Интерфейс Centronics

Лекция 16. Дополнительные интерфейсы персонального компьютера

В этой лекции рассказывается о некоторых часто используемых интерфейсах персонального компьютера, об их особенностях и протоколах обмена информацией по этим интерфейсам.

Ключевые слова:Centronics, RS-232C, UART, PCI, конфигурирование, PC-card, USB.

Интерфейс Centronics

Основным назначением интерфейса Centronics (отечественный аналог — стандарт ИРПР-М) является подключение к компьютеру принтеров различных типов (из-за чего его называют принтерным портом). Поэтому распределение контактов разъема, назначение сигналов, программные средства управления интерфейсом ориентированы именно на такое применение. В то же время, с помощью данного интерфейса можно подключать к компьютеру и многие другие стандартные внешние устройства (например, сканеры, дисководы и т.д.), а также нестандартные внешние устройства.

Назначение 36 контактов разъема Centronics и соответствующих им контактов разъема принтера приведено в табл. 8.7. В таблице символ I обозначает входной сигнал компьютера, а О — выходной сигнал.

Сигналы интерфейса Centronics имеют следующее назначение:

• DO...D7 — 8-разрядная шина данных для передачи из компьютера в принтер (предусматривается и возможность двунаправленной передачи данных).

• -STROBE — сигнал стробирования данных. Данные действительны как по переднему, так и по заднему фронту этого сигнала. Сигнал говорит приемнику (принтеру) о том, что можно принимать данные с шины данных.

• -АСК — сигнал подтверждения принятия данных и готовности приемника (принтера) принять следующие данные. То есть реализуется асинхронный обмен.

• BUSY — сигнал занятости принтера обработкой полученных данных и неготовности принять следующую порцию данных. Активен также при переходе принтера в состояние off-line, при ошибке и при

отсутствии бумаги. Компьютер начинает новый цикл передачи только после снятия -АСК и после снятия BUSY.

• -AUTO FD — сигнал автоматического перевода строки. Получив его, принтер переводит каретку на следующую строку текста.

Остальные сигналы не являются обязательными.

• РЕ — сигнал конца бумаги. Получив его, компьютер переходит в режим ожидания. Если в принтер вставить лист бумаги, то сигнал снимается.

• SLCT — сигнал готовности приемника. С его помощью принтер сообщает о том, что он выбран и готов к работе. У многих принтеров имеет постоянно высокий уровень.

• -SLCT IN — сигнал, посредством которого компьютер сообщает принтеру о том, что тот выбран, и последует передача данных.

• -ERROR — сигнал ошибки принтера. Активен при внутренней ошибке, переходе принтера в состояние off-line или при отсутствии бумаги. Как видим, здесь многие сигналы дублируют друг друга.

• -INIT — сигнал инициализации (сброса) принтера. Его длительность составляет не менее 2,5 мкс. По нему происходит очистка буфера печати.

Табл. 8.7. Назначение контактов разъемов Centronics.

Табл. 8.7. Назначение контактов разъемов Centronics (продолжение).

Временная диаграмма цикла передачи данных представлена на рис. 8.7. Перед началом цикла передачи данных компьютер должен убедиться, что сняты сигналы BUSY и -АСК. После этого выставляются данные, формируется строб, снимается строб, и снимаются данные. Принтер должен успеть принять данные с выбранным темпом. При получении строба принтер формирует сигнал BUSY, а после окончания обработки данных выставляет сигнал -АСК, снимает BUSY и снимает -АСК. Затем может начинаться новый цикл.

Максимальная длина соединительного кабеля по стандарту — 1,8 м. Максимальная скорость обмена — 100 Кбайт/с.

Формирование и прием сигналов интерфейса Centronics производится путем записи и чтения выделенных для него портов ввода/вывода. В компьютере может использоваться три порта Centronics, обозначаемых LPT1 (базовый адрес 378), LPT2 (базовый адрес 278) и LPT3 (базовый адрес ЗВС).

Базовый адрес порта используется для передачи принтеру байта данных. Установленные на линиях данные можно считать из этого же порта.

Следующий адрес (базовый +1) служит для чтения битов состояния принтера (бит 3 соответствует сигналу -ERROR, бит 4 — сигналу SLCT, бит 5 — сигналу РЕ, бит 6 — сигналу -АСК, бит 7 — сигналу BUSY). Последний используемый адрес (базовый + 2) применяется для записи битов

управления принтером (бит 0 соответствует сигналу -STROBE, бит 1 -сигналу -AUTO FD, бит 2 — сигналу -INIT, бит 3 — сигналу -SLCT IN и наконец, бит 4, равный единице, разрешает прерывание от принтера).

Рис. 8.7. Временные диаграммы цикла передачи данных в Centronics (все временные интервалы указаны в наносекундах).

При сопряжении с компьютером через параллельный порт LPT какого-нибудь другого устройства (не принтера) назначение сигналов и порядок обмена могут быть другими, но тогда необходимы специальные программные драйверы, реализующие выбранные протоколы обмена. При разработке нестандартных внешних устройств, сопрягаемых с компьютером через Centronics, можно самостоятельно выбирать как назначение сигналов, так и протокол обмена.

Интерфейс RS-232C

Интерфейс RS-232C предназначен для подключения к компьютеру стандартных внешних устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для связи компьютеров между собой. Основными преимуществами использования RS-232C по сравнению с Centronics являются возможность передачи на большие расстояния (по стандарту длина соединительного кабеля может доходить до 15 метров) и гораздо более простой кабель (с меньшим количеством проводов). В то же время работать с RS-232C несколько сложнее. Данные в интерфейсе RS-232C передаются в последовательном коде (бит за битом) побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в другую сторону по разным проводам (дуплексный режим). Скорость передачи — до 14,4 Кбайт/с (115,2 Кбит/с).

Компьютер имеет 25-контактный разъем (типа DB25P) или 9-контактный разъем (типа DB9P) для подключения кабеля интерфейса RS-232C.

Назначение контактов разъема приведено в табл. 8.8 (в таблице применены обозначения: I — входной сигнал компьютера, О — выходной сигнал компьютера).

Табл. 8.8. Назначение контактов разъемов интерфейса RS-232C.

Назначение сигналов интерфейса RS-232C следующее:

• FG — защитное заземление (экран).

• -TxD — данные, передаваемые компьютером в последовательном коде (логика отрицательная).

• -RxD — данные, принимаемые компьютером в последовательном коде (логика отрицательная).

• RTS — сигнал запроса передачи. Активен во все время передачи.

• CTS — сигнал сброса (очистки) для передачи. Активен во все время передачи. Говорит о готовности приемника.

• DSR — готовность данных. Используется для задания режима модема.

• SG — сигнальное заземление, нулевой провод.

• DCD — обнаружение несущей данных (детектирование принимаемого сигнала).

• DTR — готовность выходных данных.

• RI — индикатор вызова. Говорит о приеме модемом сигнала вызова по телефонной сети.

Чаще всего используется трех- или четырехпроводная связь (для двунаправленной передачи). Схема соединения двух устройств при че-тырехпроводной линии связи показана на рис. 8.8.

Рис. 8.8.Схема четырехпроводной линии связи для RS-232C.

Для двухпроводной линии связи в случае передачи из компьютера во внешнее устройство используются сигналы SG и TxD. Все 10 сигналов интерфейса задействуются только при соединении компьютера с модемом.

Формат передаваемых данных показан на рис. 8.9. Собственно данные (содержащие 5, 6, 7 или 8 бит) сопровождаются стартовым битом, битом четности и одним или двумя стоповыми битами. Получив стартовый бит, приемник выбирает из линии биты данных через определенные интервалы времени. Очень важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми (допустимое расхождение — не более 10%). Скорость передачи по RS-232C может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с.

Все сигналы RS-232C передаются специально выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи (рис. 8.10). Отметим, что данные передаются в инверсном коде (логической единице соответствует низкий уровень, логическому нулю — высокий уровень).

Обмен по RS-232C осуществляется компьютером с помощью обращений по специально выделенным для этого портам СОМ1 (адреса 3F8...3FF, прерывание IRQ4), COM2 (адреса 2F8...2FF, прерывание IRQ3), COM3 (адреса 3E8...3EF, прерывание IRQ10), COM4 (адреса 2E8...2EF, прерывание IRQ 11).

Рис. 8.10.Уровни сигналов RS-232C на передающем и принимающем концах линии связи.

Для реализации интерфейса применяются микросхемы универсальных асинхронных приемопередатчиков (УАПП, UART — Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) типа 18250, 16550А или их аналоги. Компьютер с помощью посылки управляющих кодов может выбрать скорость обмена, формат передаваемых посылок (количество битов данных, проверка четности, использование стоповых битов), разрешить или запретить прерывания, а также установить или сбросить управляющие

сигналы. Имеется также возможность прочитать слово состояния UART для определения источника прерывания или состояний флагов.