Малые интерфейсы стандартных устройств

Общая характеристика

Большое разнообразие функциональных групп периферийных устройств, различные физические принципы их работы, разные уровни сигналов, необходимых для передачи информации, привели к необходимости стандартизации интерфейсов ПУ одной функциональной группы. Интерфейсы ПУ получили название малых или устройство зависимых. Концепция малых интерфейсов в наиболее завершенном виде реализована в СМ ЭВМ.

Требования минимизации числа типов контроллеров, ПУ, УВВ и ВЗУ при весьма большом количестве механизмов ПУ, модулей УСО обусловило дальнейшую унификацию малых интерфейсов и разработку устройствонезависимых интерфейсов УСО, программируемых подсистем и ПУ различного функционального назначения и быстродействия. Стандартизированные на международном уровне устройствозависимые интерфейсы получили наибольшее применение в измерительных ВС, в том числе в измерительных ВК на базе СМ ЭВМ.

Рассмотрим кратко основные стандартные интерфейсы СМ ЭВМ двух типов. Интерфейсы применяются в зарубежных и отечественных ВС для подключения наиболее широко используемого периферийного оборудования основных функциональных групп.

Интерфейс ИРПР

Для обеспечения сопряжения большого числа различных УВВ в СМ ЭВМ принят базовый интерфейс ИРПР (интерфейс радиальный параллельный). Однако большое число УВВ требует различной логической организации ИРПР, в связи с чем стандартизируется второй уровень ИРПР для конкретного типа УВВ (первый уровень зависит от используемого устройства).

Таким образом, интерфейс с ИРПР относится к двухуровневым малым интерфейсам. На первом уровне унифицируются основной алгоритм обмена информацией и физическая реализация взаимодействия. Международным аналогом ИРПР является широко распространенный интерфейс BC 4421/. На втором уровне посредством сигналов состояния и управления учитывается специфика различных типов УВВ.

Описание ИРПР содержит технические требования и функциональные характеристики. Функциональные характеристики основаны на следующих принципах: метод передачи данных между источниками (И) и приемником (П) не зависит от типа устройства; на передаваемые данные не накладывается никаких ограничений; используется минимальное число сигналов управления и состояния.

Передача данных осуществляется между одним источником и одним приемником. Для дуплексного режима обмена требуется два сопряжения. Набор линий (сигналов) сопряжения, разделенных на три группы (заземления, управления, сигнальные), приведен в табл. 13.1.

Таблица 13.1. Характеристика линий интерфейса ИРПР

Наименование	Обозначение	Направление
Русское	Латинское
Линия заземления
Экран	Э	S	Пассивная линия
Нуль	ОВ	Z	- _“-
Линия управления
Готовность источника	ГИ	SO	От И к П
Готовность приемника	ГП	AO	От П к И
Строб источника	СТР	SC	От И к П
Запрос приемника	ЗП	AC	От П к И
Линии сигнальные
Данные (2⁰…2⁷)	Д0…Д7	D0…D7	От И к П
Контрольный разряд младшего байта*	КР0	DP0	- _“-
Данные (2⁸…2¹⁵)	Д8…Д15	D8…D15	- _“-
Контрольный разряд старшего байта*	КР1	DP1	- _“-
Состояние приемника	СП1…СП8	A1…A8	От П к И
Состояние источника	СИ1…СИ8	S1…S8	От И к П

*эти линии необязательны и в сопряжении могут отсутствовать.

Линия Э служит для защиты от помех сигналов управления и передаваемых данных. Линия соединяется с металлическим корпусом устройства, подключенным к общей земле накоротко или через сопротивление 100 Ом. Линия ОВ подсоединяется к точке, принятой в данном устройстве за нулевую и изолированной от металлического корпуса. Необходимо обеспечить возможность подключения линии к металлическому корпусу.

Линии ГИ и ГП используются для передачи наиболее важной информации о рабочем состоянии устройства (логическая «1»). Правильная интерпретация нерабочего состояния (логический «0») обеспечивается в случае, если сигнал СТР имеет значение логического «0». При этом выходное рабочее состояние не должно зависеть от входного сигнала.

Линии СТР и ЗП используются для передачи сигналов обмена информацией между И и П по принципу «запрос-ответ» (рис. 13.2.1.). При этом не накладывается никаких ограничений на оба устройств.

Рис. 13.2.1. Временная диаграмма обмена в ИРПР:

Т_к – время задержки; Т_п– время восприятия сигнала СТР приемником; Т_и– время восприятия сигнала ЗП источником; Т₃, Т₁– время выполнения операции источником; Т₂, Т₄– время выполнения операции приемником.

Для источника возможны два способа работы: совмещение подготовки информации с переходом значений сигналов СТР и ЗП в логический «0»; подготовка новой информации с момента установки сигнала ЗП в состояние логической «1». При первом способе обеспечивается боле высокая скорость передачи данных. Второй способ гарантирует правильность передачи информации и используется процессором при работе с приемником данных. Устройство, принимающее сигналы, должно компенсировать разницу в задержке принимаемых сигналов.

Линии данных используются для передачи до 16 разрядов данных от источника. Контрольные разряды КРО, КРI устанавливаются такими, чтобы сумма единиц в соответствующем байте данных была нечетной.

Сигналы СИ выдаются аналогично сигналам данных. Сигналы СП действительны в случае, когда на линии ЗП – значение логической «1», а на линии СТР – логического «0». В технически обоснованных случаях допускаются асинхронные сигналы СИ и СП.

Тип и требования к физической реализации и назначение контактов разъема для выхода на ИРПР не регламентируются и уточняются в ТУ на устройство. Интерфейсный кабель должен иметь волновое сопротивление 100 ± 20 Ом.

Уровни сигналов усилителей-передатчиков и усилителей приемников должны соответствовать уровням для интегральной микросхемы (ИМС) типа ТТЛ. В качестве передатчика должна применяться ИМС с открытым коллекторным входом с допустимым током нагрузки не менее 40 мА. Входной ток приемника не более 1,6 мА.

Передатчики не должны выходить из строя при коротком замыкании между сигнальной линией и линией ОВ, а также между двумя сигнальными линиями; работе на кабель, от соединенный на другом конце, или при отсоединении кабеля; работе на включенный или выключенный приемник непосредственно или через кабель.

Приемник должен воспринимать обрыв или отсутствие кабеля, а также выключение питания передатчика на логический «0»; не выходить из строя при соединении с включенным или выключенным передатчиком при любом его логическом состоянии.

Интерфейс должен быть работоспособным при использовании кабеля длиной до 15 м.

Интерфейс ИРПС

Интерфейс ИРПС (для радиального подключения устройств с последовательной передачей информации) обеспечивает единые способы обмена информацией различный УВВ (стартстопных, с буфером или без буфера) при работе с контроллером (К), при непосредственном соединении двух УВВ или двух контроллеров.

Подключение УВВ осуществляется радиально посредством кабеля. Использование в качестве соединительных линий выделенных пар в многожильных телефонных кабелях допускается только при наличии специального разрешения.

Интерфейс ИРПР позволяет осуществлять асинхронную передачу сигналов постоянным током (токовая петля) по четырехпроводной дуплексной связи (рис 13.3.1.). В технически обоснованных случаях допустима и цепь взаимосвязи, указывающая состояние УВВ. Взаимосвязью называется соединение между контроллером и УВВ. Задача взаимосвязи – передача последовательных двоичных сигналов с регулярной скоростью, определяемой стандартом или соглашениями.

Рис. 13.3.1. Схема обмена в ИРПР:

И – источник; П – приемник; К – контроллер; УВВ – устройство ввода-вывода.

Цепи взаимосвязи приведены в табл. 13.2. Знаками «+» и «-» обозначено направление тока в петле. Сигналы в цепи 1 (передаваемые данные) возникают в источнике и проходят к приемнику. Цепи 1 и 2 в интервале между передаваемыми знаками или словами находятся в состоянии 1. Состояние 1 или 0 должно удерживаться в течении всей длины сигнала. В случае, если устройство предназначено только для приема, цепь 1 остается разомкнутой. Цепь 3 в состоянии 1 указывает готовность приемника (УВВ), а состоянии 0 приемник не готов принять новую информацию.

Таблица 13.2. Характеристика цепей интерфейса ИРПС

Номер цепи	Наименование	Обозначение	Направление передачи
	Передаваемые данные	ПД+ ПД-	От И к П От П к И
	Принимаемые данные	ПрД+ ПрД-	От П к И От И к П
	Готовность приемника (необязательная цепь)	ГП+ ГП-	От П к И От И к П

Формат передаваемой информации ( в разрядах) следующий (рис. 13.3.2): старт; передаваемые данные – 5, 7 или 8; четность – 1 или отсутствует; стоп – 1, 1.5 или 2.

Рис. 13.3.2. Формат информации, передаваемой по ИРПР

Цепи взаимосвязи реализованы так, чтобы они питались током от передатчика (активный режим). Допускается питание от приемника (пассивный режим). Для двух вариантов ИРПР имеем (табл. 20.3.).

Таблица 13.3. Зависимость типа петли от тока

Тип петли	Состояние	Ток, мА
40-миллиамперная токовая петля		30…50 10…5
20-миллиамперная токовая петля		15…25 0…3

Любая схема на приемной стороне рассчитана на исключение повреждения при замыкании проводников в цепи взаимосвязи.

Соединяемые оконечные устройства (К и УВВ) имеют взаимное гальванически разделенное электрическое заземление. Гальваническое разделении осуществляется всегда с той стороны цепи взаимосвязи, которая не питается током. Номинальное значение изоляционного напряжения гальванического разделения равно 500 В.

Максимальная длительность фронтов сигналов в конце линии, нагруженной на характеристическое сопротивление, не должна превышать 50 мкс. Цепи взаимосвязи должны обеспечивать передачу сигналов со скоростью 9600 бит/с на расстояние от 0 до 500 м. При передаче на большие расстояния пропорционально понижается скорость передачи. Сигналы взаимосвязи должны приближаться к прямоугольной форме.

Схема источника сигнального тока выполняется так, чтобы отключение нагрузки, короткое замыкание выходных зажимов или одного из них на землю не приводило к ее повреждению. Крутизна фронтов сигналов, измеряемых на зажимах передатчика, нагруженного сопротивлением 100 Ом, должна быть не более 1 мкс.

Любое включение на приемной стороне (приемнике) выполняется так, чтобы при длительной нагрузке максимально допустимым током цепи взаимосвязи оно не приводило к повреждению приемника. Падение напряжения, измеряемое на входных зажимах приемника, при состоянии 1 в цепи взаимосвязи не менее 5 В для телетайпа и 2.5 В для других устройств. Входная емкость приемника не более 10 нф. Приемник должен работать независимо от крутизны фронтов в диапазоне 0…50 мкс.

Двухпроводная линия в цепи взаимосвязи выполняется витой парой. Типы разъема и кабеля не регламентируются, по своим параметрам они должны удовлетворять приведенным требованиям.

Контрольные вопросы

1. Дайте общую характеристику малых стандартных интерфейсов.

2. Опишите интерфейс ИРПР.

3. Перечислите характеристики линий интерфейса ИРПР.

4. Опишите интерфейс ИРПС.

5. Каков формат информации, передаваемой по ИРПР?

Глава 14