Постановка задачи сопряжения

При использовании интерфейса RS-232C задача сопряжения объекта обмена информацией с компьютером обычно формулируется следующим образом: требуется обеспечить связь с удаленным контроллером, обслуживающим технологическую или лабораторную установку. Именно этот контроллер играет в данном случае роль УС.

Чаще всего такой контроллер представляет собой микроЭВМ, имеющую собственную магистраль и набор внешних устройств, осуществляющих передачу входных сигналов с разнообразных датчиков и выдачу управляющих воздействий на органы управления. Для нас существенным моментом является наличие в контроллере процессора, обрабатывающего информацию, представленную в параллельной форме, и магистрали, обеспечивающей взаимодействие различных его узлов. Если же требуется организовать сопряжение с устройством, не имеющим собственного интеллекта, задача сразу же существенно усложняется и часто становится практически невыполнимой. Поэтому в таком случае стоит подумать о выборе других путей сопряжения.

Этапы преобразования сигналов интерфейса RS-232C на пути от компьютера к микропроцессору удаленного контроллера достаточно очевидны и проиллюстрированы рис. 7. Здесь и далее мы считаем, что для сопряжения через RS-232C используется наиболее распространенная простейшая 4-проводная линия связи.

Блок преобразователей уровня обеспечивает электрическое согласование уровней сигналов последовательного интерфейса, формируемых контроллером, входящим в состав компьютера (±12 В), с уровнями сигналов, присутствующими в микропроцессорной системе (здесь и далее предполагаем, что в микропроцессорной системе действуют уровни ТТЛ).

Рисунок 7 Организация сопряжения через интерфейс RS-232C.

Блок преобразователя кода переводит последовательное представление информации в параллельное и наоборот, осуществляя распознавание начала и конца посылки, синхронизацию приема-передачи битов кадра, слежение за наличием ошибок, информирование о готовности к выполнению операций и т. п.

Интерфейс шины обеспечивает сопряжение преобразователя кода с локальной магистралью микропроцессорной системы, осуществляя двунаправленную передачу данных в соответствии с алгоритмами и временными соотношениями, принятыми в ней.

Преобразование уровня

Для преобразования уровня сигналов считается целесообразным применение интерфейсной микросхемы фирмы MAXIM. Она содержит преобразователь напряжения +5В в напряжение +10В (генератор + умножитель напряжения), инвертор (преобразующий напряжение +10В в –10В) и собственно преобразователи уровня сигналов последовательного интерфейса. Большинство таких микросхем требуют дополнительных элементов (необходимы внешние конденсаторы), что не является чрезмерной платой за преимущества их применения.

Преобразование кода

Наиболее просто проблема разрешается в том случае, если в качестве центрального процессора удаленного контроллера применена однокристальная микроЭВМ, уже содержащая Универсальной асинхронный приемопередатчик (УАПП). В качестве примера такой микроЭВМ, можно использовать микросхему КР1816ВЕ51. Построение преобразователя кода в данном случае сводится к задействованию встроенного ресурса в соответствии со спецификациями на примененную микросхему.

Однокристальная микроЭВМ (ОМЭВМ) содержит встроенное ОЗУ памяти данных емкостью 128 Байт с возможностью расширения общего объема оперативной памяти данных до 64 КБайт за счет использования внешних микросхем ОЗУ.

Условное графическое обозначение ОМЭВМ показано на рис. 8, а назначение выводов приведено в табл. 2.

№ вывода	Обозначение	Назначение	Тип
1 – 8	P1.0 – P1.7	8-разрядный двунаправленный порт Р1. Вход адреса А0 – А7 при проверке внутреннего ПЗУ.	Вход/выход
9	RST	Сигнал общего сброса	Вход
10 – 17	P3.0 – P3.7	8-разрядный двунаправленный порт Р3 с дополнительными функциями.	Вход/выход
	P3.0	Последовательные данные приемника – RxD.	Вход
	P3.1	Последовательные данные передатчика TxD.	Выход
	P3.2	Вход внешнего прерывания 0 – INT0	Вход
	P3.3	Вход внешнего прерывания 1 – INT1	Вход
	P3.4	Вход таймера-счетчика 0 – T0	Вход
	P3.5	Вход таймера-счетчика 1 – Т1	Вход
	P3.6	Выход стробирующего сигнала при записи во внешнюю память данных WR	Выход
	P3.7	Выход стробирующего сигнала при чтении из внешней памяти данных RD	Выход
18	XTAL1	Вывод для подключения кварцевого резонатора	Выход
19	XTAL2	Вывод для подключения кварцевого резонатора	Вход
20	GND	Общий вывод
21 – 28	P2.0 – P2.7	8-разрядый двунаправленный порт Р2. Выход адреса А8 – А15 в режиме работы с внешней памятью. В режиме проверки внутреннего ПЗУ выводы Р2.0 – Р2.6 используются как вход адреса А8 – А14. Вывод Р2.7 – разрешение чтения внутреннего ПЗУ – Е	Вход/выход
29	PSE	Разрешение программной памяти	Выход
30	ALE	Выходной сигнал разрешения фиксации адреса	Выход
31	EA	Блокировка работы с внутренней памятью	Вход
32 – 39	P0.7 – P0.0	8-разрядный двунаправленный порт Р0. Шина адреса/данных при работе с внешней памятью. Выход данных D7 – D0 в режиме проверки внутреннего ПЗУ.	Вход/выход
40	Ucc	Вывод питания от источника напряжения +5В.

Таблица 2 Назначение выводов процессора МК51

ОМЭВМ содержит все узлы, необходимые для автономной работы:

· центральный восьмиразрядный процессор;

· внутреннюю память данных, объемом 128 Байт;

· четыре восьмиразрядных программируемых канала ввода – вывода;

· два 16-битовых таймера-счетчика;

·

систему прерываний с пятью векторами двумя уровнями;

· последовательный интерфейс;

· тактовый генератор.

Система команд ОМЭВМ содержит 111 базовых команд с форматом 1, 2 или 3 байта и представляет большие возможности обработки данных, реализацию логических, арифметических операций, а также обеспечивает управление в режиме реального времени.

ОМЭВМ имеет:

· 32 восьмиразрядных регистра общего назначения;

· 128 определяемых пользователем программно-управляемых флагов;

· набор регистров специальных функций.

Регистры общего назначения и определяемые пользователем программно-управляемые флаги расположены в адресном пространстве внутреннего ОЗУ данных.

ОМЭВМ при функционировании обеспечивает:

· минимальное время выполнения команд сложения регистр-регистр – 1мкс, регистр-память – 2 мкс;

· аппаратное умножение и деление с минимальным временем выполнения команд умножения/деления – 4 мкс.

Расширенная система команд обеспечивает побайтовую и побитовую адресацию, двоичную и двоично-десятичную арифметику, индикацию переполнения и определения четности/нечетности, возможность реализации логического процессора. Отличительной чертой ОМЭВМ является то, что ее арифметико-логическое устройство (АЛУ) может наряду с выполнением операций над 8-разрядными типами данных манипулировать одноразрядными данными. Остальные программно-доступные биты могут быть установлены, сброшены или заменены их дополнением, могут пересылаться, проверяться и использоваться в логических вычислениях. Таким образом, благодаря наличию мощного АЛУ и битового процессора набор инструкций ОМЭВМ замечательно подходит для данного устройства сопряжения.

Микросхемы КР1830ВЕ51 конструктивно выполнены в 40-выводных пластмассовых корпусах с двухрядным расположением штырьевых контактов.

Среди прочего, ОМЭВМ содержит следующие узлы:

· Логика ввода – вывода, предназначенная для приема и выдачи сигналов, обеспечивающих обмен информацией ОМЭВМ с внешними устройствами через порты ввода/вывода Р0 – Р3.

· Блок Т/С состоит из двух таймеров/счетчиков, предназначенных для подсчеты внешних событий, получения программно управляемых временных задержек и выполнения времязадающих функций ОМЭВМ.

· Блок последовательного интерфейса и прерываний предназначен для организации ввода-вывода последовательных потоков информации и организации системы прерывания программ.

· Порты Р0 – Р3 являются двунаправленными портами ввода/вывода и предназначены для обеспечения информацией ОМЭВМ с внешними устройствами, образуя 32 линии ввода/вывода. Каждый из портов содержит фиксатор-защелку, который представляет собой восьмиразрядный регистр, имеющий байтовую и битовую адресацию для установки (сброса) разрядов с помощью программного обеспечения.

Фиксаторы портов Р0, Р1, Р2, Р3 имеют свои внутренние физические адреса, как при байтовой адресации, так и при битовой адресации.

Помимо работы в качестве обычных портов ввода/вывода линии портов Р0 – Р3 могут выполнять рад дополнительных функций, описанных ниже.

Через порт Р0:

· Выводится младший байт адреса А0 – А7 при работе с внешней памятью программ и внешней памятью данных;

· Выдается из ОМЭВМ и принимается в ОМЭВМ байт данных при работе с внешней памятью (при этом обмен байтом данных и вывод младшего байта адреса внешней памяти мультиплексированы во времени);

Через порт Р2:

· Выводится старший байт адреса А8 – А15 при работе с внешней памятью программ и внешней памятью данных (для внешней памяти данных – только при использовании команд, которые вырабатывают 16-разрядный адрес)

Каждая линия порта Р3 имеет индивидуальную альтернативную функцию:

· P3.00 – RxD, вход последовательного порта, предназначен для ввода последовательных данный в приемник последовательного порта;

· P3.1 – TxD, выход последовательного порта, предназначен для вывода последовательных данных из передатчика последовательного порта;

· P3.2 – INT0 – используется как вход 0 внешнего запроса прерывания;

· P3.3 – INT1 - используется как вход 1 внешнего запроса прерывания;

· P3.4 – T0, используется, как вход счетчика внешних событий Т/С 0;

· P3.5 – T1, используется, как вход счетчика внешних событий Т/С 1;

· P3.6 – WR, строб записи во внешнюю память данных, входной сигнал, сопровождающий вывод данных через порт Р0 при использовании соответствующих команд;

· P3.7 – RD, строб чтения из внешней памяти данных, выходной сигнал, сопровождающий ввод данных через порт Р0 при использовании соответствующих команд.

Альтернативная функция любой из линий порта Р3 реализуется только в том случае, если в соответствующем этой линии фиксаторе-защелки содержится «1». В противном случае на линии порта 3 будет присутствовать «0».

Среди прочих особенностей данной ОМЭВМ особого внимания заслуживают следующие.