Структурная схема двунаправленного параллельного порта.

Регистр состояния доступен только для чтения. Служит для получения информации о работе устройства. Считываемое из регистра значение позволяет определить уровень сигнала, на некоторых линиях, управляющих подключенным устройством. Контроллер может вырабатывать прерывание INT для процессора при получении от устройства сигнала подтверждения приема символа + ACK. Такая возможность управляется 4-ым битом регистра управления. Формат регистра состояния приведен в таблице 4.

Таблица 4.

 

BUSY - передает инвертируемое состояние «линия занята»;

ACK - показывает инвертируемое состояние линии готовности к приему очередного байта (подтверждение приема);

PE (Paper end)- показывает текущий сигнал от принтера о состоянии бумаги, 1- нет бумаги;

SEL - показывает текущее состояние сигнала «выборка», 1- устройство выбрано;

ERR - состояние линии ошибки;

IRQS - устанавливается в 0, когда устройство подтвердило

прием предыдущего байта информации (т.е ACK=1). На основании этого сигнала вырабатывается сигнал «запрос на прерывание»-INT.

Регистр управления доступен для записи и чтения в любом из режимов. Используется для задания режима работы контроллера и для передачи в линию ряда управляющих сигналов.Формат регистра управления приведен в таблице 4.

Таблица 4.

DIR - используется для задания типа операции при работе в расширенном режиме. Направление передачи данных (от машины к устройству или наоборот): 0- операция записи (к ВУ), 1- чтение (от ВУ). В режиме совместимости или для обычного порта, значение этого бита игнорируется.

IRQE - управляет прерыванием; 1- разрешено прерывание по ACK.

SELIN - управляет состоянием сигнала выборки устройства; 1- устройство выбрано.

INIT - управляет инвертируемым сигналом инициализации устройства; 0- принтер инициализировался.

AFD (AutoFD)- управляет состоянием сигнала автоматического прогона строки; 1-принтер после печати каждой строки будет автоматически переходить на новую строку.

STRB - управляет синхронной передачей данных в устройство (т.е сигналом Strobe).

Для подключения внешних устройств используется 25-контактный разъем с разводкой сигналов, согласно интерфейсу Centronics. В этих габаритах могут использоваться двунаправленный интерфейс типа 1, интерфейс с DMA типа 3, а также расширенный интерфейс EPP, ECP.

В Таблице 5 приведено распределение сигналов по контактам разъема в стандартном режиме и при использовании EPP(Ehchanced parallel port).

Таблица 5.

 

5.10.4 Примеры программ.

Примечание: в программах присутствуют некоторые неточности, которые необходимо устранить в процессе их отладки

.

Программа 1.

mov Ah,01 -инициализация порта

mov DX, 0 -номер порта

int 17

A: mov AH,00 -печать символа

mov AL, 01 -вывод D0

int 17

mov CX,1 -задержка. При CX=0001h длительность

A1: loop A1 импульса равна 0.1 мс.

mov AH,00

mov AL, 02 -вывод D1

int 17

mov CX,FF -задержка. При CX=FFh длительность

A2: loop A2 импульса равна 0.2 мс.

mov AH,00

mov AL, 04 -вывод D2

int 17

mov CX,2F0 -задержка. При CX=2F0h длительность

A3: loop A3 импульса равна 0.4 мс

mov AH,00

mov AL, 08 -вывод D3

int 17

mov CX,690 -задержка. При CX=0690h длительность

A4: loop A4 импульса равна 0.8 мс.

jmp A

INT 3

 

Программа 2. Генерирование импульсов на выходе разряда D0 без использования функций прерывания BIOS INT 17h.

mov dx,37a

mov al,1f

out dx,al

mov dx,378

a1: mov al,01

out dx,al

mov cx,f

a2: loop a2

mov al,00

out dx,al

mov cx,0bff

a3: loop a3

jmp a1

 

Программа 3. Генератор импульсов на выводах D1, D2, D3, D4 частоты которых отличаются друг от друга в два раза.

mov dx,037a - запись управляющего байта в регистр управления

mov al,1f

out dx,al

mov dx,0378

mov al,02 - 1 во второй разряд данных

a1: out dx,al

mov cx,000f - - вследствие инерционности порта в СХ можно заносить число от 0 до 1ff

a2: loop a2

inc al - бегущая единица по всем разрядам данных

jmp a1

 

 

Лабораторная работа 5

(описание)

 

6.«ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ПОРТ IBM PC/AT».

 

6.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

 

Целью лабораторной работы «Последовательный порт IBM PC/AT» является изучение принципов работы последовательного порта в ПЭВМ, а также приемов его программирования.

 

6.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА.

 

В лабораторной работе используется: ПЭВМ IBM PC АТ 386,

осциллограф С1-81.

 

6.3. НАЗНАЧЕНИЕ КОНТРОЛЛЕРА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА.

 

Контроллер последовательного интерфейса предназначен для обеспечения связи по протоколу RS232C (соответствует рекомендации V.24 МККТ). Этим стандартам соответствуют ГОСТ 18145-81 и ГОСТ 23675-79 соответственно. 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 RS232C обеспечивает обмен данными между различными устройствами в последовательном формате по асинхронному методу.

 

Обеспечивает следующие возможности:

1) применение PC в качестве абонентского пункта в системах и сетях обработки 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 интерфейсаRS-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.

 

6.4. ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ RS-232C.

 

Основные принципы обмена информацией по интерфейсу RS-232C заключаются в следующем:

обмен данными обеспечивается по двум цепям, каждая из которых является для одной из сторон передающей, а для другой приемной;

¨ в исходном состоянии по каждой из этих цепей передается двоичная единица, т.е. стоповая посылка. Передача стоповой посылки может выполняться сколько угодно;

¨ передаче каждого слова данных предшествует передача стартовой посылки, т.е. передача двоичного нуля в течение времени, равного времени передачи одного бита данных;

 

¨ после передачи стартовой посылки обеспечивается последовательная передача всех разрядов слова данных, начиная с младшего разряда. Количество разрядов слова может быть 5, 6, 7 или 8;

¨ после передачи последнего разряда слова 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;

¨ после передачи контрольного разряда или последнего разряда слова, 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 гарантировано обеспечивается применением генераторов с кварцевыми резонаторами. Обычно используется генератор с частотой 1,8432 МГц.

 

Для передачи данных чаще всего используются следующие коды:

1) пятиразрядный код МТК-2 по ГОСТ 15607-84. Этот код не использует контрольный разряд. Длительность стоповой посылки равна длительности передачи полутора бит;

2) семиразрядный код КОИ-7 по ГОСТ 27463-87. Этот код использует контрольный разряд, который дополняет переданные знаки до четности. Длительность стоповой посылки равна длительности передачи одного или двух бит данных.

Выбор кода для передачи данных определяется прежде всего характеристиками подключаемого к компьютеру оборудования и обычно указывается в его документации. Скорость передачи данных также определяется подключаемым оборудованием, но, кроме того, она ограничивается еще и длиной соединительного кабеля.

 

6.5. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ.

Ознакомиться:

º с описанием лабораторной работы «Последовательный порт IBM PC/AT»,

º с интерфейсом RS-232C, командами отладчика AFD;

º с программами (см. Приложение к лабораторной работе).

 

6.6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

6.6.1 Написать на ассемблере программу инициализации контроллера последовательного порта (длина - 6 бит; без контроля четности; 2 стоповых бита) и цикличной передачи символа без использования прерываний.

6.6.2 Написать программу приема и передачи байта со скоростью 9600 бод с произвольными параметрами передаваемого слова, используя прерывания.

6.6.3 Написать программу приема и передачи байта со скоростью 2400 бод (длина 8 бит, с контролем по четности, 1 стоповый бит).

6.6.4 Программы отладить в среде отладчика AFD.

 

6.6.5 Зарисовать сигналы на выходе с помощью осциллографа.

6.6.6 Оформить отчет по результатам лабораторной работы.

 

6.7. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.

1. Справочник «Аппаратура персональных компьютеров и ее программирование IBM PC XT/AT и PS/2». «Радио и связь», Москва, 1995г.

2. Лекции по курсу «Адаптеры и контроллеры ЭВМ».

 

6.8. ПРИЛОЖЕНИЕ

 

6.8.1 Сигналы интерфейса RS-232C

Интерфейс RS-232C имеет восемь сигналов и цепь сигнальной земли GND. В ряде случаев не все эти цепи могут быть использованы.

Наименование сигналов интерфейса RS-232C, их распределение на 9-ти и 25-ти контактных соединителях приведено в Таблице 1.

Таблица 1.

При анализе сигналов интерфейса RS-232C необходимо иметь в виду, что этот интерфейс был задуман для сопряжения оборудования обработки данных ООД (DTE) и аппаратуры передачи данных АПД (DCE), т.е. модемов. В этом случае наименование сигналов совпадает с их функциональным назначением.

При использовании интерфейса RS-232C для подключения устройств ввода-вывода и других целей функциональное назначение сигналов может не всегда совпадать с их наименованиями.

Для определения состояния сигналов интерфейса RS-232C необходимо учитывать следующее:

n передатчики интерфейса RS-232C вырабатывают двуполярные сигналы. Абсолютное значение амплитуды передаваемого сигнала - от 8 до 10 В. Приемники интерфейса RS-232C обеспечивают прием двуполярных сигналов с амплитудой по абсолютному значению от 3 до 10 В;

n сигналы ВВ (цепь 104) и ВА (цепь 103) при передаче двоичной единицы или стартовой посылки принимают значение меньшее, чем минус 3 В, а при передаче двоичного нуля или стоповой посылки принимают значение большее, чем 3 В;

 

n сигналы CF (цепь 109), CD (цепь 108), СС (цепь 107), СА (цепь 105), СВ (цепь 106) и СЕ (цепь 125) в состоянии «Включено» принимают значение большее, чем 3 В, а в состоянии «Выключено» - меньшее, чем минус 3 В.

 

6.8.2 Назначение сигналов интерфейса RS-232C

 

Алгоритм взаимодействия сигналов в интерфейсе RS-232C существенно зависит от типа подключаемого оборудования, поэтому ниже описано только назначение отдельных сигналов:

n ВА (цепь 103) обеспечивает передачу данных от РС;

n сигнал ВВ (цепь 104) обеспечивает прием данных в РС;

n состояние «Включено» СD (цепь 108) указывает подключаемому оборудованию, что РС готов к работе;

n состояние «Включено» сигнала СС (цепь 107) указывает РС, что подключаемое оборудование готово к работе;

n состояние «Включено» сигнала СА (цепь 105) указывает подключаемому оборудованию, что РС запрашивает разрешение на передачу данных;

n состояние «Включено» сигнала СВ (цепь 106) указывает РС, что он может передавать данные сигналами ВА;

n состояние «Включено» сигнала СF (цепь 109) указывает РС, что сигналы, поступающие на вход модема из канала связи, имеют необходимый уровень;

n состояние «Включено» сигнала СЕ (цепь 125) указывает компьютеру, что из канала связи в модем поступает входящий вызов (на телефонном аппарате, подключенном к данному модему, должен быть звонок).

 

Оборудование интерфейса RS-232С не накладывает никаких ограничений на состояние сигналов интерфейса. Это значит, что управляющая программа может использовать любые комбинации из перечисленных выше сигналов для организации обмена данными.

 

В процессе эксплуатации RS-232C необходимо выполнять следующие требования:

n компьютер и подключенное к нему оборудование должны быть надежно заземлены через кабели электропитания, а также дополнительными проводниками, если это возможно;

n никакие кабели не должны подключаться и отключаться, пока не будет выключено электропитание всех устройств, подключенных к интерфейсу RS-232C.

 

6.8.3 Подготовка интерфейса RS-232C к работе

 

При подготовке оборудования интерфейса RS-232C к работе необходимо учитывать, что адреса портов ввода-вывода интерфейсов в системной шине РС и соответствующие им сигналы запроса прерываний IRQ изменяются механическими переключателями. Расположение этих переключателей на платах РС и их конкретное назначение должно быть указано в эксплуатационной документации или сообщаться организацией, поставляющей РС или отдельные адаптеры RS-232C.

 

С помощью данных переключателей возможны установки следующих режимов:

o блокирование работы каждого асинхронного интерфейса COM1 и COM2;

 

o блокирование формирования сигналов прерывания IRQ3 и IRQ4;

o переключение работы первого асинхронного интерфейса для работы в качестве второго.

 

Существуют варианты исполнения адаптеров интерфейсов RS-232C, где обеспечивается использование адресов и прерываний согласно Таблице 2.

Таблица 2.

 

6.8.4 Принципы построения универсального асинхронного приемопередатчика (УАПП)

 

Основные функции, выполняемые оборудованием интерфейса RS-232C:

¨ обеспечение преобразования параллельного кода в последовательный при передаче данных и обратное преобразование при их приеме;

¨ формирование стартового, контрольного и стопового разрядов при передаче данных;

¨ 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;

¨ прием и передача знака на фиксированных скоростях;

¨ формирование и контроль состояния сигналов в интерфейсе RS-232C;

¨ 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. Существуют БИС, реализующие два интерфейса RS-232C и стык Centronics. Возможны и другие варианты реализации оборудования RS-232C, но структура УАПП (назначение, адресация и логические связи входящих в их состав регистров) унифицирована и не зависит от конкретной реализации БИС.

Структурная схема УАПП приведена на рис. 1.

В состав УАПП входит 10 адресуемых регистров, а также регистр сдвига передачи, регистр сдвига приема и делитель на 16.

Для адресации регистров УАПП предусмотрено только три адресных разряда, поэтому адресация некоторых регистров обеспечивается дополнительными условиями.

Адресация регистров УАПП.

Адреса регистров УАПП портов COM1 и COM2 представлена в Таблице 3.

Таблица 3.

Для обеспечения передачи данных достаточно записать по адресу 3F8h в буфер передачи байт данных. После передачи данного байта в системную шину будет выдано прерывание IRQ.

Прием данных обеспечивается чтением буфера приема по адресу 3F8h. В процессе обмена данными возможно возникновение сбойных ситуаций, которые фиксируются в регистре идентификации прерываний 3FAh. При возникновении данных ситуаций вырабатывается сигнал прерывания.

УАПП обеспечивают дуплексный обмен данными, т.е. можно организовать их одновременный прием и передачу. Но все параметры обмена (скорость, формат знака и т.д.) для приема и передачи должны быть идентичны.

 

6.8.5 Инициализация УАПП

В соответствии с приведенной выше структурной схемой УАПП реализует следующий алгоритм инициализации:

Ö запись в регистр 3FBh управляющего байта с единицей в седьмом разряде;

Ö запись константы деления в регистры 3F8h и 3F9h;

Ö запись управляющего байта с нулем в седьмом разряде. Назначение остальных разрядов регистра 3FBh указано ниже;

Ö запись управляющего байта в регистр 3F9h;

Ö запись управляющего байта в регистр 3FCh.

 

Рис.1. Структурная схема УАПП.

 

6.8.6 Структура регистров УАПП

Буферный регистр передачи (THR) обеспечивает промежуточное хранение передаваемых знаков данных до их записи в регистр сдвига передачи. Данный регистр доступен только по записи и при значении бита разрешения доступа к делителю (DLAB) в

 

регистре управления линией (LCR), равном 0. Регистр содержит восемь битов данных (бит 0 является младшим разрядом и первым посылается в канал передачи.)

Буферный регистр приема (RBR) обеспечивает промежуточное хранение принимаемых знаков данных до их чтения в системную шину РС. Этот регистр доступен только по чтению и при значении бита разрешения доступа к делителю (DLAB) в регистре управления линией (LCR), равном 0. Регистр содержит восемь битов данных (бит 0 является младшим разрядом и первым посылается в канал передачи.)

Делители частоты выбора скорости 1 и 2 служат для хранения 16-разрядной константы, которая изменяет коэффициент деления тактовой частоты на входе УАПП, обеспечивая тем самым требуемую скорость обмена данными по стыку С2. Оба регистра доступны по чтению и записи только при значении бита разрешения доступа к делителю (DLAB) в регистре управления линией (LCR), равном 1. При записи в любой из этих регистров нового значения делитель немедленно перезагружается. Частота определяется как отношение частоты задающего генератора к делителю частоты. Частота задающего генератора равна 1.8432 МГц. Соответствие между константой, загружаемой в делители частоты, и номинальной скоростью обмена данными приведено в Таблице 4.

Примечание 1. В техническом руководстве рекомендуется не устанавливать частоту свыше 19200 бод.