Общие сведения по организации последовательных каналов связи

Тема 3.1. Адаптер последовательного ввода-вывода

Раздел 3. Программируемые устройства вычислительной техники.

При увеличении расстояний, на которые передаются данные, параллельные связи становятся неприемлемо сложными и дорогими. В этом случае при­меняют преобразование параллельных данных в последовательные для их передачи по одной сигнальной линии. Кроме того, многие периферийные устройства оперируют с последовательными кодами и для взаимодействия с процессором нуждаются в преобразовании данных из параллельной формы в последовательную и наоборот. Последовательные передачи используются также при применении обычных телефонных сетей для связи удаленных объектов, что широко рас­пространено на практике.

Тракт передачи последовательных данных в общем случае включает в себя источник и приемник данных, адаптер последовательного ввода-вывода (АПВВ) и модемы (рис. 1, а).Такой тракт соответствует взаимодействию процессора с периферийным устройством, оперирующими параллельными кодами, но находящимися на большом расстоянии от процессора.

АПВВ преобразуют данные из параллельной формы в последовательную или наоборот и выполняют также некоторые другие функции.

Показанный на рис. 1,а тракт передачи является наиболее полным. Если расстояние L между источником и приемником информации значительно, но не настолько велико, чтобы потребовались передачи по телефонным или подобным им сетям, то часть тракта с модемами не нужна и тракт передачи будет иметь вид (рис. 1, б),где АПВВ1 преобразует параллельные данные в последовательные, а АПВВ2— последовательные в параллельные. Если требуется взаимодействие процессора с относительно недалеко расположенным периферийным устройством, оперирующим с последовательными кодами, тракт передачи будет иметь вид (рис. 1, в).

Среды передачи данных. Существует несколько видов сред передачи данных:

1. двухпроводная линия – имеет слабую помехозащищенность;

2. витая пара – обладает высокой помехозащищенностью, может быть экранированной;

3. коаксиальный кабель – снижает влияние паразитных эффектов при передаче данных с высокими скоростями (поверхностный эффект и эффект электромагнитной радиации);

4. оптоволоконный кабель – обеспечивает высокие скорости приема-передачи, слабое затухание сигнала, высокую помехозащищенность и труднодоступность для перехвата информации);

5. радиоканал (микроволны) – обеспечивает широкую полосу пропускания и высокие скорости передачи.

Представление цифровых сигналов в линиях связи.

1. Стандарт RS232 (V24) – в данном стандарте напряжением:

U_­0 ³ + 3В (либо +12 В, либо +15В) U_­1 < - 3В (либо -12 В, либо -15В)

2. Стандарт “Токовая петля” (ИРПС – интерфейс радиальный последовательный) – логический 0 и 1 кодируется наличием или отсутствием тока 20 мА в линии связи:

I₀ = 20 мА I₁ = 0 мА

3. Стандарт RS422 (V11) – логический сигнал (обычно уровня ТТЛ) преобразуется в двуполярное напряжение, передается в линию, а затем снова преобразуется в сигнал ТТЛ.

4. Представление цифровых сигналов с помощью гармонических - синусоидальных сигналов. Данное преобразование осуществляет модем, который гармонический сигнал для передачи по линии связи определенным образом модулирует. Основные типы модуляций:

а) амплитудная модуляция – логические 0 и 1 представляются синусоидальным сигналом одной частоты, но разной амплитуды.

б) частотная модуляция – цифровые сигналы представляются синусоидальным сигналом одной амплитуды, но разной частоты.

в) фазовая модуляция – в линию генерируются два синусоидальных сигнала одинаковой частоты, при этом значение фазового угла между ними кодирует два разряда цифрового кода:

j = 0° Þ 00 j = 180° Þ 10

j = 90° Þ 01 j = 270° Þ 11

г) квадратурная модуляция – несколько разрядов цифрового кода кодируются одновременно и выделенными частотами и фазовыми углами между ними.

Стандарты скоростей передачи данных. Обычно скорость передачи измеряют в бит/сек. Однако, скорость передачи модулированных сигналов целесообразнее измерять в бодах, т.к. одно состояние гармонического сигнала может определять несколько бит цифрового слова. Бод – это количество модуляций в секунду. Напри­мер, если при фазовой модуляции синусоидального сигнала на одном бодовом ин­тервале можно задавать четыре фазы сигнала (0°, 90°, 180° и 270°), то это озна­чает удвоение битовой скорости относительно бодовой.

Различают:

- номинальную скорость - скорость непосредственно в линии связи (бит/с);

- эффективную скорость – скорость передачи сжатых данных вместе со служебной информацией.

Режимы приема – передачи.

Протоколы последовательного обмена задают два режима:

- асинхронный - символы передаются по мере их готовности. Интервал между символами может быть различным, хотя интерва­лы между битами в одном символе фиксированы. При отсутствии готовых данных линия простаивает. Информация передается в виде посылки (кадра), т. е. группы битов, отображаю­щих символ, следующего формата: начало посылки отмечается нулевым старт-битом, за ним следуют 5…8 информационных (младшим разрядом вперед), затем идет необязательный бит контроля четно­сти/нечетности и заканчивается посылка 1; 1,5 или 2 единичными стоп-битами.

- синхронный - символы следуют один за другим слитно, поэтому можно говорить о передаче массива символов — текста. Если очередной символ не готов, передача не останавливается, передатчик посылает в линию специальные символы синхронизации, до тех пор, пока не сможет пе­редать следующий символ данных. Синхронный обмен повышает скорость передачи данных.

Ошибки при приеме-передаче информации.

1. Ошибка формата – возникает, если в конце кадра приемник не обнаруживает стоповые биты.

2. Ошибка переполнения - приемник принял с линии очередной кадр информации, но предыдущий кадр еще не прочитан микропроцессором.

3. Ошибка четности – контрольная сумма единиц в кадре не соответствует запрограммированному признаку четности/нечетности.

2. УГО, структурная схема и назначение выводов ИМС К580ВВ51А (Intel 8251).

Согласно типу реализуемых протоколов эту ИМС называют универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком (УСАПП), чему в английской терминологии соответствует USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter). Адаптеры, в которых реализуются только асинхронные протоколы, называются УАПП (UART — Universal Asynchronous Receiver/Transmitter).

ИМС КР580ВВ51А предназначена для аппаратной реа­лизации последовательного протокола обме­на между микропроцессором или другим устройством, спо­собным запрограммировать данную микросхе­му на требуемый режим работы, и каналами последовательной передачи дискретной инфор­мации.

ИМС КР580ВВ51А преобразует парал­лельный код, получаемый от центрального про­цессора, в последовательный поток символов со служебными битами и выдает этот поток в последовательный канал связи с различной скоростью, а также выполняет обратное пре­образование последовательный поток симво­лов — в параллельное 8-разрядное слово. Пе­редаваемая и принимаемая информация при необходимости может контролироваться на четность (нечетность)

ИМС КР580ВВ51А программируется на выполнение почти всех применяющиеся в на­стоящее время протоколов последовательной передачи данных и работает в двух режимах синхронном и асинхронном. Программирова­ние микросхемы на тот или другой режим ра­боты выполняется записью в соответствующие регистры слов инструкции режима, служебных синхросимволов и инструкции команды

Максимальная скорость передачи приема информации по последовательному каналу 64Кбод, минимальная не ограничена и опре­деляется внешними устройствами (ВУ)

Условное графическое обозначение микросхемы и структурная схема показаны на рис. 2, назначение вы­водов — в таблице 1.

Рис.1.УГО и структура АПВВ

Буфер ШД — двунаправленный, восьмиразрядный, с тремя состояниями. Он связывает адаптер с системной шиной данных и принимает данные по коман­дам OUT port, выдает — по командам IN port. Через буфер передаются также управляющие и командные слова и слово состояния адаптера. В буфере име­ются регистры данных (входной и выходной), команд и состояния.

Блок управления чтением/записью принимает сигналы от системной шины данных и генерирует сигналы управления работой всех блоков адаптера.

УПП имеет набор управляющих входных и выходных сигналов для управления модемом. Модем указан здесь как наиболее типичное устрой­ство, работающее во взаимодействии с УПП, хотя, в сущности, это сиг­налы общего назначения, которые могут быть использованы и для управ­ления другими устройствами.

Буфер передатчика адаптера (буфер Тх) принимает параллельные данные от буфера ШД, преобразует их в поток последовательных битов, вводит в этот поток служебные символы или биты и выдает составленный необходимым образом поток битов на вывод TxD.

Схема управления передатчиком (управление Тх) вырабатывает внутренние и внешние сигналы для процессов передачи последовательных данных.

Буфер приемника принимает последовательные данные, преобразует их в параллельные, проверяет биты или символы, специфичные для посылок данного типа и посылает принятый символ в процессор. Вывод RxD служит входом последовательных данных..

Блок управления приемником Rx обеспечивает управление всеми действия­ми, связанными с приемом информации.

Таблица 1.

Выводы и сигналы УПП.

Выводы и сигналы УПП имеют следующее назначение:

• RESET— установка адаптера в исходное состояние, после него адаптер находится в бездействии до записи нового набора управляющих слов для определения задаваемых ему функций. В состояние бездействия адаптер вводится также программой по команде сброса;

• CLK — вход тактовой частоты для внутреннего тактирования процессора. Внешние входы и выходы адаптера не привязаны к тактам сигнала CLK, но частота этого сигнала должна быть выше битовой частоты передачи данных не менее чем в 30 раз;

• RD , WR и CS —сигналы чтения и записи и сигнал выбора микросхемы;

• C/D (Control/Data) — указывает на тип передаваемой информации, при единичном значении этого сигнала вводятся управляющие слова или выво­дится слово состояния адаптера, при нулевом — передаются данные. Вместе с сигналами RD и WR определяет характер передачи. Обычно на этот вход подключается младший разряд адреса А0. Направления передачи и ха­рактер информации задаются для адаптера таблицей (табл. 2).

Таблица 2.

Для управления модемом (терминалом) имеются две пары сигналов:

• DSR (Data Set Ready) — запрос готовности передатчика терминала, сиг­нал связан с одноразрядным портом и может быть проверен процессором чтением слова состояния. Низкий уровень этого сигнала говорит о том, что модем (терминал) имеет информацию для передачи процессору;

• DTR (Data Terminal Ready) — этот сигнал является реакцией на запрос DSR. Активизируется соответствующим битом командного слова, если процессором разрешен обмен с модемом. Связан с разрешением модему посылки данных на вход приемника адаптера;

• RTS (Request to Send) — сигнал связан с одноразрядным выходным пор­том. Является запросом от адаптера готовности приемника терминала принять данные. Задается программированием соответствующего бита в командном слове, когда процессором разрешен обмен с модемом;

• CTS (Clear to Send) — сигнал готовности приемника терминала принять данные. Низкий уровень этого сигнала разрешает адаптеру передачу по­следовательных данных, если установлен бит TxEN в командном слове. При снятии TxEN или CTS во время работы передатчика он будет пере­давать все данные, записанные до запрещения передачи, прежде чем ос­тановится.

• TxRDY — этот выходной сигнал указывает процессору на готовность пе­редатчика адаптера принять символ данных. Сигнал может проверяться чтением слова состояния или использоваться как запрос прерывания. Автоматически сбрасывается передним фронтом строба записи WR, когда символ дан­ных загружается из процессора.

• ТхЕ — сигнал устанавливается, когда адаптер не имеет символа для пере­дачи (входной буфер в блоке «буфер ШД» пуст, и после выхода символа из сдвигающего регистра передатчика этот регистр будет нечем загрузить). Сбрасывается после получения символа от процессора, если передача раз­решена, и остается высоким, если передача запрещена соответствующим битом командного слова. Сигнал может быть использован для индикации конца режима передачи и оповещения процессора о моменте переключе­ния линии передачи на другое направление в полудуплексном режиме ра­боты. В синхронном режиме высокий уровень сигнала показывает, что символ не был загружен и в поток данных следует вводить синхросимволы. Пока передаются синхросимволы, высокий уровень сигнала сохраняется;

• ТхС и RxC — сигналы синхронизации передатчика и приемника, задаю­щие скорость следования последовательных битов. При синхронных пе­редачах бодовая скорость равна частоте ТхС (RxC), при асинхронных она является частью частоты ТхС (RxC) (это 1, или 1/16 или 1/64 от ТхС или RxC). Очень часто частоты ТхС и RxC идентичны. Их синхронности с сигналом CLK не требуется.

• RxRDY — выходной сигнал, показывающий, что адаптер имеет символ, го­товый к выводу в процессор. Может проверяться чтением слова состояния или использоваться как запрос прерывания для процессора. Если команда разрешения приема RxEN отсутствует, то сигнал RxRDY находится в со­стоянии сброса. Отсутствие чтения принятого символа из выходного регист­ра адаптера до появления следующего ведет к загрузке нового символа и потере старого. Устанавливается ошибка переполнения.

• SYNDET (SYNC Detect/Break Detect) этот вывод в синхронном режиме ис­пользуется как SYNDET и может быть входом или выходом в зависимости от программирования адаптера. При внутренней синхронизации является выходом и устанавливается как признак выявления синхросимвола в режиме приема. Если запрограммированы два синхросимвола, SYNDET установится в середине последнего бита второго синхросимвола. Сигнал автоматически сбрасывается после операции чтения состояния. Когда используется как входной (режим внешней синхронизации), его появление заставляет адаптер начать прием данных. В асинхронном режиме вывод используется для сиг­нала Break Detect, который устанавливается при низком уровне на интерва­лах стоп-битов в двух последовательных посылках. Сигнал может быть вы­явлен чтением слова состояния. Сбрасывается при сбросе адаптера или воз­вращении входного сигнала к нормальному состоянию (появлению единиц на интервалах стоп-битов)

Дата добавления: 2014-03-21; просмотров: 472; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!