубликован в 1977 г.

Шинный стандарт IEEE 488, опубликованный в 1978 г., был разработан на основе универ­ сальной приборной шины GPIB (General-Purpose Interface Bus) фирмы Hewlett Packard. Он представляет собой в первую очередь описание электрических и механических параметров и не содержит подробной характеристики сообщений и форматов, посредством которых эти сооб­ щения должны передаваться по шине. Шина IEEE 488 имеет 8 двунаправленных линий дан­ ных, 5 линий управления шиной и 3 линии квитирования. Институт инженеров по электротех­ нике и радиоэлектронике — ИИЭР (IEEE — Institute o f Electrical and Electronic Engineers) —

создан в США в 1963 г. для разработки стандартов, проведения конференций и выпуска спе­ циализированных изданий в области электротехники и радиоэлектроники.

Появление в 70-х годах локальных и протяженных вычислительных сетей стимулировало разработку стандартов на физические (включая электрические) параметры систем и протоколы передачи данных:

а) стандарт Х25 Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии

(С С /7Т — Comite' Consultatif Internationale de Telegraphique et Telephonique) для терминалов с коммутацией пакетов сетей общественного пользования; ITU-T (ITU-Telecommunications) — новое название комитета в составе Международного союза ITU (International Telecommunica­ tions Union — Международный союз по электросвязи);

б) локальная сеть Ethernet, положившая впоследствии начало стандарту IEEE 802.3.

К концу 70-х годов стало очевидно, что для полного использования потенциала вычисли­ тельных сетей необходимы открытые международные стандарты, охватывающие наряду с про­ токолами физических и информационных связей все аспекты пересылки данных между ЭВМ. До этого все стандарты носили закрытый характер (разрабатывались и использовались отдель­ ными изготовителями ЭВМ, такими, как IBM или DEC). В 1977 г. Международная Организация по стандартизации (ISO — International Standards Organization; основана в 1946 г.) выступила инициатором формулирования требований к внутренним соединениям открытых систем (OSI — Open System Interconnection) — была предложена семиуровневая модель протоколов пе­ редачи данных, предназначенная для сопряжения различных видов коммуникационного обору­ дования независимых производителей (состоит из следующих уровней: физического, каналь­ ного, сетевого, транспортного, сеансового, представления данных, прикладного).

1 — закрепленный 25-контактный разъем типа D (штырьки), 2 — съемный разъем типа D (гнезда); 3 — кабель интерфейса RS-232C, 4 — съемный разъем типа D (штырьки);

5 — закрепленный 25-контактный разъем типа D (гнезда), 6 — телефонная линия

Рис. 3.99. Типичная последовательная линия связи между компьютерами

Последовательный интерфейс RS-232C. Стандарт RS-232C, введенный Американской ассоциацией электронной промышленности (EIA — Electronic Industries Association), был опуб­ ликован в 1969 г. и до начала 80-х годов практически оставался единственным стандартом на последовательный интерфейс для подключения ЭВМ и терминалов к системам связи через мо­ демы, а также для непосредственного подключения терминалов к ЭВМ. Затем были введены уточняющие стандарты RS-232D (1987 г.) и ANSI EIAITIA-232-E (RS-232E, 1991 г.), не затраги­ вающие характеристик стандарта RS-232C (RS-232 — общее обозначение этих стандартов;

ANSI — American National Standards Institute — Американский национальный институт стан­ дартов; TIA — Telecommunications Industries Association — ассоциация производителей средств телекоммуникации).

Интерфейс, определенный стандартом EIA, подразумевает наличие оборудования двух видов: терминального (DTE — Data Terminal Equipment) и связного (DCE — Data Communica­ tions Equipment). Термин DTE (оконечное оборудование данных) — применяется для обозначе­ ния любых устройств, использующих канал связи (компьютеров, принтеров, сканеров, мышей и т. д.), а термин DCE (аппаратура передачи данных) — для обозначения аппаратных средств, обеспечивающих установление, поддержание и разрыв соединения с каналом связи (рис. 3.99). Примером связного оборудования является модем, который служит соединительным звеном между компьютером и телефонной линией.

Европейскими аналогами стандарта RS-232, разработанными СС/7Т, являются стандарт V24, который охватывает механические характеристики, детальное описание разъемов и функ­ циональное описание протоколов обмена, и стандарт V28, охватывающий электрические ха­ рактеристики сигналов (ГОСТ 18145-81 — соответствующий отечественный стандарт).

Типовым разъемом, соответствующим стандарту RS-232, является 25-контактный разъем типа D, вилка которого размещается на DTE, а розетка -— на модеме (DCE; табл. 3.16).

Уровни всех входных и выходных сигналов, используемые в интерфейсе RS-232, отлича­ ются от логических уровней ИС: логический 0 (Space — пробел) представляется положитель­ ным напряжением в диапазоне от +3 до +25 В, а логическая 1 (Mark — маркер) — отрицатель­ ным напряжением в диапазоне от -3 до -25 В (минимальное входное напряжение приемника равно ±3 В). Интерфейс RS-232 увеличивает помехозащищенность канала связи. Так, при ис­ пользовании уровней напряжений ±12 В данные передаются без потерь по кабелю длиною 50 м и более.

Пример линии связи на основе интерфейса RS-232. Для преобразования уровней сигна­ лов используются специальные ИС (рис. 3.100, а). Передатчик 57V75150 (77? — Transmitter) вы­ полняет логическую функцию DO, - Е • D/, (г = 0 и 1) с преобразованием входных 7Т£-уровней сигналов Dlj в выходные fiS-232-уровни сигналов DO, (рис. 3.100, б). Линия связи обычно реа­ лизуется с помощью двух проводников, образующих витую пару. Приемник 5Л75154 (RC — Receiver) производит обратное преобразование уровней напряжений — Л5'-232-уровни входных сигналов Dl, преобразуются в TTL-уровни выходных сигналов DO, (i = 0, 1,2, 3). Передатчик и приемник соответствуют стандарту ANSI EIA/TIA-232-E.

На рис. 3.101 изображена принципиальная схема одного передатчика типа .W75150 (170АП2) — для конвертирования 77Х-уровней входного сигнала D1 в /?5-232-уровни выходно­ го сигнала D O требуется использовать два напряжения питания VDD = +12 В и VEE = -12 В (стандартные напряжения питания). Скорость передачи 20 Кбит/с обеспечивается при емкост­ ной нагрузке 2500 пФ. При напряжениях питания VDD = +10,8 В и VEE = -10,8 В (±12 В - 10%) гарантируются уровни V0 = ±8 В выходного сигнала. Токи потребления: lDD ,ур = +10 мА,

Ьотах = +22 МА И IEEtyp = —9 МА, Iее тих = “ 20 МА.

Принципиальная схема одного приемника типа .W75154 показана на рис. 3.102 — обычно на ИС подается напряжение питания VCci = +5 В, но при необходимости можно использовать и напряжение питания VCc2 = +12 В (внутренний стабилизатор преобразует +12 В в +5 В). Кон­ такт ТН (Threshold Control) предназначен для задания порога чувствительности приемника — ширины петли гистерезиса. Его можно оставить открытым (R = °° — отказоустойчивый режим работы) или подключить к контакту Vcct (R = 0) — нижний порог срабатывания изменяется с +1,4 В на -1,1 В (см. график петли гистерезиса на рис. 3.102). Контакт ТН можно подключить также к контакту R I— получится промежуточное значение нижнего порога срабатывания.

П оследовательные порты PC IBM . Персональный компьютер PC IBM имеет не менее двух последовательных портов — СОМ 1 и COM2. Каждый порт обеспечивает работу дуплекс­ ного канала связи, все входные и выходные сигналы которого соответствуют стандарту RS-232 (используются напряжения питания ±12 В). Для портов СОМ используются 9- и 25-контактные разъемы. В табл. 3.17 показано назначение контактов таких разъемов, предназначенных для подключения к компьютеру терминального оборудования (в том числе и других компьютеров) по асинхронному каналу связи.