Стандартные интерфейсы подключения датчиков и исследовательских приборов

Стандартные интерфейсы подключения датчиков и исследовательских приборов

РЕФЕРАТ

ПО ФОПИ

По теме: Стандартные интерфейсы подключения датчиков и исследовательских

приборов

Выполнил:xxxxxx xxxx гр.xxxxx

ПетрГУ,2003

Содержание

1. Параллельный порт.

2. Последовательные порты ПЭВМ.Интерфейс RS-232C.

3. Интерфейс USB: описание и основы устройств сопряжения

4. ЦИФРОВОЙ ЗАПОМИНАЮЩИЙ ОСЦИЛЛОГРАФ ЛА-ОЦЗС .

5. Источники.

Параллельный порт.

Поскольку параллельный порт в IBM PC-совместимом компьютере

используется обычно для подключения принтера, то его часто называют

принтер портом. Компьютер работает максимум с тремя параллельными

портами, которые имеют логические имена LPT1, LPT2 и LPT3. В адресном

пространстве компьютера резервируются базовые адреса этих портов: 3BCh,

378h и 278h. Первый адрес обычно используется, если порт находится,

например, на плате графического адаптера Hercules или EGA. На плате

Multi I/O Card адрес LPT1 – 378h, а LPT2 – 278h. Для порта LPT1

предусмотрено аппаратное прерывание IRQ7, а для LPT2 – IRQ5, хотя на

практике они используются очень редко. Установка базовых адресов портов

и возможность использования прерываний настраиваются установкой

перемычек (jumpers) на плате, описание которых приведено обычно в

технической документации для конкретного адаптера.

BIOS поддерживает до четырех (иногда до трех) LPT-портов (LPT1-LPT4)

своим сервисом — прерыванием INT 17h, обеспечивающим через них связь с

устройствами по интерфейсу Centromcs. Этим сервисом BIOS осуществляет

вывод символа (по опросу готовности, не используя аппаратных

прерываний), инициализацию интерфейса и устройства, а также опрос

состояния устройства.

Сначала интерфейс Centronics был конструктивно реализован на

нескольких ТТЛ микросхемах. Именно на них в этом случае выполняется

декодирование адреса, промежуточное хранение и инвертирование отдельных

сигналов. Интерфейс Centronics использует электрические сигналы ТТЛ

уровня (+5В и 0В). Затем широкое распространение получили адаптеры, в

которых практически все функции отдельных ТТЛ микросхем объединены в

одной БИС типа 82C11, выполненной по КМОП технологии (уровни сигналов по-

прежнему ТТЛ). Теперь на многофункциональных картах все микросхемы

портов и адаптеров “спрятаны” в одной или двух СБИС.

Начиная с базового адреса, каждый порт имеет в адресном пространстве

три адреса. При этом первый адрес соответствует регистру данных,

посылаемых от компьютера к устройству. Чтение установленных битов данных

можно осуществить по тому же адресу. Физически чтение данных происходит

через специальный буфер данных. Следующий адрес (базовый плюс 1)

позволяет читать регистр статуса адаптера (расположенный в устройстве)

через буферную микросхему. В регистре статуса биты 3-7 позволяют

определить состояние некоторых сигналов интерфейса Centronics:

бит 3 = 0: Error

бит 4 = 1: Select

бит 5 = 1: Paper out

бит 6 = 0: Acknowledge

бит 7 = 0: Busy

Чтение регистра статуса имеет смысл при передаче данных на принтер

для определения состояния принтера и процесса передачи данных.

Адрес третьего порта (базовый плюс 2) соответствует регистру

управления интерфейса.

Стандарт IEEE 1284-1994.

Стандарт на параллельный интерфейс ШЕЕ 1284, принятый в 1994 году,

определяет термины SPP, ЕРР и ЕСР. Стандарт определяет 5 режимов обмена

данными, метод согласования режима, физический и электрический

интерфейсы. Согласно IEEE 1284, возможны следующие режимы обмена данными

через параллельный порт:

-Compatibility Mode — однонаправленный (вывод) по протоколу

Centromcs. Этот режим соответствует стандартному (традиционному) порту

SPP.

-Nibble Mode — ввод байта в два цикла (по 4 бита), используя для

приема линии состояния. Этот режим обмена может использоваться на любых

адаптерах.

-Byte Mode — ввод байта целиком, используя для приема линии данных.

Этот режим работает только на портах, допускающих чтение выходных данных

(Bi-Directi'onal или PS/2 Type 1).

-ЕРР (Enhanced Parallel Port) Mode — двунаправленный обмен данными,

при котором управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно во

время цикла обращения к порту (чтения или записи в порт). Эффективен при

работе с устройствами внешней памяти, адаптерами локальных сетей.

-ЕСР (Extended Capability Port) Mode — двунаправленный обмен данными

с возможностью аппаратного сжатия данных по методу RLE (Run Length

Encoding) и использования FIFO-буферов и DMA. Управляющие сигналы

интерфейса генерируются аппаратно. Эффективен для принтеров и сканеров.

В современных АТ-машинах с LPT-портом на системной плате режим порта

- SPP, ЕРР, ЕСР или их комбинация задается в BIOS Setup. Режим

Compatibility Mode, как это и следует из его названия, полностью

соответствует вышеописанному стандартному порту SPP.

Физический и электрический интерфейс.

Стандарт IEEE 1284 определяет физические характеристики приемников и

передатчиков сигналов. IEEE 1284 определяет два уровня интерфейсной

совместимости. Первый уровень (Level I) определен для устройств, не

претендующих на высокоскоростные режимы обмена, но использующих

возможности смены направления передачи данных. Второй уровень (Level II)

определен для устройств, работающих в расширенных режимах, с высокими

скоростями и длинными кабелями.

Стандарт IEEE 1284 определяет и три типа используемых разъемов. Типы

A (DB-25) и В (Centromcs-36) используются в традиционных кабелях

подключения принтера, тип С — новый малогабаритный 36-контактный разъем.

Интерфейсные кабели, традиционно используемые для подключения

принтеров, обычно имеют от 18 до 25 проводников, в зависимости от числа

проводников цепи GND. Эти проводники могут быть как перевитыми, так и

нет. К экранированию кабеля жестких требований не предъявлялось. Такие

кабели вряд ли будут надежно работать на скорости передачи 2 Мбайт/с и

при длине более 2 метра. Стандарт IEEE 1284 регламентирует и свойства

кабелей.

-Все сигнальные линии должны быть перевитыми с отдельными обратными

(общими) проводами.

-Каждая пара должна иметь импеданс 62(±)6 Ом в частотном диапазоне 16

МГц.

-Уровень перекрестных помех между парами не должен превышать 10%.

-Кабель должен иметь экран (фольгу), покрывающий не менее 85% внешней

поверхности. На концах кабеля экран должен быть окольцован и соединен с

контактом разъема.

Управление параллельным портом разделяется на два этапа —

предварительное конфигурирование (Setup) аппаратных средств порта и

текущее (оперативное) переключение режимов работы прикладным или

системным ПО. Оперативное переключение возможно только в пределах

режимов, разрешенных при конфигурировании. Способ и возможности

конфигурирования LPT-портов зависят от его исполнения и местоположения.

Порт, расположенный на плате расширения (обычно на мультикарте),

устанавливаемой в слот ISA или ISA+VLB, обычно конфигурируется

джамперами на самой плате. Порт, расположенный на системной плате,

обычно конфигурируется через BIOS Setup.

Конфигурированию подлежат следующие параметры:

-Базовый адрес, который может иметь значение 3BCh, 378h и 278h. При

инициализации BIOS проверяет наличие портов по адресам именно в этом

порядке и, соответственно, присваивает обнаруженным портам логические

имена LPT1, LPT2, LPT3. .Адрес 3BCh имеет адаптер порта, расположенный

на плате MDA или HGC. Большинство портов по умолчанию конфигурируется на

адрес 378h и может переключаться на 278h.

-Используемая линия запроса прерывания, для LPT1 обычно используется

IRQ7, для LPT2 - IRQ5. Во многих “настольных” применениях прерывания от

принтера не используются, и этот дефицитный ресурс PC можно сэкономить.

Однако при использовании скоростных режимов ЕСР (или Fast Centronics)

работа по прерываниям может заметно повысить производительность и

снизить загрузку процессора.

-Использование канала DMA для режимов ЕСР и Fast Centromcs —

разрешение и номер канала DMA.

Режим работы порта может быть задан в следующих вариантах:

-SPP — порт работает только в стандартном однонаправленном программно-

управляемом режиме.

-PS/2, он же Bi-Directional — отличается от SPP возможностью реверса

канала (с помощью установки CR.5=1).

-Fast Centromcs — аппаратное формирование протокола Centromcs с

использованием FIFO-буфера и, возможно, DMA.

Подсоединение кабеля к адаптеру параллельного интерфейса производится

через 25-контактный разъём типа D-shell (DB-25) (таблица

1).Распределение сигналов по контактам обоих разъемов показано в таблице

2. Вообще говоря, для простой передачи данных на принтер требуются не

все сигналы определенные стандартом Centronics. Для того чтобы

обеспечить функционирование интерфейса, достаточно использовать только 8

бит данных (D0-D7), строб сигнал (Data Strobe) и сигнал занятости

(Busy). Теперь несколько слов о тех сигналах, которые обычно

используются.

Data Strobe. Когда компьютер посылает данные на устройство, он в

течение 5 мкс должен активировать этот сигнал (низкий уровень). Этим

устройству сообщается о том, что данные на соответствующих шинах готовы.

Data 0-7. По этим 8 сигнальным линиям данные передаются от компьютера

к устройству. После установления сигнала Data Strobe устройство читает

эту информацию.

Acknowledge. Если устройство приняло выставленные компьютером данные,

то оно в подтверждение в течение приблизительно 10 мкс удерживает эту

линию в активном состоянии (низкий уровень).

Busy. Если устройство не может принять данные, то сигнал

активизируется (высокий уровень). Это может произойти, например, в

следующих случаях: при инициализации устройства, если устройство

находится в состоянии off-line, при появлении внутренней ошибки.

Примечание: Порты расширенных стандартов позволяют производить чтение

с внешних устройств по линиям данных D0-D7. Для включения режима чтения

необходимо установить в 1 бит 5 регистра управления интерфейсом (третий

порт, базовый адрес плюс 2).

Таблица 1. Сигналы параллельного интерфейса (разъем DB25).

|Контакт|Направление |Сигнал |

|1 |Выход |Data Strobe|

|2 |Выход |Data0 |

|3 |Выход |Data1 |

|4 |Выход |Data2 |

|5 |Выход |Data3 |

|6 |Выход |Data4 |

|7 |Выход |Data5 |

|8 |Выход |Data6 |

|9 |Выход |Data7 |

|10 |Вход |Acknowledge|

|11 |Вход |Busy |

|12 |Вход |Paper Out |

|13 |Вход |Select |

|14 |Выход |Auto feed |

|15 |Вход |Error |

|16 |Выход |Init |

|17 |Выход |Select |

| | |Input |

|18-25 |- |Ground |

Таблица 2. Сигналы параллельного интерфейса (разъем Centronics)

|Контакт|Направление |Сигнал |

|1 |Вход |Data Strobe|

|2 |Вход |Data0 |

|3 |Вход |Data1 |

|4 |Вход |Data2 |

|5 |Вход |Data3 |

|6 |Вход |Data4 |

|7 |Вход |Data5 |

|8 |Вход |Data6 |

|9 |Вход |Data7 |

|10 |Выход |Acknowledge|

|11 |Выход |Busy |

|12 |Выход |Paper Out |

|13 |Выход |Select |

|14 |Вход |Auto feed |

|15 |- |No connect |

|16 |- |Gnd |

|17 |- |Shassis Gnd|

|18 |- |+5 V |

|19-30 |- |Gnd |

|31 |Вход |Init |

|32 |Выход |Error |

|33 |- |Gnd |

|34 |- |Clock |

|35 |Вход |Test |

|36 |Вход |Select |

| | |Input |

Последовательные порты ПЭВМ.Интерфейс RS-232C.

Последовательная передача данных

Микропроцессорная система без средств ввода и вывода оказывается

бесполезной. Характеристики и объемы ввода и вывода в системе

определяются, в первую очередь, спецификой ее применения - например, в

микропроцессорной системе управления некоторым промышленным процессом не

требуется клавиатура и дисплей, так как почти наверняка ее дистанционно

программирует и контролирует главный микрокомпьютер (с использованием

последовательной линии RS-232C).

Поскольку данные обычно представлены на шине микропроцессора в

параллельной форме (байтами, словами), их последовательный ввод-вывод

оказывается несколько сложным. Для последовательного ввода потребуется

средства преобразования последовательных входных данных в параллельные

данные, которые можно поместить на шину. С другой стороны, для

последовательного вывода необходимы средства преобразования параллельных

данных, представленных на шине, в последовательные выходные данные. В

первом случае преобразование осуществляется регистром сдвига с

последовательным входом и параллельным выходом (SIPO), а во втором -

регистром сдвига с параллельным входом и последовательным выходом

(PISO).

Последовательные данные передаются в синхронном или асинхронном

режимах. В синхронном режиме все передачи осуществляются под управлением

общего сигнала синхронизации, который должен присутствовать на обоих

концах линии связи. Асинхронная передача подразумевает передачу данных

пакетами; каждый пакет содержит необходимую информацию, требующуюся для

декодирования содержащихся в нем данных. Конечно, второй режим сложнее,

но у него есть серьезное преимущество: не нужен отдельный сигнал

синхронизации.

Существуют специальные микросхемы ввода и вывода, решающие проблемы

преобразования, описанные выше. Вот список наиболее типичных сигналов

таких микросхем:

D0-D7 - входные-выходные линии данных, подключаемые непосредственно к

шине процессора;

RXD - принимаемые данные (входные последовательные данные);

TXD - передаваемые данные (выходные последовательные данные);

CTS - сброс передачи. На этой линии периферийное устройство формирует

сигнал низкого уровня, когда оно готово воспринимать информацию от

процессора;

RTS - запрос передачи. На эту линию микропроцессорная система выдает

сигнал низкого уровня, когда она намерена передавать данные в

периферийное устройство.

Все сигналы программируемых микросхем последовательного ввода-вывода

ТТЛ-совместимы. Эти сигналы рассчитаны только на очень короткие линии

связи. Для последовательной передачи данных на значительные расстояния

требуются дополнительные буферы и преобразователи уровней, включаемые

между микросхемами последовательного ввода-вывода и линией связи.

Общие сведения о интерфейсе RS-232C

Интерфейс RS-232C является наиболее широко распространенной

стандартной последовательной связью между микрокомпьютерами и

периферийными устройствами. Интерфейс, определенный стандартом

Ассоциации электронной промышленности (EIA), подразумевает наличие

оборудования двух видов: терминального DTE и связного DCE.

Чтобы не составить неправильного представления об интерфейсе RS-232C,

необходимо отчетливо понимать различие между этими видами оборудования.

Терминальное оборудование, например микрокомпьютер, может посылать и

(или) принимать данные по последовательному интерфейсу. Оно как бы

оканчивает (terminate) последовательную линию. Связное оборудование -

устройства, которые могут упростить передачу данных совместно с

терминальным оборудованием. Наглядным пример связного оборудования

служит модем (модулятор-демодулятор). Он оказывается соединительным

звеном в последовательной цепочке между компьютером и телефонной линией.

Различие между терминальными и связными устройствами довольно

расплывчато, поэтому возникают некоторые сложности в понимании того, к

какому типу оборудования относится то или иное устройство. Рассмотрим

ситуацию с принтером. К какому оборудованию его отнести? Как связать два

компьютера, когда они оба действуют как терминальное оборудование. Для

ответа на эти вопросы следует рассмотреть физическое соединение

устройств. Произведя незначительные изменения в линиях интерфейса RS-

232C, можно заставить связное оборудование функционировать как

терминальное. Чтобы разобраться в том, как это сделать, нужно

проанализировать функции сигналов интерфейса RS-232C (таблица 1).

Таблица 1. Функции сигнальных линий интерфейса RS-232C.

|Номер |Сокращение |Направлен|Полное название |

|контакта | |ие | |

|1 |FG |— |Основная или защитная земля |

|2 |TD (TXD) |К DCE |Передаваемые данные |

|3 |RD (RXD) |К DTE |Принимаемые данные |

|4 |RTS |К DCE |Запрос передачи |

Страницы: 1, 2