«Діагностика портів ЕОМ»

Послідовна передача даних

Мікропроцесорна система без засобів введення та виведення виявляється марною. Характеристики та обсяги введення і виведення в системі визначаються, в першу чергу, специфікою її застосування - наприклад, в мікропроцесорної системі управління деяким промисловим процесом не потрібно клавіатура і дисплей, тому що майже напевно її дистанційно програмує і контролює головний мікрокомп'ютер (з використанням послідовної лінії RS-232C).

Оскільки дані зазвичай представлені на шині мікропроцесора у паралельній формі (байтами, словами), їх послідовний ввід-вивід виявляється дещо складним. Для послідовного введення буде потрібно засоби перетворення послідовних вхідних даних у паралельні дані, які можна помістити на шину. З іншого боку, для послідовного виведення необхідні засоби перетворення паралельних даних, представлених на шині, в послідовні вихідні дані. У першому випадку перетворення здійснюється регістром зсуву з послідовним входом і паралельним виходом (SIPO), а в другому - регістром зсуву з паралельним входом і послідовним виходом (PISO).

Послідовні дані передаються в синхронному або асинхронному режимах. У синхронному режимі всі передачі здійснюються під управлінням загального сигналу синхронізації, який повинен бути присутнім на обох кінцях лінії зв'язку. Асинхронна передача на увазі передачу даних пакетами; кожен пакет містить необхідну інформацію, що вимагається для декодування що містяться в ньому даних. Звичайно, другий режим складніше, але в нього є серйозна перевага: не потрібен окремий сигнал синхронізації.

Існують спеціальні мікросхеми вводу і виводу, які вирішують проблеми перетворення, описані вище. Ось список найбільш типових сигналів таких мікросхем:

D0-D7 - вхідні-вихідні лінії даних, що підключаються безпосередньо до шини процесора;

RXD - прийняті дані (вхідні послідовні дані);

TXD - передані дані (вихідні послідовні дані);

CTS - скидання передачі. На цій лінії периферійний пристрій формує сигнал низького рівня, коли воно готове сприймати інформацію від процесора;

RTS - запит передачі. На цю лінію мікропроцесорна система видає сигнал низького рівня, коли вона має намір передавати дані в периферійний пристрій.

Усі сигнали програмованих мікросхем послідовного введення-виведення ТТЛ-сумісні. Ці сигнали розраховані тільки на дуже короткі лінії зв'язку. Для послідовної передачі даних на значні відстані потрібні додаткові буфери та перетворювачі рівнів, включаються між мікросхемами послідовного вводу-виводу і лінією зв'язку.

Загальні відомості про інтерфейсі RS-232C

Інтерфейс RS-232C є найбільш широко поширеною стандартної послідовної зв'язком між мікрокомп'ютерами і периферійними пристроями. Інтерфейс, визначений стандартом Асоціації електронної промисловості (EIA), передбачає наявність обладнання двох видів: термінального DTE і зв'язкового DCE.

Щоб не скласти неправильного уявлення про інтерфейс RS-232C, необхідно чітко розуміти різницю між цими видами обладнання. Термінальне обладнання, наприклад мікрокомп'ютер, може здійснювати і (або) приймати дані по послідовному інтерфейсу. Воно як би закінчує (terminate) послідовну лінію. Зв'язне устаткування - пристрої, які можуть спростити передачу даних спільно з термінальним обладнанням. Наочним приклад зв'язкового обладнання служить модем (модулятор-демодулятор). Він виявляється сполучною ланкою в послідовної ланцюжку між комп'ютером і телефонною лінією.

Різниця між термінальними і зв'язківцями пристроями досить розпливчасто, тому виникають певні труднощі в розумінні того, до якого типу обладнання відноситься той або інший пристрій. Розглянемо ситуацію з принтером. До якого обладнанню його віднести? Як зв'язати два комп'ютери, коли вони обидва діють як термінальне обладнання. Щоб відповісти на ці питання слід розглянути фізичне з'єднання пристроїв. Зробивши незначні зміни в лініях інтерфейсу RS-232C, можна змусити зв'язне устаткування функціонувати як термінальне. Щоб розібратися в тому, як це зробити, потрібно проаналізувати функції сигналів інтерфейсу RS-232C (таблиця 1).

Таблиця 1. Опції сигнальних ліній інтерфейсу RS-232C.         Номер контакту          Скорочення          Напрямок          Повна назва             1         FG         --         Основна або захисна земля             2         TD (TXD)         До DCE         Передані дані             3         RD (RXD)         До DTE         Рішення, що приймаються дані             4         RTS         До DCE         Запит передачі             5         CTS         До DTE         Скидання передачі             6         DSR         До DTE         Готовність модему             7         SG         --         Сигнальна земля             8         DCD         До DTE         Виявлення несучої даних             9         --         До DTE         (Позитивне контрольне напруга)             10         --         До DTE         (Негативне контрольне напруга)             11         QM         До DTE         Режим вирівнювання             12         SDCD         До DTE         Виявлення несучої вторинних даних             13         SCTS         До DTE         Вторинний скидання передачі             14         STD         До DCE         Вторинні передані дані             15         TC         До DTE         Синхронізація передавача             16         SRD         До DTE         Вторинні приймаються дані             17         RC         До DTE         Синхронізація приймача             18         DCR         До DCE         Розділена синхронізація приймача             19         SRTS         До DCE         Вторинний запит передачі             20         DTR         До DCE         Готовність терміналу             21         SQ         До DTE         Якість сигналу             22         RI         До DTE         Індикатор дзвінка             23         --         До DCE         (Селектор швидкості даних)             24         TC         До DCE         Зовнішня синхронізація передавача             25         --         До DCE         (Зайнятість)     

Примітки:

1. Лінії 11, 18, 25 зазвичай вважають незаземленій. Наведена в таблиці специфікація відноситься до специфікаціям Bell 113B і 208A.

2. Лінії 9 і 10 використовуються для контролю негативного (MARK) і позитивного (SPACE) рівнів напруги.

3. Щоб уникнути плутанини між RD (Read - зчитувати) і RD (Received Data - прийняті дані) використовуватимуться позначення RXD і TXD, а не RD і TD.

Стандартний послідовний порт RS-232C має форму 25-контактного роз'єму типу D (рис 1).

Рис. 1. Призначення ліній 25-контактного роз'єму типу D для інтерфейсу RS-232C

Термінальне устаткування звичайно оснащене роз'ємом з штирькамі, а зв'язне - роз'ємом з отворами (але можуть бути і винятки).

Сигнали інтерфейсу RS-232C поділяються на наступні класи.

Послідовні дані (наприклад, TXD, RXD). Інтерфейс RS-232C забезпечує два незалежних послідовних каналу даних: первинний (головний) і вторинний (допоміжний). Обидва канали можуть працювати в дуплексному режимі, тобто одночасно здійснюють передачу і прийом інформації.

Керуючі сигнали квітірованія (наприклад, RTS, CTS). Сигнали квітірованія - засіб, за допомогою якого обмін сигналами дозволяє DTE почати діалог з DCE до фактичної передачі або прийому даних по послідовної лінії зв'язку.

Сигнали синхронізації (наприклад, TC, RC). У синхронному режимі (на відміну від більш поширеного асинхронного) між пристроями необхідно передавати сигнали синхронізації, які спрощують синхронізм сигналу з метою його декодування.

На практиці допоміжний канал RS-232C застосовується рідко, і в асинхронному режимі замість 25 ліній використовуються 9 ліній (табл. 2).

Таблиця 2. Основні лінії інтерфейсу RS-232C.         Номер контакту          Сигнал          Виконувана функція             1         FG         Підключення землі до стійки або шасі обладнання             2         TXD         Послідовні передача даних від DTE до DCE             3         RXD         Послідовні дані, що приймаються DTE від DCE             4         RTS         Вимога DTE надіслати дані до DCE             5         CTS         Готовність DCE приймати дані від DTE             6         DSR         Повідомлення DCE про те, що зв'язок встановлена             7         SG         Поворотний тракт загального сигналу (землі)             8         DCD         DTE працює і DCE може підключиться до каналу зв'язку      Види сигналів

У більшості схем, що містять інтерфейс RS-232C, дані передаються асинхронно, тобто у вигляді послідовності пакета даних. Кожен пакет містить один символ коду ASCII, причому інформація в пакеті достатня для його декодування без окремого сигналу синхронізації.

Символи коду ASCII представляються сім'ю битами, наприклад літера А має код 1000001. Щоб передати букву А по інтерфейсу RS-232C, необхідно ввести додаткові біти, що позначають початок і кінець пакету. Крім того, бажано додати зайвий біт для простого контролю помилок за паритетом (парності).

Найбільш широко поширений формат, що включає в себе один стартовий біт, один біт паритету і два степових бита. Початок пакету даних завжди відзначає низький рівень стартового біта. Після нього слід 7 біт даних знака коду ASCII. Біт парності містить 1 або 0 так, щоб загальне число одиниць у 8-бітної групі було непарним. Останнім передаються два степових бита, представлених високим рівнем напруги. Еквівалентний ТТЛ-сигнал при передачі літери А показано на рис. 2.

Рис. 2. Представлення коду букви А сигнальними рівнями ТТЛ.

Таким чином, повне асинхронно передається слово складається з 11 біт (фактично дані містять тільки 7 біт) і записується у вигляді 01000001011.

Використовувані в інтерфейсі RS-232C рівні сигналів відрізняються від рівнів сигналів, що діють в комп'ютері. Логічний 0 (SPACE) представляється позитивним напругою в діапазоні від 3 до 25 В, логічна 1 (MARK) - негативним напругою в діапазоні від -3 до -25 В. На рис. 3 показаний сигнал в тому вигляді, в якому він існує на лініях TXD і RXD інтерфейсу RS-232C.

Рис. 3. Вид коду літери А на сигнальних лініях TXD і RXD.

Зрушення рівня, тобто перетворення ТТЛ-рівнів у рівні інтерфейсу RS-232C і навпаки здійснюється спеціальними мікросхемами драйвера лінії і приймача лінії.

На рис. 4 представлений типовий мікрокомп'ютерної інтерфейс RS-232C. Програмована мікросхема DD1 послідовного введення здійснює паралельно-послідовні і послідовно-паралельні перетворення даних. Мікросхеми DD2 і DD3 виробляють зрушення рівнів для трьох вихідних сигналів TXD, RTS, DTR, а мікросхема DD4 - для трьох вхідних сигналів RXD, CTS, DSR. Мікросхеми DD2 і DD3 вимагають напруги живлення ± 12 В.

Рис. 4. Типова схема інтерфейсу RS-232C. Паралельний порт

Пристрій друку IBM PC-подібних комп'ютерів зазвичай підключається до паралельного інтерфейсу. Для підключення використовується стандартний роз'єм Centronix, що має 36 контактних виходів (вітчизняний аналог ІРПР-М). Допускається три варіанти підключення принтерів до ПЕОМ:

- адаптер принтера може знаходиться на одній платі з адаптером монохромного дисплея, при цьому використовуються порти 3BCh - 3BEh;

- до ПЕОМ можуть підключені два окремих адаптера для управління принтерами, що використовують порти 378h - 37Ah (перший адаптер) і 278h - 27Ah (другий адаптер).

При програмуванні принтера важливо знати адресу базового порту вводу-виводу (перший порту з трьох); адреси базових портів зберігаються в області даних BIOS, починаючи з адреси 0:408 h (LPT1) і далі за словом на принтер до LPT4. Подальший опис припускає, що базовий адреса принтера дорівнює 378h.

Порт Операція Опис

----------------------------------------------- -----------------

378h Запис Регістр даних - сюди засилається байт, що посилається на друк

Читання Регістр даних - дозволяє вважати останній переданий в принтер байт

379h Читання Регістр стану принтера:

7 6 5 4 3 2 1 0

+--------------------+

| | | | | | X | X | X | Біти:

+--------------------+ -----

| | | | +---------> 3: 0 = під час друку виникла помилка

| | | +------------> 4: 0 = принтер в автономному режимі

| | +---------------> 5: 1 = сигнал "кінець папери"

| +------------------> 6: 0 = принтер готовий до друку

| наступного символу

+---------------------> 7: 0 = принтер зайнятий, знаходиться в

автономному режимі або

сталася помилка

37Ah Читання/Регістр управління принтером:

Запис

7 6 5 4 3 2 1 0

+--------------------+

| X | X | X | | | | | | Біти:

+--------------------+ -----

| | | | +---> 0: біт запуску друку (див. нижче)

| | | +------> 1: 1 = після повернення каретки виводити

| | | переведення рядка (у MS-DOS має

| | | бути скинутий)

| | +---------> 2: 1 = ініціалізувати принтер

| +------------> 3: 1 = дозволити виведення на друк (повинен

| бути завжди встановлений)

+---------------> 4: 1 = дозволити переривання від принтера

Примітки.

1. Для запуску друку символу потрібно на короткий час встановити біт 0 регістра керування, а потім скинути його.

2. Переривання відбувається після закінчення виводу символу на друк: для перший принтера на сьомому рівні контролера переривань (IRQ7, вектор переривання 0Fh), для другого принтера - на п'ятому рівні (IRQ5, вектор 0Dh). Слід також зазначити, що IRQ5 використовується XT-контролером жорстких дисків для створення своїх переривань. Зазвичай цей біт не використовується (скидається), а перевірка готовності принтера проводиться на підставі опитування регістра стану.

Типова послідовність дій для виведення на друк одного символу така:

- вивести передається байт в регістр даних;

- в циклі перевіряти стан принтера до устaновкі біта 7 регістра стану (тут можливе використання таймауту);

- перевірити біти 3-5 регістра стану на наявність помилки;

- встановити і відразу ж скинути нульовий біт регістра управління, для цього підходить наступна послідовність команд:

mov dx, 37Ah; адреса регістра управління

mov al, 00001101b; встановити біти 0,2 і 3

out dx, al; вивести команду

xor al, 1; скинути біт 0

out dx, al; повторно вивести команду

- далі можна прочитати і запрограмувати регістр стану і перейти до друку следуюего символу.

Незважаючи на простоту управління, принтер представляє із себе досить складний пристрій, що має свій мікропроцесор,

ПЗУ і ОЗУ. Мікропроцесор використовується для обробки керуючих

послідовностей і управління друком. ПЗУ містить опис малюнків символів залежно від їх коду та обраної таблиці і програми мовою використовуваного мікропроцесора. ОЗУ використовується для тимчасового зберігання введених даних та спроектованих користувачем символів. Ряд принтерів, крім інтерфейсу Centronix, можуть поключаться і до послідовного інтерфейсу. Принтер обробляє ряд спецсимволів (таких, як дзвінок, забій, горизонтальна і вертикальна табуляція), а також має досить складну систему команд для зміни режимів роботи та управління печаткою.

Зазвичай команди починаються з символу ESC (шістнадцяткові код 1Bh) і мають довжину від двох байт і більше (існують командні послідовності, що включають по кілька кілобайт інформації, наприклад команди завантаження спроектованих користувачем шрифтів). Спецсимволи і байти команд передаються принтеру так само, як і звичайні символи, призначені для друку, описаним вище способом. Подібний спосіб управління зручний для програмного зміни режімов роботи пристрою. Враховуючи, що випуском принтерів для ПЕОМ займається досить велика кількість компаній і можливості принтерів постійно вдосконалюються, немає сенсу приводити повністю будь-яку систему команд, тому що, по-перше, вона в різних марках і моделях принтерів різна, і, по-друге, досить повно описується в документації на кожний конкретний принтер.

Існує 2 основних стандарту на систему команд і таблицю використовуваних символів (стандарти IBM і EPSON), яких в основному дотримуються фірми-виробники, залишаючи за собою право вносити до них зміни і доповнення. Єдиного стандарту як на систему команд, так і на розташування та малюнки символів другої половини таблиці ASCII (коди 129-255) немає. Найбільш часто використовувані команди:

- встановлення виду шрифту і режиму друку;

- чорновий текстовий (draft) нормальної ширини (pica), вузький (condensed) або середньої ширини (elita).

- якісний шрифт (NLQ, Proportional, Orator, Script і т. д.);

-вибір таблиці символів з ПЗУ (зазвичай є декілька таблиць, що відрізняються розташуванням керуючих кодів, наявністю і розташуванням псевдографічний символів або курсиву);

- завантаження в ОЗУ принтера спроектованих користувачем шрифтів і робота з ОЗУ принтера (саме в цій групі команд, є найбільші відмінності між різними моделями);

- управління принтером в режимі точкової графіки;

- установка службових параметрів (розміри відступів, сторінки, крок табуляції, відстань між рядками) і зміна характеристик (скидання, включення/відключення датчика кінця паперу, друк в одну чи в дві сторони і т. п.).

Ряд характеристик і режимів роботи може обиратися як програмно, так і апаратно з використанням кнопок і клавіш на лицьовій панелі і DIP-перемикачів. Існують характеристики, змінити які можна тільки апаратно (наприклад, можливість завантаження шрифтів або розмір використовуваного ОЗУ).