Оконечные устройства (стр. 5 из 6)

Микросхема 8250 содержит регистры передатчика и приемника данных. При передаче байта он записывается в буферный регистр передатчика, откуда затем переписывается в сдвиговый регистр приемника. Байт «выдвигается» из сдвигового регистра по битам.

Точная последовательность операций выполняемых UART в каждой конкретной ситуации контролируется внешними параметрами. В общих чертах работу UART в режимах приема/передачи можно описать следующим образом.

При передаче символа, UART должен выполнить следующие операции:

- принять кодовую комбинацию символа в параллельной форме через системную шину компьютера;

- преобразовать кодовую комбинацию символа в последовательность отдельных битов (параллельно-последовательное преобразование);

- сформировать стартстопную кодовую комбинацию символа путем добавления к информационным разрядам стартового, стопового и возможно, бита паритета;

- передать стартстопную комбинацию символа на интерфейс с требуемой скоростью;

- сообщить о готовности к передаче следующего символа.

При приеме символа, UART должен выполнить обратную последовательность действий:

- принять данные в последовательной форме;

- проверить правильность структуры стартстопной комбинации: стартовый бит, информационные разряды, бит паритета, если выявлена ошибка, выдать сигнал ошибки;

- осуществить проверку паритета, если есть ошибка выдать сигнал ошибки паритета;

- преобразовать стартстопную комбинацию символа в последовательность информационных разрядов, и передать их в параллельной форме в оперативную память компьютера; - сообщить, что символ принят.

Первые адаптеры последовательной связи фирмы IBM были построены на микросхемах INS 8250 фирмы National Semiconductor. За прошедшее время эта микросхема несколько раз модернизировалась. Выпускались и многочисленные функциональные аналоги другими производителями микросхем. Тем не менее, все модификации микросхемы 8250 идентичны между собой по большинству своих функциональных характеристик. Микросхемы 8250 рассчитаны на максимальную скорость 38400 бит/с. В настоящее время UART такого типа практически не используют.

Появившиеся позже микросхемы UART серии 16450 рассчитаны на максимальную скорость 115200 бит/с.

Однако на сегодняшнем уровне технике связи с её высокими скоростями передачи информации и многозадачности операционными системами микросхемы такого типа стали «узким местом» коммуникационной аппаратуры. Чтобы исправить ситуацию, были разработаны и выпущены микросхемы типа 16550(РС 16550С/NS16550АF и ряд функциональных аналогов).

По умолчанию микросхема 16550 работает в режиме микросхемы 8250 и может быть установлена вместо микросхемы 8250. В совместном режиме она является полным функциональным аналогом UART 8250 и 16550 и в отличие от микросхемы UART более ранних выпусков микросхема 16550 имеет второй режим работы, предусматривающий сокращение вмешательства центрального процессора в процедуру последовательной передачи данных. В этом режиме буферные регистры приемника и передатчика расширяются от одного до 16 байт и управляются с использованием логики FIFO (First In – First Out - первым пришел - первым вышел). Буфер FIFO приемника используется также для хранения трех битов информации об ошибках для каждого символа. Ошибки паритета, форматирования и сигналы прерывания буферируются вместе с символом, к которому они относятся.

Микросхема 16550 выполняет следующие функции:

- обеспечивает простой интерфейс между шиной компьютера и модемом или другими внешними устройствами;

- автоматически добавляет, удаляет и проверяет форматирующие биты;

- генерирует и проверяет биты паритета под управлением специальной программы;

- выделяет указатели состояния операции передачи и приема, а также состояния линии передачи данных и устройства сопряжения;

- содержит встроенные сдвиговые регистры и регистры хранения для операции передачи и приема данных, что исключает необходимость точной синхронизации работы процессора с потоком данных;

- содержит программируемый генератор-контроллер скорости передачи, работающий с внешним опорным сигналом частотой до 24МГц;

- содержит встроенные средства самотестирования;

- может работать под управлением программного обеспечения, разработанного для микросхем 8250 и 16450;

- внутренние буферы позволяют хранить до 16 символов и связанную с ними служебную информацию при операциях передачи и приема данных.

Программа имеет доступ только к буферным регистрам, копирования информации в сдвиговые регистры и процесс сдвига выполняется микросхемой UART автоматически.

К внешним устройствам, асинхронный последовательный порт подключается через специальный разъем. Существует два стандарта на разъемы интерфейса RS-232С, это DВ-25 и DВ-9. первый имеет 25, а второй 9 выводов.

3.3. Назначение и устройство модема.

На передаваемые сигналы могут влиять шумы, импульсные помехи, замирание сигнала, колебания амплитуды, ограничение частотного диапазона. Также абонентские линии вносят в сигнал значительную долю искажений: затухание, перекос энергетического спектра сигнала, импеданс линии. Основной функцией модема является согласование спектра сигнала источника сообщений с частотными характеристиками канала ТЧ. Кроме этого модемы обеспечивают защиту от ошибок, сжатие данных, шифрацию информации и другие функции.

Модемы обеспечивают преобразование цифрового информационного сигнала в аналоговый сигнал (модуляция) для передачи по аналоговым линиям связи и обратное преобразование принятого аналогового сигнала снова в цифровой (демодуляция).

При работе модем входит в соединение с другим модемом по схеме «точка-точка» по каналу ТЧ, поэтому третий модем не может подключиться к созданному соединению. Модем должен уметь «бороться» с помехами, возникающими в канале ТЧ (тональной частоты).

Рисунок -10. Структурная схема модема.

Рассмотрим назначение каждого блока схемы.

Интерфейс с телефонной линией. Основные функции - обеспечение физического соединения, защита от перенапряжения и радиопомех, набор номера и фиксация телефонных звонков, гальваническая развязка и согласование входного и выходного сопротивлений модема с аналоговыми параметрами абонентской линии (импеданса). Перечисленные функции обеспечиваются следующим образом.

1. Соединители RJ-11 обеспечивают физическое подключение к коммуникационной телефонной линии и телефонному аппарату. В недорогих изделиях телефон подключается параллельно входу модема, а в качественных моделях поддерживается телефон-модем, реализованное на реле.

2. Защита линии от радиопомех, излучаемых модемом выполняется на обычных LС фильтрах.

3. Для коммутируемых линий поддерживаются функции импульсного набора номера «отбоя» (постоянный ток менее 0,5мА) и «удержания линий» (постоянный ток более 8мА).

4. Важным требованием к интерфейсу с линией является обеспечение симметричности входа и его гальваническая развязка. Для этого используются трансформаторы.

5. Согласование импеданса. Входное и выходное сопротивление модема переменному току (300…3400 Гц) должно быть 600Ом +/- 15% .

Для уменьшения зависимости импеданса от частоты устанавливают дополнительную емкость параллельно вторичной обмотке трансформатора.

Дифференциальная система. Цель дифференциальной системы – переход от двухпроводной линии к четырехпроводной схеме аналогового окончания модема. Узел компенсирует проникновение выходного сигнала во входной сигнал (ближнее эхо), что повышает реальную чувствительность.

Известно несколько типов «пассивных» реализаций:

- трансформаторная, при которой вторичная обмотка трансформатора имеет среднюю точку, подключаемую через балластный резистор к земле;

- электронные, для схем с однополярным или двуполярным питанием; в этом случае выходной сигнал вычитается из входного на операционном усилителе, а частотная зависимость минимизируется использованием форсирующего каскада.

Больным местом этих схем является зависимость от сопротивления конкретной телефонной линии. Несколько типов модемов имеют аппаратную подстройку, но до конца справится, с зависимостью сопротивления от частоты в пассивных системах не удается.

Активная дифференциальная система используется в дорогих моделях. Необходимый для компенсации эхо сигнал постоянно вычисляется сигнальным ЦАП и сглаженный фильтром, он вычитается из входного сигнала, обеспечивая высокое качество компенсации.

Аналоговый фронт (ЦАП – АЦП). Обеспечивает преобразование аналоговых сигналов в цифровые сигналы и наоборот. Осуществляет дополнительную фильтрацию помех.

Сигнальный процессор. Сигнальный процессор выполняет основные функции по модуляции. Обеспечивает коррекцию частотных характеристик канала связи в режиме передачи данных, а также компенсацию эхо-сигналов. Особенность сигнального процессора – операции по модуляции и демодуляции, которыми являются в основном операции сложения и умножения, выполняются процессором за один такт работы (аппаратно). Для обработки высокоскоростных данных от сигнального процессора требуется высокое быстродействие (тактовая частота не менее 30МГц)

Контроллер. Контроллер обеспечивает реализацию протокола коррекции ошибок и сжатия информации, управление пользовательским интерфейсом и взаимодействие с сигнальным процессором.

Интерфейс с компьютером. Внешние модемы взаимодействуют с компьютером по цепям интерфейса RS-232 С/V24. Полный набор цепей позволяет работать как в асинхронном, так и в синхронном режимах. Микросхемы обеспечивают сопряжение биполярной логики интерфейса с внутренними ТТЛ уровнями.