Передача информации в МПС

При организации последовательного обмена ключевыми могут считаться две проблемы:

В МПС существует три способа передачи информации:

Асинхронный способ характеризуется тем, что сигналы передаются с произвольными промежутками времени.
Синхронный способ характеризуется тем, что сигналы передаются строго периодично во времени.
Смешанный способ характеризуется тем, что байты передаются асинхронно, а биты внутри байтов синхронно.

Асинхронный способ

Асинхронный способ обеспечивает передачу информации по единственной линии. Для надежной синхронизации обмена в асинхронном режиме

Асинхронный способ по методу регистрации сигналов делится на:

Метод стробирования

Строб – дополнительный сигнал, является подтверждением действительности других сигналов.
Стробирование может осуществляться по фронту или по уровню.

Рис. 3.1 Виды стробов.

рис 3.2 Стробируемый метод

рис 3.3 Стробируемый метод

Стробирование по фронту.

Достоинства:

Недостатки:

Стробирование по уровню.

Достоинства:

Недостатки:

Метод «запрос-ответ»

рис 3.4 Метод «запрос-ответ»

t1 – передатчик выставляет данные (предварительно проверив отсутствие строба-ответа)
t2 – передатчик с некоторой задержкой выставляет сигнал строб-запрос
t3 – приемник, анализируя состояние линии строб-запрос, обнаруживает наличие определенного сигнала и в этот же момент осуществляет прием данных по линии.
t4 – передатчик, сканируя линию строб-ответ, обнаруживает, что он активен и сбрасывает строб-запрос  
t5 – приемник, сканируя линию строб-запрос, обнаруживает, что строб запрос стал неактивен и сбрасывает строб-ответ 
t6 – тоже самое,  что и t1

Достоинства:

Недостатки:

Синхронный способ

В синхронном способе передачи информации выделяют изохронный метод.

Синхронизация бывает:

Изохронный метод

В этом методе передачи информации возможна потеря данных. Здесь сам приемник определяет какие данные принимать, а какие нет (например для звуковой информации).

Внешняя синхронизация

Сигналы синхронизации поступают вместе с данными. В этом случае форма сигналов может быть неправильной. Поэтому внешняя синхронизация используется только при передаче на небольшие расстояния, т.е. внутри платы.

Внутренняя синхронизация

рис 3.5 Внутренняя синхронизация

SYN – специальный сигнал пересылаемый один раз и запускающий тактовый генератор.

Достоинства:

При синхронном методе передатчик генерирует две последовательности - информационную TxD и синхроимпульсы CLK, которые передаются на приемник по разным линиям (Рис. 3.6).
Рис. 3.6. Последовательный синхронный обмен с внешней синхронизацией
Синхроимпульсы обеспечивают синхронизацию передаваемых бит, а начало передачи отмечается по-разному.
При организации внешней синхронизации сигнал начала передачи BD генерируется передатчиком и передается на приемник по специальной линии (Рис. 3.6).
В системах с внутренней синхронизацией отсутствует линия BD, а на линию данных генерируются специальные коды длиной 1-2 байта - “символы синхронизации”. Для каждого приемника предварительно определяются конкретные синхросимволы, таким образом можно осуществлять адресацию конкретного абонента из нескольких, работающих на одной линии. Каждый приемник постоянно принимает биты с RxD, формирует символы и сравнивает с собственными синхросимволами. При совпадении синхросимволов последующие биты поступают в канал данных приемника.

Асинхронно-синхронный способ

Предположим, что мы умеем преобразовывать каждый байт в поток единиц и нулей, то есть биты, которые могут быть переданы через среду связи (например, телефонную линию). В самом деле, универсальный асинхронный приемопередатчик (UART), как мы увидим ниже, выполняет точно такую же функцию. Обычно, в то время как линия на­ходится в режиме ожидания, для демонстрации того, что линия в по­рядке, по ней передается единица, обозначая незанятость линии. С другой стороны, когда линия находится в состоянии логического ну­ля, говорится, что она стоит в режиме выдерживания интервалов. Таким образом, логические единица и ноль рассматриваются соответс­твенно как MARK и SPACE.
В асинхронной связи изменение условия состояния линии с MARK на SPACE означает начало символа (рис 3.7). Это называ­ется стартовым битом. За стартовым битом следует комбинация битов, представляющая символ, и затем бит контроля четности. Наконец, ли­ния переходит в состояние ожидания MARK, которая представляет со­бой стоповый бит и означает конец текущего символа. Число битов, используемых для представления символа, называется длиной слова и обычно бывает равно семи или восьми. Контрольный бит используется для выполнения элементарной проверки на наличие ошибки.

Рис.3.7. Асинхронно-синхронный способ передачи информации

Длитель­ность каждого бита определяется генераторами тактовых импульсов приемника и передатчика. Отметим, однако, что генераторы в прием­нике и передатчике должны иметь одну и ту же частоту, но не требу­ется, чтобы они были синхронизированы. Выбор частоты генератора зависит от скорости передачи в бодах, которая означает число изме­нений состояния линии каждую секунду. Номинально, тактовая частота "16-кратная скорость передачи в бодах" означает, что линия прове­ряется достаточно часто для надежного распознавания стартового би­та.
Рассмотренные принципы асинхронной последовательной связи ре­ализованы в ряде стандартов для передачи информации, среди которых наиболее популярным является стандарт RS-232С.
Эти же принципы последовательной связи реализованы в ряде БИС последовательных приемо-передатчиков, среди которых наиболее из­вестные: 6850, Intel8251 (КР580ВВ51А), Z80-SIO, 8250, 16450, 16550, 16550А.

Принципы работы интерфейса RS-232

В состав PC AT входит оборудование, которое обеспечивает об­мен данными между различными устройствами в последовательном коде по асинхронному методу. Это оборудование соответствует требованиям стандарта США RS-232C и рекомендациям V.24 и V.28 международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии МККТТ (CCITT). Этим стандартам соответствуют ГОСТ 18145-81 и ГОСТ 23675-79 со­ответственно.
В дальнейшем будем называть такое оборудование наиболее расп­ространённым термином - интерфейсом RS-232C, или последовательным асинхронным интерфейсом.
Обычно PC имеют в своем составе два интерфейса RS-232C, кото­рые обозначаются COM1 и COM2. Возможна установка дополнительного оборудования, которое обеспечивает функционирование в составе PC четырех, восьми и шестнадцати интерфейсов RS-232C.
Интерфейс RS-232C обеспечивает следующие возможности:
1) применение PC в качестве абонентского пункта в системах и сетях телеобработки данных. В этом случае PC подключается через этот интерфейс к устройствам преобразования сигналов (модемам), которые в свою очередь подключаются к каналам связи;
2) подключение к PC различных устройств ввода-вывода (графо­построителей, принтеров, графических манипуляторов, внешних НГМД, стриммеров и т.д.);
3) объединение нескольких PC между собой и с другими ЭВМ для организации перекачки файлов между ними.
Широкое применение интерфейса RS-232C объясняется его универ­сальностью в части диапазона скоростей передачи информации (от 50 до 115 000 бит в секунду), "прозрачностью", т.е. отсутствием зап­рещенных к использованию для передачи данных кодовых комбинаций, наличием специализированных БИС и ИС, на которых достаточно эффек­тивно реализуется данный интерфейс, простотой конструкции соедини­тельных кабелей.
Основные принципы обмена информацией по интерфейсу RS-232C заключаются в следующем:
1) обмен данными обеспечивается по двум цепям, каждая из ко­торых является для одной из сторон передающей, а для другой прием­ной;
2) в исходном состоянии по каждой из этих цепей передается двоичная единица, т.е. стоповая посылка. Передача стоповой посылки может выполняться сколько угодно долго;
3) передаче каждого знака данных предшествует передача стар­товой посылки, т.е. передача двоичного нуля в течение времени, равного времени передачи одного бита данных;
4) после передачи стартовой посылки обеспечивается последова­тельная передача всех разрядов знака данных, начиная с младшего разряда. Количество разрядов знака может быть 5, 6, 7 или 8;
5) после передачи последнего разряда знака данных возможна передача контрольного разряда, который дополняет сумму по модулю 2 переданных разрядов до четности или нечетности. В некоторых систе­мах передача контрольного разряда не выполняется;
6) после передачи контрольного разряда или последнего разряда знака, если формирование контрольного разряда не предусмотрено, обеспечивается передача стоповой посылки. Минимальная длительность посылки может быть равной длительности передачи одного, полутора или двух бит данных.
Обмен данными по описанным выше принципам требует предвари­тельного согласования приемника и передатчика по количеству ис­пользуемых разрядов в символе, правилам формирования контрольного разряда и длительности передачи бита данных.
Последнее согласование обеспечивается путем стандартизации ряда скоростей: 50, 75, 100, 110, 200, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 000 или 115 000 бит в секунду. Установ­ленная скорость должна отличаться от номинальной не более чем на 2 %, что гарантированно обеспечивается применением генераторов с кварцевыми резонаторами.
Обычно используется генератор с частотой 1,8432 МГц.

Универсальный асинхронный прие­мопередатчик (УАПП) RS-232C

Основные функции, выполняемые оборудованием интерфейса RS-232C:
1) обеспечение преобразования параллельного кода в последова­тельный при передаче данных и обратное преобразование при их прие­ме;
2) формирование стартового, контрольного и стопового разрядов при передаче данных;
3) контроль правильности приема стартового, контрольного и стопового разрядов при приеме. Анализ их "переполнения", когда ра­нее принятые знаки не переписываются в системную шину до приема очередного знака;
4) прием и передача знака на фиксированных скоростях;
5) формирование и контроль состояния сигналов в интерфейсе RS-232C;
6) организация диагностической проверки без использования подключаемого к интерфейсу RS-232C оборудования.
Оборудование, выполняющее перечисленные выше функции, реали­зуется в виде БИС, которые получили наименование "универсальный асинхронный приемопередатчик" (УАПП) (UART). УАПП реализованы в виде целого ряда БИС различных конструкций и компоновки. Эти БИС могут располагаться как на базовой плате РС, так и входить в раз­личных комбинациях в адаптеры интерфейсов.