Лекция №11. Программируемый связной интерфейс

Содержание лекции:схема включения программируемого связного интерфейса в микропроцессорную систему, назначение его входов и выходов, адресация, форматы инструкции и команд управления.

Цели лекции:изучить назначение входов и выходов программируемого связного интерфейса, способы его инициализации, инструкции режима и команд управления.

Программируемый связной интерфейс (РСI – Programmable Communication Interface) или универсальный синхронно-асинхронный приемо-передатчик (УСАПП или USART – Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) предназначен для организации обмена данными между МП и удаленными внешними устройствами (ВУ) в последовательном формате. По этой причине УСАПП называют также последовательным интерфейсом (IOS). В качестве передатчика УСАПП преобразует параллельный код в последовательный и отправляет его в линию связи, а в качестве приемника осуществляет обратное преобразование. УСАПП может обмениваться данными с удаленными устройствами в симплексном (движение информации в одном направлении) ,полудуплексном (информация передается и принимается в обоих направлениях, нопоочередно)и дуплексном режимах (обмен данными вобоих направленияходновременно).

На рисунке 32 приведено упрощенное условное обозначение УСАПП, схема его включения в микропроцессорную систему и типичная последовательность бит на входе приемника или выходе передатчика в асинхронном режиме работы. Микропроцессор на схеме не показан. Счетчик CT0 таймера (мог быть и другой) обеспечивает требуемую скорость обмена данными.

Назначение некоторых выводов: TxD - выход передатчика, RxD - вход приемника, CLK - вход частоты синхронизации, TxC - вход синхросигнала передатчика, RxC - вход синхросигнала приемника, ~CTS - инверсный вход готовности приемника терминала (удаленного устройства или модема). В простых системах связи вход ~CTS можно жестко связать с "землей", уведомляя передатчик, что приемник "всегда готов". Если используется стандартный протокол связи, например, RS-232C, то вход ~CTS должен быть отсоединен от нулевого провода. C/~D - функциональный вход "управление/данные". Если C/~D = 0 , то МП и УСАПП обмениваются байтом данных, если C/~D = 1, то происходит запись байта управления или чтение байта состояния. Назначение остальных выводов PCI аналогично назначению соответствующих выводов ППИ. Приведенных на рисунке 32 выводов достаточно для реализации связи с не очень удаленными объектами, например, с компъютером или с другими МП.

Рисунок 32 - Схема включения УСАПП в микропроцессорную систему

Из приведенного рисунка нетрудно вычислить адреса PCI. Для нулевого выхода дешифратора, подключенного к входу таймеру "выбор микросхемы" адреса уже найдены. Активизация инверсного входа ~CS УСАПП производится подачей сигналов A4,A3,A2 = 111(BIN) = 7(DEC) и разрешающих работу дешифратора сигналов A7,A6,A5 = 100(BIN). В таблице 32 приведены два из четырех возможных адресов PCI (A1 = 0).

Т а б л и ц а 32

ЛИНИИ ШИНЫ АДРЕСА	ДАННЫЕ / РЕГИСТР УПРАВЛЕНИЯ (CSR)	АДРЕС (HEX)
AА7	AА6	AА5	AА4	AА3	AА2	AА1	AА0
11						хx		Адрес порта данных	9С
						хx		Адрес порта CSR	9D

Одним из наиболее распространенных режимов работы УСАПП является асинхронный режим. В этом режиме каждый передаваемый символ (кадр) содержит следующие поля:

1) обязательный стартовый бит (ST) всегда равен нулю;

2) 5…8 информационных бит;

3) необязательный бит контроля четности/нечетности PB;

4) 1…2 стоп-бита SP.

Кадры следуют непрерывно или отделяются паузами. Инфомационные биты передаются, начиная со 010 старших разрядов. На рисунке 32 передается/принимается код 11001, а не 10011010.

УСАПП программируется записью в него байта управления, который может быть двух типов:

1) инструкция режима;

Команда управления.

Инструкция режима задает режим синхронизации, формат данных, скорость обмена, необходимость контроля. В таблице 33 приведен формат инструкции режима.

Т а б л и ц а 33

D7	D6	Число стоп-бит		Вид контроля	D5	D4
0		Запрет	Нет контроля
		1 стоп-бит	Контроль нечетности
		"полтора" стоп-бита	Нет контроля
		2 стоп-бита	Контроль четности

Продолжение таблицы 33

D3	D2	Число информационных бит		Частота синхронизации	D1	D0
			fTxC(RxC) / 1
			fTxC(RxC) / 16
			fTxC(RxC) / 64

Продолжение таблицы 33

Биты D7,D6 определяют число стоп-бит в каждом кадре, причем "полтора бита" обозначают длительность в полтора тактовых интервала.

Длительность тактового интервала (f_TxC(RxC)/x)^-1сек задают биты D1,D0. Частота f_TxC или f_RxC - частота сигнала на одноименных входах TxC и RxC приемопередатчика, должна быть меньше или равной f_CLK/(4.5).

Внутри УСАПП может быть дополнительно поделена в 16 или 64 раза. Частота f_TxC(RxC)/x определяет скорость передачи в Бодах (baud) или битах в секунду (bps). Для УСАПП обе скорости совпадают. В асинхронном режиме комбинация D1,D0 = 01 недопустима.

Максимальную скорость обмена данными нетрудно вычислить. Пусть f_CLKmax = 2МГц, тогда f_TxC(RxC) = f_CLK/4.5 =444444,44Гц. В асинхронном режиме дополнительный коэффициент деления должен быть не менее 16, как показано в инструкции режима. Поэтому максимальная скорость обмена равна 444444,44Гц / 16 = 27777 бит в секунду.

Число информационных бит в кадре определяется битами D3,D2. Биты D5,D4 задают вид контроля за правильностью передачи.

В таблице 34 приведены некоторые биты команды управления.

Т а б л и ц а 34

Разряд	Обозначение	Назначение команды
D0	TxEN	Разрешение работы УСАПП в качестве передатчика, D0=1
D2	RxEN	Разрешение работы УСАПП в качестве приемника, D2=1
D4	ER	Сброс в ''0" флагов ошибок, D4=1
D6	RESET	Программный сброс УСАПП в исходное состояние, D6=1

В процессе работы можно осуществлять контроль за работой УСАПП путем чтения байта его состояния. В таблице 35 приведены некоторые наиболее употребительные в асинхронном режиме биты состояния УСАПП.

Т а б л и ц а 35

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
		FE	OE	PE		RxRDY	TxRDY

Биты D5,D4,D3 (флаги) устанавливаются/сбрасываются приемником УСАПП, причем, PE=1 (Parity Error), если УСАПП зафиксировал ошибку при контроле четности/нечетности, OE=1(Overrun Error), если была попытка считать в микропроцессор передаваемый из линии в приемник код, до завершения его полной передачи, FE=1(Frame Error), если приемник не обнаружил стоп-бит(ы).

Бит RxRDY (готовность приемника), если RxRDY=0, то приемник еще не преобразовал последовательный код в параллельный и считывать его в микропроцессор бессмысленно.

Бит TxRDY (готовность передатчика), если TxRDY=0, то передатчик еще не преобразовал параллельный код в последовательный и загрузка следующего кода из микропроцессора в передатчик исказит текущее передаваемое значение.