Контрольная работа по "Оконечные устройства"

gn="justify">     Преобразование  ТТЛ - уровней в уровни интерфейса RS-232 и наоборот, производится передатчиками и приемниками EIA, входящими в состав микросхем.

     Обычно  передача данных осуществляется на одной  или нескольких стандартных скоростей: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 или 115200 Бод. Средства BIOS компьютера поддерживают скорости только до 9600 Бод включительно.

     Тактовая  частота составляет 1,432 МГц и стабилизирована  благодаря использованию кварцевого генератора. Из этой частоты формируются  все остальные необходимые частоты.

     В основе последовательного порта  передачи данных лежит микросхема INTEL 8250 или ее современные аналоги - INTEL 16450, 16550, 16550А. Эта микросхема является универсальным асинхронным приемопередатчиком (UART - Universal Asynchronous Transmitter). Микросхема содержит несколько внутренних регистров, доступных через команды ввода-вывода.

     Микросхема 8250 содержит регистры передатчика и  приемника данных. При передачи байта  он записывается в буферный регистр  передатчика, оттуда затем переписывается в сдвиговый регистр передатчика. Байт <выдвигается> из сдвигового регистра по битам.

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

При передачи 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 старт-стоповую кодовую комбинацию символа путем добавления к информационным разрядам стартового, стопового и, возможно, бита паритета (четности или нечетности).
• Передать старт-стопную 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 старт-стопной комбинации: стартовый бит, информационные разряды, бит паритета; если выявлена ошибка - выдать сигнал ошибки;
• Осуществить проверку паритета - если выявлена ошибка, то выдать сигал ошибки;
• Преобразовать старт-стопную комбинацию символа в последовательность информационных разрядов и передать их а параллельной форме в оперативную память компьютера;
• Сообщить, что символ принят.

Первые  адаптеры последовательной связи фирмы IBM были построены по микросхеме Ins 8250. за прошедшее время эта микросхема несколько раз модернизировалась. Выпускались и многочисленные функциональные аналоги другими производителями микросхем. Тем на 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 не используют.

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

Однако на сегодняшнем  уровне техники связи с ее высокими скоростями передачи информации и многозадачными операционными системами микросхемы такого типа стали <узким местом> коммуникационной аппаратуры.

     Чтобы исправить ситуацию, были разработаны  и выпущены микросхемы типа 16550 (PC 16550С/NS 16550 AF 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 16450 и в отличие от микросхем UART более ранних выпусков микросхема 16550 имеет второй режим работы, предусматривающий сокращение вмешательства центрального процессора в процедуру последовательной передачи данных. В этом режиме внутренние буферные регистры приемника и передатчика расширяются от одного до 16 байтов и управляются с использованием логики FIFO (First In First Out - первым вошел - 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 сдвиговые регистры и регистры хранения для операции передачи и приема данных, что исключает необходимость точной синхронизации работы процессора с потоком данных;
• Содержит программируемый генератор-контролер скорости передачи, работающий с внешним опорным сигналом частотой до 24 МГц;
• Содержит встроенные средствам самотестирования ;
• Может работать по 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, копирование 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 RC - 232С, это DB - 25 и DB - 9. первый имеет 25, а второй 9 выводов.

3.3. Назначение  и устройство модема.

     Основной  функцией модема является согласование спектра сигнала источника сообщений  с частотными характеристиками канала ТЧ. Кроме этого современные модемы обеспечивают защиту от ошибок, сжатие данных, шифрацию информации.

     Модемы  обеспечивают преобразование цифрового  информационного сигнала в аналоговый для передачи по аналоговым линиям связи, и обратное преобразование принятого аналогового сигнала снова в цифровой.

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> помехами, возникающими в канале тональной частоты.

     Рисунок 3.3. Структурная схема модема.

     Где: 1 - интерфейс с телефонной линей; 2 - дифференциальная система; 3 - АЦП; 4 - ЦАП; 5 - сигнальный процессор; 6 - контроллер; 7 - интерфейс с компьютером RS - 232С; 8 - интерфейс с пользователем; 9 - панель индикации; 10 - панель управления.

     Дифференциальная  система. Цель дифференциальной системы - переход от двухпроводной 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 срединную точку, подключаемую через балансный резистор к земле;
• Электронные для схем с однополярным и двухполярным питанием, в этом случае выходной сигал, вычитается из входного на операционном усилителе, а частотная зависимость минимизируется использованием форсирующего каскада.

     Слабым  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 модемах. Необходимый  для компенсации эха сигнал постоянно  вычисляется посессором. Сформированный дополнительным 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. Также осуществляет сглаживание  помех.

     Сигнальный  процессор. Он выполняет основные функции по модуляции и демодуляции. Обеспечивает коррекцию частотных характеристик канала связи в режиме передачи данных, а также компенсацию эхо-сигнлав. Особенность сигнального процессора состоит в том, что основные операции, используемые в процессе модуляции и демодуляции - сложение и умножение, выполняются процессором за один такт работы (аппаратно). Для обработки высокоскоростных данных от сигнального процессора требуется высокое быстродействие (30 МГц).

     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-232С/V.24. Полный набор цепей позволяет работать как в асинхронном, так и в синхронном режимах. Микросхемы обеспечивают сопряжение биполярной логики интерфейса с внутренними ТТЛ уровнями.

     Внутренние  изделия могут работать только в  асинхронном режиме, так как в  их состав входит микросхема асинхронного последовательного порта (СОМ - порта) - UART. Есть реализации, в которых порт эмулируется контроллером, при этом достаточно буфера и дешифратора для подключения UART к общей шине компьютера. Джамперы (миниатюрные переключатели, находящиеся на плате панели управления) позволяют настроить номер СОМ - порта (СОМ1: СОМ4) со стандартными или расширенным номером прерывания.

     Интерфейсы  с пользователем.

     1.Звук. Встроенный в модем динамик  озвучивает процессы, происходящие  в телефонном канале. В качественных моделях используются магнитоэлектрические динамики с линейной полосой воспроизведения, в более простых - пьезоэлектрические. Для удобства пользователя громкость звука можно регулировать.

     2.Панель  индикации. Внутренние модемы  не имеют панелей индикации. Во внешних модемах используют светодиоды. В относительно дорогих устройствах применяют символьные двух строчные жидкокристаллические индикаторы. Используя панель управления, можно отобразить состояние модема, характеристики физической линии, вывести меню для программирования режимов.

     3.Панель  управления. В большинстве модемов  панель сводиться к набору  джамперов и переключателей. В  изделиях с жидкокристаллическими  индикаторами кнопочная панель  сосредотачивает все функции  по управлению режимами работы.  

     Задача  №3.4

Закодировать  кодом ASCII 9 первых девять символов своей  фамилии и имени, в каждую комбинацию добавить бит проверки на четность.

     Сформировать  структуру трех кадров в формате  принятом в протоколе передачи файлов X-modem. В поле <данные> должно содержаться по три комбинации из предыдущего пункта задачи (по три буквы в кадре). Изобразим в виде таблицы процесс передачи этих трех кадров по протоколу X-modem. Будем считать, что приемник обнаружил ошибку в кадре с номером k (k - остаток от деления последней цифры пароля на 3).

     9/3=3, k = 3.  

Таблица 10. Код ASCII и (IA5) МККТТ/МОС.

Пользуясь таблицей, закодируем кодом ASCII 9 первые девять символов фамилии (Гангало И.М.), в каждую комбинацию включим бит проверки на четность ( если четное количество <1> , то добавляем <0>, если нет , то <1>). Результат сведем в таблицу 8. 

Таблица11.