 
Рисунок 8. Структурная схема многофункционального терминала (ПК)
Плата адаптера последовательного порта компьютера, её устройство и выполняемые функции.
Структурная схема платы контролера (адаптера) последовательного порта представлена на рисунке 9.
 
Рисунок 9. Структурная схема платы адаптера последовательного порта.
Компьютер может быть оснащен одним или двумя адаптерами портов последовательной передачи данных. Эти адаптеры портов расположены либо на отдельных платах, вставляемых в соты расширения материнской платы.
Бывают также платы, содержащие четыре или восемь адаптеров портов последовательной передачи данных. Их часто используют для подключения компьютеров или терминалов к одному центральному компьютеру. Эти платы имеют название «мультипорт».
Аппаратная реализация интерфейса RS-232 включает в себя последовательный адаптер и механический интерфейс.
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 скоростях: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 Бод. Средства BIOS компьютера поддерживают скорости до 9600Бод включительно. Тактовая частота составляет 1,8432МГц 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 её современные аналоги. Эта микросхема является универсальным асинхронным приемопередатчиком (UART-Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Микросхема содержит несколько внутренних регистров доступных через команды ввода/вывода.
Микросхема 8250 содержит регистры передатчика и приемника данных. При передаче байта он записывается в буферный регистр передатчика, откуда затем переписывается в сдвиговый регистр приемника. Байт «выдвигается» из сдвигового регистра по битам.
Точная последовательность операций выполняемых UART в каждой конкретной ситуации контролируется внешними параметрами. В общих чертах работу UART в режимах приема/передачи можно описать следующим образом.
При передаче 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 стартстопную кодовую комбинацию символа путем добавления к информационным разрядам стартового, стопового и возможно, бита паритета;
– передать стартстопную 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 стартстопной комбинации: стартовый бит, информационные разряды, бит паритета, если выявлена ошибка, выдать сигнал ошибки;
– осуществить проверку паритета, если есть ошибка выдать сигнал ошибки паритета;
– преобразовать стартстопную комбинацию символа в последовательность информационных разрядов, и передать их в параллельной форме в оперативную память компьютера;
– сообщить, что символ принят.
Первые адаптеры последовательной связи фирмы IBM были построены на микросхемах INS 8250 фирмы National Semiconductor. За прошедшее время эта микросхема несколько раз модернизировалась. Выпускались и многочисленные функциональные аналоги другими производителями микросхем. Тем не 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 практически не используют.
Появившиеся позже микросхемы UART серии 16450 рассчитаны на максимальную скорость 115200 бит/с.
Однако на сегодняшнем уровне технике связи с её высокими скоростями передачи информации и многозадачности операционными системами микросхемы такого типа стали «узким местом» коммуникационной аппаратуры. Чтобы исправить ситуацию, были разработаны и выпущены микросхемы типа 16550(РС 16550С/NS16550АF 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 16550 и в отличие от микросхемы UART более ранних выпусков микросхема 16550 имеет второй режим работы, предусматривающий сокращение вмешательства центрального процессора в процедуру последовательной передачи данных. В этом режиме буферные регистры приемника и передатчика расширяются от одного до 16 байт и управляются с использованием логики FIFO (First In – First Out - первым пришел - 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 встроенные сдвиговые регистры и регистры хранения для операции передачи и приема данных, что исключает необходимость точной синхронизации работы процессора с потоком данных;
– содержит программируемый генератор-контроллер скорости передачи, работающий с внешним опорным сигналом частотой до 24МГц;
– содержит встроенные средства самотестирования;
может работать под 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, копирования 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 RS-232С, это DВ-25 и DВ-9. первый имеет 25, а второй 9 выводов.
3.3 Назначение и устройство модема
На передаваемые сигналы могут влиять шумы, импульсные помехи, замирание сигнала, колебания амплитуды, ограничение частотного диапазона. Также абонентские линии вносят в сигнал значительную долю искажений: затухание, перекос энергетического спектра сигнала, импеданс линии. Основной функцией модема является согласование спектра сигнала источника сообщений с частотными характеристиками канала ТЧ. Кроме этого модемы обеспечивают защиту от ошибок, сжатие данных, шифрацию информации и другие функции.
Модемы обеспечивают преобразование цифрового информационного сигнала в аналоговый сигнал (модуляция) для передачи по аналоговым линиям связи и обратное преобразование принятого аналогового сигнала снова в цифровой (демодуляция).
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» с помехами, возникающими в канале ТЧ (тональной частоты).
 
Рисунок -10. Структурная схема модема.
Рассмотрим назначение каждого блока схемы.
Интерфейс с телефонной линией. Основные функции - обеспечение физического соединения, защита от перенапряжения и радиопомех, набор номера и фиксация телефонных звонков, гальваническая развязка и согласование входного и выходного сопротивлений модема с аналоговыми параметрами абонентской линии (импеданса). Перечисленные функции обеспечиваются следующим образом.
1. Соединители RJ-11 обеспечивают физическое подключение к коммуникационной телефонной линии и телефонному аппарату. В недорогих изделиях телефон подключается параллельно входу модема, а в качественных моделях поддерживается телефон-модем, реализованное на реле.
2. Защита линии от радиопомех, излучаемых модемом выполняется на обычных LС фильтрах.
3. Для коммутируемых линий поддерживаются функции импульсного набора номера «отбоя» (постоянный ток менее 0,5мА) и «удержания линий» (постоянный ток более 8мА).
4. Важным требованием к интерфейсу с линией является обеспечение симметричности входа и его гальваническая развязка. Для этого используются трансформаторы.
5. Согласование импеданса. Входное и выходное сопротивление модема переменному току (300…3400 Гц) должно быть 600Ом +/- 15% .
Для уменьшения зависимости импеданса от частоты устанавливают дополнительную емкость параллельно вторичной обмотке трансформатора.
Дифференциальная система. Цель дифференциальной системы – переход от двухпроводной линии 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 среднюю точку, подключаемую через балластный резистор к земле;
– электронные, для схем с однополярным или двуполярным питанием; в этом случае выходной сигнал вычитается из входного на операционном усилителе, а частотная зависимость минимизируется использованием форсирующего каскада.
Больным 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 моделях. Необходимый для компенсации эхо сигнал постоянно вычисляется сигнальным 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. Осуществляет дополнительную фильтрацию помех.
Сигнальный процессор. Сигнальный процессор выполняет основные функции по модуляции. Обеспечивает коррекцию частотных характеристик канала связи в режиме передачи данных, а также компенсацию эхо-сигналов. Особенность сигнального процессора – операции по модуляции и демодуляции, которыми являются в основном операции сложения и умножения, выполняются процессором за один такт работы (аппаратно). Для обработки высокоскоростных данных от сигнального процессора требуется высокое быстродействие (тактовая частота не менее 30МГц)
Контроллер. 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-232 С/V24. Полный набор цепей позволяет работать как в асинхронном, так и в синхронном режимах. Микросхемы обеспечивают сопряжение биполярной логики интерфейса с внутренними ТТЛ уровнями.
Внутренние модемы могут работать только в асинхронном режиме, так как в их состав входит микросхема асинхронного последовательного порта UART. Есть реализации, в которых порт эмулируется контролером. Достаточно буфера и дешифратора для подключения UART к общей шине компьютера. Джамперы (миниатюрные переключатели, находящиеся на плате панели управления) позволяют согласовать номер Сом-Порта (СОМ1…СОМ4) со стандартным 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, а в более простых моделях пьезоэлектрические. Для удобства пользователя громкость звука можно регулировать.
2. Панель индикации. Внутренние модемы не имеют панелей индикации. Во внешних модемах чаще всего используются светодиоды. В относительно дорогих устройствах применяют символьные двухстрочные жидкокристалические индикаторы. Используя панель управления. Можно отобразить состояние модема, характеристики физической линии, вывести меню для программирования режимов.
3 .Панель управления. В большинстве модемов панель сводится к набору миниатюрных переключателей. В изделиях с жидкокристаллическими индикаторами кнопочная панель сосредотачивает все функции по управлению режимами работы.
Задача.
Закодировать кодом ASCII 9 первых символов своей фамилии и имени: Asheulova.
В каждую комбинацию добавить бит проверки на четность.
Сформировать структуру трех кадров в формате, принятом в протоколе передачи файлов X - Modem. В поле «данные» каждого кадра должно содержаться по три комбинации из предыдущего пункта задачи.
Изобразить в виде таблицы процесс передачи этих трех кадров по протоколу X - Modem . Считать, что приемник обнаружил ошибку в кадре с номером К. «К» рассчитывается как остаток от деления последней цифры № зачетной книжки на 3. В нашем варианте 6/3=2, К=1.
Решение:
Используя таблицу 5, кодируем кодом ASC II символы своей фамилии и имени, добавим код проверки на четность.
Таблица 8. Код ASC II
Биты в разрядах
|
7
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
6
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
1
|
4
|
3
|
2
|
1
|
5
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
NUL
|
DLE
|
SP
|
0
|
@
|
P
|
\
|
p
|
0
|
0
|
0
|
1
|
SOH
|
DC1
|
!
|
1
|
A
|
Q
|
a
|
q
|
0
|
0
|
1
|
0
|
STX
|
DC2
|
"
|
2
|
B
|
R
|
b
|
r
|
0
|
0
|
1
|
1
|
ETX
|
DC3
|
#
|
3
|
C
|
S
|
c
|
s
|
0
|
1
|
0
|
0
|
EOT
|
DC4
|
$
|
4
|
D
|
T
|
d
|
t
|
0
|
1
|
0
|
1
|
ENQ
|
NAK
|
%
|
5
|
E
|
U
|
e
|
u
|
0
|
1
|
1
|
0
|
ACK
|
SYN
|
&
|
6
|
F
|
V
|
f
|
v
|
0
|
1
|
1
|
1
|
BEL
|
ETB
|
٫
|
7
|
G
|
W
|
g
|
w
|
1
|
0
|
0
|
0
|
BS
|
CAN
|
(
|
8
|
H
|
X
|
h
|
x
|
1
|
0
|
0
|
1
|
HT
|
EM
|
)
|
9
|
I
|
Y
|
i
|
y
|
1
|
0
|
1
|
0
|
LF
|
SUB
|
·
|
:
|
J
|
Z
|
j
|
z
|
1
|
0
|
1
|
1
|
VT
|
ESC
|
+
|
;
|
K
|
[
|
k
|
{
|
1
|
1
|
0
|
0
|
FF
|
FC
|
٬
|
<
|
L
|
\
|
l
|
:
|
1
|
1
|
0
|
1
|
CR
|
GS
|
-
|
=
|
M
|
]
|
m
|
}
|
1
|
1
|
1
|
0
|
SO
|
RS
|
.
|
>
|
N
|
^
|
n
|
|
1
|
1
|
1
|
1
|
SI
|
US
|
/
|
?
|
O
|
-
|
o
|
DEL
| |
Скачать 2.88 Mb.