Лекція 8 Послідовний інтерфейс
Для передачі цифрової інформації на значні відстані незручно користуватись паралельним методом, де для кожного розряду передаваних даних слід мати окремий провідник. Зручнішим виявляється послідовний метод, коли інформаційне слово передається у вигляді послідовності бітів по одному-однісінькому провіднику. До речі, деякі зовнішні пристрої потребують саме послідовного введення та виведення, як то, наприклад, модеми, накопичувачі на магнітних дисках або магнітних стрічках.
Для того, щоб здійснювати таку передачу, необхідно перетворювати паралельний код на послідовний і супроводжувати передаване слово службовою інформацією, котра точно вказувала б приймачеві де початок і де кінець передаваного слова. У службову інформацію можуть також входити спеціальні символи, за яким приймач міг би перевіряти вірність прийнятої ним інформації. На приймальнім кінці одержані сигнали мають бути відокремлені від службової інформації, перевірені й перетворені - на паралельний формат. Обмін інформацією може вестись як у синхронному, так і в асинхронному режимах.
Усі ці функції може виконувати спеціальна ВІС, що входить до мікропроцесорного комплекту КР580 і має назву Універсальний синхронно-асинхронний програмований прийомопередавач (УСАПП) типу КР580ВВ51. Інша його назва - програмований зв'язковий адаптер (ПЗА). У закордонному варіанті він позначається як 8251. Ця ІМС сумісна з мікропроцесором КР580ВМ80 та іншими мікропроцесорами лінії Intel.
УСАПП типу КР580ВВ51 значною мірою є автономним у своїй роботі. Роль мікропроцесора полягає лише в тому, що він програмує цю мікросхему, надсилає їй керуюче слово, перевіряє, за необхідності, її стан, надає їй та приймає від неї дані в паралельному форматі. Все інше робить сам УСАПП. При видачі даних МП звертається до УСАПП як до зовнішнього пристрою. При прийманні даних УСАПП звертається до мікропроцесора шляхом запиту на переривання, або ж видає дані за запитом самого мікропроцесора.
Передача слова в асинхронному режимі починається з видачі стартового біта низького рівня (0). Далі йдуть біти розрядів даних, їх кількість може бути від 5 до 8. Передача починається завжди з наймолодшого біта. По закінченні слова видається біт контролю за парністю (він може бути і відсутній). Ідея такого контролю полягає в тому, що YCAT1J 1-передавач підраховує кількість одиниць у бітах слова й у разі, коли ця кількість непарна, додає одиницю в розряд контролю. Отже, передаване слово (разом із контрольним бітом) завжди буде містити парну кількість одиниць. Приймач це перевіряє і в разі, коли виявляє, що одна з одиниць "загубилася по дорозі" (або, навпаки, з'явилася зайва), подає сигнал помилки. Перевірка може відбуватися й за непарністю.
Закінчення передачі слова позначається одним або двсма стоп-бітами високого рівня; після цього інформація не подається й на виході передавача підтримується високий рівень до моменту, поки не з'явиться стартовий біт наступного слова.
Кількість розрядів у слові, вибір методу перевірки (за парністю або непарністю), а також кількість стоп-бітів задаються в керуючому слові при програмуванні передавача й п^лймача. Швидкість передачі в асинхронному режимі порівняно невелика й становить до 9600 бітів за секунду.
У синхронному режимі слова, що складають передаваний масив, передаються підряд, без роздільних знаків та службової інформації. На початку масиву передається один або два синхросигнали, котрі є неначе "ключем" або "паролем", що відкриває роботу приймача. Кількість та вигляд синхросигналів та кількість бітів у інформаційних словах задаються програмою в інструкції режиму. Швидкість передачі в синхронному режимі може сягати до 56 000 бітів за секунду.
Структурна схема УСАПП
Структурну схему УСАПП зображено на рис. 8.3. Розглянемо призначення її блоків та виводів.
D7 - DO - двоспрямована 8-розрядна ПІД, яка підключається до магістральної (системної) ПІД мікропроцесора. Буфер ТІЇД (тобто буфер уведення/виведення) містить такі регістри:
- регістр передаваних даних, котрі йдуть від МП назовні;
- регістр сприйманих даних, котрі йдуть ззовні до МП;
- регістр керуючих слів;
- регістр слова стану.
RESET - скидання всіх буферних регістрів УСАПП у нуль. За сигналом RESET=1 УСАПП "очищається" від усієї попередньо записаної в нім інформації та переходить у режим програмування.
CS - вибір мікросхеми. При CS = 1 УСАПП блокується; приС8 = 0 активізується.
CLK - синхронізація від генератора тактових імпульсів МП;
RD та WR - сигнали читання та запису (з погляду мікропроцесора);
C/D - сигнал керування/дані: при C/D = 1 в УСАПП записується керуюче слово або відбувається читання мікропроцесором слова стану УСАПП. При С/ D = 0 відбувається обмін даними з МП. Таким чином, сукупність сигналів С/ D, RD та WR указує напрямок руху інформації та її характер.
TxD - інформаційний вихід УСАПП, по якому дані виводяться в послідовному форматі;
RxD - інформаційний вхід УСАПП, по якому дані вводяться від термінала;
ТхС; RxC - входи для сигналів синхронізації роботи з терміналом. Справа в тому, що УСАПП має дві частоти тактових сигналів: одну високу (порядку мегагерців), спільну з мікропроцесором, і другу, значно
нижчу (порядку кілогерців), якою він синхронізується з повільно працюючим терміналом. Ці низькочастотні тактові імпульси виробляються шляхом багатократного ділення частоти тактових імпульсів F2.
Т х RDY; R x RDY - виходи для сигналів, що підтверджують готовність УСАПП до передачі або приймання даних від мікропроцесора;
Т х Е - сигнал повідомлення про закінчення передачі;
SYNDET - вид синхронізації (внутрішня або зовнішня - для синхронного режиму);
Останні чотири сигнали служать для організації зв'язку з терміналом (модемом):
І)ТК(вих) - готовність УСАПП до приймання від термінала;
DSR (вх) - готовність термінала до видачі даних (або ж запит від термінала до УСАПП на готовності до сприймання);
RTS (вих) - готовність УСАПП до видачі даних термінала;
СТ8(вх) - готовність термінала до приймання (або ж запит до УСАПП на видачу даних).
Схему підключення УСАПП до мікропроцесора зображено на рис. 8.4. УСАПП адресується однобайтовою адресою. Сім старших бітів адреси А7 - А1 через дешифратор DC активізують вхід CS,, Молодший біт АО підключено до входу C/D. Він визначає, чи буде УСАПП обмінюватись із мікропроцесором даними (АО = 0), чи службовими словами: керуючим словом або словом стану. Отже, УСАПП має дві суміжні адреси: парну для обміну даними й непарну для службових слів (наприклад, адреса Е8 для обміну даними та Е9 для службових слів).
Сигнал читання (від ЗП до МП) RD= 0 потрапляє по лінії І / OR; сигнал запису (від МП до ЗП) WR ~ 0 іде по лінії
I/OW.
Дільник частоти СТ знижує тактову частоту, що знімається з лінії F2, до кількох десятків або одиниць кілогерців, котра й подається на синхровходи приймача та передавача RxC та ТхС, а також на термінал. Адже УСАПП видає дані в послідовному форматі зі значно нижчою частотою, ніж тактова частота МП.
Входи TxRDY та RxRDY, що сигналізують про готовність УСАПП приймати дані від мікропроцесора, або передавати дані до нього, об'єднуються диз'юнктором і утворюють сигнал запиту на переривання INT, який і подається на відповідний вхід мікропроцесора.
Усі інші виводи забезпечують узгодження l 'язку з терміналом. Це може бути, наприклад, магнітний диск, відеотермінал з клавіатурою або ж модем. Обмін проводиться під керуванням чотирьох сигналів готовності: сигналом RTS ~ О УСАПП сповіщає термінал про свою готовність до видачі даних; термінал сигналом CTS - 0 підтверджує свою готовність до приймання даних. Інколи ініціат^^а може виходити від термінала; тоді сигнал CTS = 0 є запитом до УСАПП на видачу даних. Після цього відбувається передача даних від ЛГСАПП до термінала. При зворотному напрямку руху інформації термінал сигналом DSR = О сповіщає УСАПП про свою готовність видавати дані; УСАПП підтверджує свою готовність їх приймати сигналом DTR = О, після чого відбувається обмін даними. Інколи процедуру спрощують, з'єднуючи виводи RTS із CTS та DSR з DTR. Тоді
УСАПП сам собі дає дозвіл на видачу та приймання даних від термінала, обминаючи сигнали готовності від останнього.
При роботі з модемом той не є останнім споживачем інформації (або її джерелом). Він лише переробляє її для каналу зв'язку, являє собою дві двопровідні лінії - передавальну та приймаючу. Ці лінії зв'язку практично виконуються у вигляді скручених пар дротів, де другий провідник заземлено.
Лінія передачі послідовних даних за стандартом RS - 232
УСАПП видає та приймає дані з ТТЛ рівнями; близько 0.4 В для 0 та близько 2.5 В для 1. Потужність створюваних ним сигналів невелика. Тому для зв'язку на далекі відстані ці сигнали слід підсилювати й доводити до більших напруг. Для цього існує міжнародний стандарт RS - 232. За цим стандартом логічна одиниця передається як +12 В, а логічний нуль як -12 В. До цих рівнів сигнали доводяться підсилювальною схемою на транзисторах. При прийманні рівень сигналів знижується до звичайних ТТЛ-рівнів нескладною схемою типу обмежувача.