Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Если вы умеете паять и знаете, с какого конца отсчитываются выводы у микросхемы — в современной электронике это даже не полдела. В лучшем случае вы сможете повторить часть тех конструкций, что описаны в этой книге, публикуются в журнале «Радио» или размещаются на сайте shema.ru. Но ничего серьезного вам создать не удастся, пока вы не научитесь самостоятельно писать «верхние» программы, т. е. такие, с помощью которых персональный компьютер (ПК) «общается» с вашим устройством.

Каналом связи с ПК имеет смысл снабжать практически все конструкции — я уже отмечал, что огромная доля современной электроники модифицируется простой заменой микропрограммы («перешивкой»), это стало даже стандартным маркетинговым приемом. Но дело даже не в этом: возьмите довольно простые часы, которые мы разбирали в главе 14 . Не правда ли, они бы ничего не потеряли, если бы были снабжены дополнительной возможностью установки времени через ПК, а не только кнопочками? Нажал экранную кнопку «Установить», и время из компьютера переписалось в часы. Секундное дело — вместо того, чтобы вручную «ковыряться» с кнопками.

Беда в том, что для подобных вещей почти невозможно приспособить какую-то готовую программу. «Почти», потому что далее я предложу вам программу, с помощью которой можно работать со всеми устройствами, упоминающимися в этой книге. Однако, во-первых, мне пришлось эту программу написать самому — за вас. Во-вторых, будучи универсальной, она, как водится, для каждого конкретного случая неудобна (лучше всего эта программа подходит для отладки, с какой целью и создавалась). В-третьих, я ее создавал «под себя», и она не может охватить всех возможных вариантов, например, она не работает с девятибитовыми посылками с проверкой четности или с синхронными протоколами. Во всех этих случаях вам придется писать программу самому, причем, как правило, каждый раз заново.

Правда, в этом деле есть два смягчающих обстоятельства. Во-первых, создание таких программ заметно проще, чем написание офисных или веб-приложений. Вам не потребуется знание SQL, Java или Ajax — достаточно общего понимания того, как работает Windows. С другой стороны, вам и не удастся обойтись стандартными компонентами Delphi или Visual Basic — придется привлекать нестандартные компоненты или использовать функции Windows API, обращение с которыми может вызвать приступы «истерического бешенства» похуже, чем любая Java. Но в целом создание типовых приложений для обслуживания электронных приборов — все же сравнительно несложная и к тому же достаточно консервативная область искусства программирования.

Начнем с того, что разберем технические аспекты взаимодействия ПК с микроконтроллерными устройствами.

Я уже упоминал о том, что средой обмена данными между UART служит RS-232, где логика отрицательная (логическая единица есть низкий уровень напряжения, см. рис. 16.1), а сами уровни двуполярные, причем с большим допуском: низкий уровень представлен напряжением от -12 до -3 В, а высокий от +3 до +12 В. В этих пределах любая линия передачи по этому стандарту надежно работает.

Как мы говорили в главе 16 , приемник RS-232 дополнительно снабжают схемой, которая фиксирует уровень не один раз за период действия бита, а трижды, при этом за окончательный результат принимается уровень двух одинаковых из трех полученных состояний линии ( мажоритарная схема), таким образом удается избежать случайных помех. И хотя длина линии связи по стандарту не должна превышать 15 м, но на практике это могут быть много большие величины. Если скорость передачи не выбирать слишком высокой, то RS-232 может уверенно работать на расстояниях в десятки и даже сотни метров (автору этих строк удавалось без дополнительных ухищрений наладить обмен с компьютером на скорости 4800 но кабелю, правда, довольно толстому, длиной около полукилометра). В табл. 18.1 приведены ориентировочные эмпирические данные по длине неэкранированной линии связи для различных скоростей передачи.

Эти данные ни в коем случае не могут считаться официальными — слишком много влияющих факторов (уровень помех, толщина проводов, их взаимное расположение в кабеле, фактические уровни напряжения, выходное/входное сопротивление портов и т. п.). Для экранированного кабеля длину можно увеличить примерно в полтора-два раза.

Замечание

В правильно построенной экранированной линии экран не должен быть одним из токоведущих проводов, т. е. контакты GND соединяются отдельным проводом в кабеле, а экран либо соединяется с GND только на одной стороне — там, где имеется более качественное настоящее заземление, либо — в случае, если сигнальная «земля» GND является «плавающей» относительно «настоящей» земли — вообще только с заземлением.

При «несанкционированной» длине кабеля связи, особенно на больших скоростях передачи, следует применять меры по дополнительной проверке целостности данных: контроль четности, и/или программные способы (вычисление контрольных сумм и т. п.).

RS-232 также стандартизирует всем известные разъемы типа DB. Полный список всех контактов для двух стандартных разъемов типа DB (9- и 25-контактного) приведен в табл. 18.2. Нумерация контактов DB-разъема обычно приведена прямо на нем. Отметим, что 25-контактный разъем был создан первоначально в расчете на развитие стандарта, но позднее стало ясно, что развития не предвидится, и создали 9-контактный, которого достаточно для всех нужд, и в настоящее время практически только он и используется. Кабельная часть для RS-232 обычно представляет собой гнездовую часть разъема («маму»), а приборная — штыревую («папу»). Потому, к примеру, разъем LPT, который тоже есть 25-контактный DB, перепутать с СОМ-портом невозможно: для LPT на компьютере установлена гнездовая часть, а для СОМ-порта — штыревая.

Смысл дополнительных линий в том, что они могут применяться для организации различных синхронных протоколов обмена (протоколов с handshakes — «рукопожатием»). В «чистый» UART они не входят, в контроллере их организуют выводами обычных портов (но они входят в отдельные микросхемы UART для реализации полного протокола RS-232, а также в USART). Большинство устройств их не задействует. Однако любое устройство, использующее «рукопожатия», можно подключить к устройству, не имеющему этой функции (потеряв, конечно, возможности синхронизации), если соединить на каждой стороне между собой выводы RTS и CTS, а также выводы DSR, DCD и DTR.