Реферат: Стандартные интерфейсы подключения датчиков и исследовательских приборов

РЕФЕРАТ

ПО ФОПИ

По теме:

Стандартные интерфейсы подключения датчиков иисследовательских приборов

Выполнил

:xxxxxx xxxx гр.xxxxx

ПетрГУ,2003

Содержание

Параллельный порт. Последовательные порты ПЭВМ.Интерфейс RS-232C. Интерфейс USB: описание и основы устройств сопряжения ЦИФРОВОЙ ЗАПОМИНАЮЩИЙ ОСЦИЛЛОГРАФ ЛА-ОЦЗС . Источники.

Параллельный порт.

Поскольку параллельный порт в IBMPC-совместимом компьютере используется обычно для подключения принтера, то егочасто называют принтер портом. Компьютер работает максимум с тремяпараллельными портами, которые имеют логические имена LPT1, LPT2 и LPT3. Вадресном 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/OCard адрес LPT1

–378h, аLPT2 – 278h. Для порта LPT1 предусмотрено аппаратное прерывание IRQ7, а для LPT2 – IRQ5, хотя на практике они используются оченьредко. Установка базовых адресов портов и возможность использования прерыванийнастраиваются установкой перемычек (jumpers) на плате, описание которыхприведено обычно в технической документации для конкретного адаптера.

BIOS поддерживает до четырех (иногда дотрех) LPT-портов (LPT1-LPT4) своим сервисом

— прерываниемINT 17h, обеспечивающим через них связь с устройствами по интерфейсу Centromcs.Этим сервисом BIOS осуществляет вывод символа (по опросу готовности, неиспользуя аппаратных прерываний), инициализацию интерфейса и устройства, атакже опрос состояния устройства.

Сначала интерфейс Centronics былконструктивно реализован на нескольких ТТЛ микросхемах. Именно на них в этомслучае выполняется декодирование адреса, промежуточное хранение иинвертирование отдельных сигналов. Интерфейс Centronics используетэлектрические сигналы ТТЛ уровня (+5В и 0В). Затем широкое распространениеполучили адаптеры, в которых практически все функции отдельных ТТЛ микросхемобъединены в одной БИС типа 82C11, выполненной по КМОП технологии (уровнисигналов по-прежнему ТТЛ). Теперь на многофункциональных картах все микросхемыпортов и адаптеров

“спрятаны” водной или двух СБИС.

Начиная с базового адреса, каждыйпорт имеет в адресном пространстве триадреса. При этом первый адрес соответствует регистру данных, посылаемых откомпьютера к устройству. Чтение установленных битов данных можно осуществить потому же адресу. Физически чтение данных происходит через специальный буферданных. Следующий адрес (базовый плюс 1) позволяет читать регистр статусаадаптера (расположенный в устройстве) через буферную микросхему. В регистрестатуса биты 3-7 позволяют определить состояние некоторых сигналов интерфейсаCentronics:

бит

3 = 0: Error

бит

4 = 1: Select

бит

5 = 1: Paperout

бит 6 = 0: Acknowledge

бит 7 = 0: Busy

Чтение регистра статуса имеет смысл припередаче данных на принтер для определения состояния принтера и процессапередачи данных.

Адрес третьего порта (базовый плюс 2)соответствует регистру управления интерфейса.

Стандарт IEEE 1284-1994.

Стандарт напараллельный интерфейс ШЕЕ 1284, принятый в 1994 году, определяет термины SPP,ЕРР и ЕСР. Стандарт определяет 5 режимов обмена данными, метод согласованиярежима, физический и электрический интерфейсы. Согласно IEEE 1284, возможныследующие режимы обмена данными через параллельный порт:

-Compatibility Mode

—однонаправленный(вывод) по протоколу Centromcs. Этот режим соответствует стандартному(традиционному) порту SPP.

-Nibble Mode

—ввод байта вдва цикла (по 4 бита), используя для приема линии состояния. Этот режим обменаможет использоваться на любых адаптерах.

-Byte Mode

— ввод байта целиком, используя для приема линии данных. Этотрежим 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 управляющиесигналы интерфейса генерируются аппаратно во время цикла обращения к порту(чтения или записи в порт). Эффективен при работе с устройствами внешнейпамяти, адаптерами локальных сетей.

-ЕСР (Extended Capability Port) Mode

— двунаправленный обмен данными с возможностью аппаратногосжатия данных по методу RLE (Run Length Encoding) и использования FIFO-буферови DMA. Управляющие сигналы интерфейса генерируются аппаратно. Эффективен дляпринтеров и сканеров.

В современных АТ-машинах с LPT-портомна системной плате режим порта — SPP, ЕРР, ЕСР или их комбинация задается вBIOS Setup. Режим Compatibility Mode, как это и следует из его названия,полностью соответствует вышеописанному стандартному порту SPP.

Физический и электрический интерфейс.

Стандарт IEEE 1284 определяетфизические характеристики приемников и передатчиков сигналов. IEEE 1284определяет два уровня интерфейсной совместимости. Первый уровень (Level I) определендля устройств, не претендующих на высокоскоростные режимы обмена, ноиспользующих возможности смены направления передачи данных. Второй уровень(Level II) определен для устройств, работающих в расширенных режимах, свысокими скоростями и длинными кабелями.

Стандарт IEEE 1284 определяет и тритипа используемых разъемов. Типы A (DB-25) и В (Centromcs-36) используются втрадиционных кабелях подключения принтера, тип С

— новыймалогабаритный 36-контактный разъем.

Интерфейсные кабели, традиционно используемыедля подключения принтеров, обычно имеют от 18 до 25 проводников, в зависимостиот числа проводников цепи GND. Эти проводники могут быть как перевитыми, так инет. К экранированию кабеля жестких требований не предъявлялось. Такие кабеливряд ли будут надежно работать на скорости передачи 2 Мбайт/с и при длине более2 метра. Стандарт IEEE 1284 регламентирует и свойства кабелей.

-Все сигнальные линии должны бытьперевитыми с отдельными обратными (общими) проводами.

-Каждая пара должна иметь импеданс 62(

±)6 Ом в частотном диапазоне 16 МГц.

-Уровень перекрестных помех междупарами не должен превышать 10%.

-Кабель должен иметь экран (фольгу),покрывающий не менее 85% внешней поверхности. На концах кабеля экран долженбыть окольцован и соединен с контактом разъема.

Управление параллельным портомразделяется на два этапа

—предварительноеконфигурирование (Setup) аппаратных средств порта и текущее (оперативное)переключение режимов работы прикладным или системным ПО. Оперативноепереключение возможно только в пределах режимов, разрешенных приконфигурировании. Способ и возможности конфигурирования LPT-портов зависят отего исполнения и местоположения. Порт, расположенный на плате расширения(обычно на мультикарте), устанавливаемой в слот ISA или ISA+VLB, обычноконфигурируется джамперами на самой плате. Порт, расположенный на системнойплате, обычно конфигурируется через BIOS Setup.

Конфигурированию подлежат следующиепараметры:

-Базовый адрес, который может иметьзначение 3BCh, 378h и 278h. При инициализации BIOS проверяет наличие портов поадресам именно в этом порядке и, соответственно, присваивает обнаруженнымпортам логические имена LPT1, LPT2, LPT3..Адрес 3BCh имеет адаптер порта,расположенный на плате MDA или HGC. Большинство портов по умолчанию конфигурируетсяна адрес 378h и может переключаться на 278h.

-Используемая линия запроса прерывания,для LPT1 обычно используется IRQ7, для LPT2 — IRQ5. Во многих

“настольных”примененияхпрерывания от принтера не используются, и этот дефицитный ресурс PC можносэкономить. Однако при использовании скоростных режимов ЕСР (или FastCentronics) работа по прерываниям может заметно повысить производительность иснизить загрузку процессора.

-Использование канала DMA для режимовЕСР и Fast Centromcs

—разрешение иномер канала DMA.

Режим работы порта может быть задан вследующих вариантах:

-SPP

— портработает только в стандартном однонаправленном программно-управляемом режиме.

-PS/2, он же Bi-Directional

— отличается от SPP возможностью реверса канала (с помощьюустановки CR.5=1).

-Fast Centromcs

— аппаратное формирование протокола Centromcs с использованиемFIFO-буфера и, возможно, DMA.

Подсоединение кабеля к адаптерупараллельного интерфейса производится через 25-контактный разъём типа D-shell(DB-25) (таблица 1).Распределение сигналов по контактам обоих разъемов показанов таблице 2. Вообще говоря, для простой передачи данных на принтер требуются невсе сигналы определенные стандартом Centronics. Для того чтобы обеспечитьфункционирование 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.

DataStrobe.

Когдакомпьютер посылает данные на устройство, он в течение 5 мкс должен активироватьэтот сигнал (низкий уровень). Этим устройству сообщается о том, что данные насоответствующих шинах готовы.

Data0-7.

По этим 8 сигнальным линиям данные передаются от компьютера к устройству. Послеустановления сигнала Data Strobe устройство читает эту информацию.

Acknowledge.

Если устройство приняло выставленныекомпьютером данные, то оно в подтверждение в течение приблизительно 10 мксудерживает эту линию в активном состоянии (низкий уровень).

Busy.

Если устройство не может принятьданные, то сигнал активизируется (высокий уровень). Это может произойти,например, в следующих случаях: при инициализации устройства, если устройствонаходится в состоянии off-line, при появлении внутренней ошибки.

Примечание:

Порты расширенных стандартов позволяютпроизводить чтение с внешних устройств по линиям данных D0-D7. Для включениярежима чтения необходимо установить в 1 бит 5 регистра управления интерфейсом(третий порт, базовый адрес плюс 2).

Таблица 1. Сигналы параллельногоинтерфейса (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 параллельногоинтерфейса (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

.ИнтерфейсRS-232C.

Последовательная передача данных

Микропроцессорнаясистема без средств ввода и вывода оказывается бесполезной. Характеристики иобъемы ввода и вывода в системе определяются, в первую очередь,

спецификой ее применения — например, в микропроцессорнойсистеме управления некоторым промышленным процессом не требуется клавиатура идисплей, так как почти наверняка ее дистанционно программирует и контролируетглавный микрокомпьютер (с использованием последовательной линии RS-232C).

Посколькуданные обычно представлены на шине микропроцессора в параллельной форме(байтами

, словами), их последовательныйввод-вывод оказывается несколько сложным. Для последовательного ввода потребуетсясредства преобразования последовательных входных данных в параллельные данные,которые можно поместить на шину. С другой стороны, для последовательного выводанеобходимы средства преобразования параллельных данных, представленных на шине,в последовательные выходные данные. В первом случае преобразованиеосуществляется регистром сдвига с последовательным входом и параллельнымвыходом (SIPO), а во втором — регистром сдвига спараллельным входом и последовательным выходом (PISO).

Последовательныеданные передаются в синхронном или асинхронном режимах. В синхронном режиме всепередачи осуществляются под управлением общего сигнала синхронизации, которыйдолжен присутствовать на обоих концах линии связи. Асинхронная передачаподразумевает передачу данных пакетами

; каждый пакет содержит необходимую информацию,требующуюся для декодированиясодержащихся в нем данных. Конечно, второй режим сложнее, но у него естьсерьезное преимущество: не нужен отдельный сигналсинхронизации.

Существуютспециальные микросхемы ввода и вывода, решающие проблемы преобразования,описанные выше. Вот список наиболее типичных сигналов таких микросхем

:

D0-D7

— входные-выходные линии данных, подключаемые непосредственнок шине процессора;

RXD

— принимаемые данные (входные последовательные данные);

TXD

- передаваемые данные (выходныепоследовательные данные);

CTS

- сброс передачи. На этой линии периферийное устройствоформирует сигнал низкого уровня, когда оно готово воспринимать информацию отпроцессора;

RTS

- запрос передачи. На эту линию микропроцессорная системавыдает сигнал низкого уровня, когда она намерена передавать данные впериферийное устройство.

Все сигналыпрограммируемых микросхем последовательного ввода-вывода ТТЛ-совместимы. Этисигналы рассчитаны только на очень короткие линии связи. Для последовательнойпередачи данных на значительные расстояния требуются дополнительные буферы ипреобразователи уровней, включаемые между микросхемами последовательноговвода-вывода и линией связи.

Общие сведения о интерфейсе RS-232C

Интерфейс

RS-232C является наиболее широко распространенной стандартнойпоследовательной связью между микрокомпьютерами и периферийными устройствами.Интерфейс, определенный стандартом Ассоциацииэлектронной промышленности (EIA),подразумевает наличие оборудования двух видов:терминального DTE и связного DCE.

Чтобы несоставить неправильного представления об интерфейсе RS-232C, необходимоотчетливо понимать различие между этими видами оборудования. Терминальноеоборудование, например микрокомпьютер, может посылать и (или) принимать данныепо последовательному интерфейсу. Оно как бы оканчивает (

terminate) последовательную линию. Связноеоборудование — устройства, которые могут упростить передачу данных совместно стерминальным оборудованием. Наглядным пример связного оборудования служит модем(модулятор-демодулятор). Он оказывается соединительным звеном впоследовательной цепочке между компьютером и телефонной линией.

Различие междутерминальными и связными устройствами довольно расплывчато, поэтому возникаютнекоторые сложности в понимании того, к какому типу оборудования относится тоили иное устройство. Рассмотрим ситуацию с принтером. К какому оборудованию егоотнести

? Как связать два компьютера, когда ониоба действуют как терминальное оборудование. Для ответа на эти вопросы следуетрассмотреть физическое соединение устройств. Произведя незначительные измененияв линиях интерфейса RS-232C, можно заставить связное оборудованиефункционировать как терминальное. Чтобы разобраться в том, как это сделать,нужно проанализировать функции сигналов интерфейса RS-232C (таблица 1).

Таблица1. Функции сигнальных линий интерфейса RS-232C.

Номер контакта

Сокращение

Направление

Полное название

1

FG

—

Основная или защитная земля

2

TD (TXD)

К