Клод Галле - Как проектировать электронные схемы

Если все разряды имеют значение логической единицы (передается число FFH), сигнал останется в соответствующем состоянии на протяжении всей передачи. Чтобы исключить возможность сбоев, к передаваемому слову добавляют несколько служебных битов, отправляемых в начале и конце цикла передачи. Порядок передачи и считывания сигналов показан на рис. 2.43 в .

Первый бит, называемый Start , служит для фиксации момента начала передачи. Один или два последних бита называются Stop . Они обозначают конец цикла и дают приемнику время проанализировать полученное слово.

В некоторых случаях дополнительно отправляется бит подтверждения, который называется битом четности. Его состояние изменяется в зависимости от того, четным или нечетным является передаваемое число.

Длительность цикла передачи зависит от количества передаваемых битов и от времени передачи одного бита. Скорость передачи цифровой информации выражается в битах в секунду (бодах). Используемые значения скорости стандартизированы и, как правило, находятся в диапазоне от 300 до 38400 бит/с. Наиболее часто выбирается скорость передачи 9600 бит/с. При этом достигается удачный компромисс между требуемыми частотными характеристиками компонентов и качеством передачи. Параметры последовательного интерфейса описываются с помощью условной записи типа 9600, N, 8, 2. Это означает, что скорость передачи равна 9600 бит/с, бит четности отсутствует, слово данных содержит 8 бит, передается 2 бита Stop. Цикл передачи слова требует отправления 11 бит (1 бит Start, 8 бит данных и 2 бита Stop). При скорости 9600 бит/с каждый передаваемый бит занимает приблизительно 104 мкс. Таким образом, полный цикл передачи длится 11x104 мкс, то есть 1,14 мс. Это время может показаться коротким, но оно во много раз превышает длительность параллельной передачи информации эквивалентного объема. Оправка файла объемом 4800 байт (60 печатных строк, каждая из которых содержит по 80 знаков) занимает 5,5 с.

Второй проблемой является выбор уровней передаваемых сигналов с учетом возможных помех и потерь в линии. Для линий небольшой длины можно использовать традиционное напряжение 5 В.

При передаче на значительные расстояния (приблизительно 25 метров и больше) используют два противофазных напряжения по 12 В. Низкий уровень сигнала или состояние логического нуля соответствует напряжению -12 В, а состояние логической единицы — напряжению + 12 В.

Рассмотренное сочетание протокола передачи и уровней сигнала (-12 В/+12 В) отвечает требованиям общепринятого стандарта информационных технологий RS232. Этот стандарт определяет и размещение выводов соединительных элементов типа DB9 и DB25 (см. также раздел « Использование стандартных соединительных элементов »).

Наконец, следует отметить возможность выполнения двустороннего соединения устройств при использовании дополнительной линии передачи (в сумме для такого соединения потребуется три провода).

Согласование ТТЛ схемы с сигналом стандарта RS232

Как было сказано в предыдущем разделе, стандарт RS232 предполагает использование двух источников напряжения: -12 В и +12 В.

Однако для работы многих процессоров и периферийных устройств такое напряжение питания не требуется. В большинстве случаев допустимым можно считать диапазон напряжений от -12/+12 до -3/+3 В. При этом крайне редко возникает необходимость в отрицательном напряжении питания для цифровых схем.

Наибольшее число классических устройств питается от источников положительного напряжения 5 В. Проблема согласования уровней сигналов возникает каждый раз при использовании последовательного интерфейса. Для решения задачи выработано несколько подходов, требующих применения схем различного уровня сложности и стоимости. Чаще всего используется специализированная микросхема типа МАХ232 или один из ее аналогов, содержащих в обозначении цифры 232. Эта схема согласует уровни сигналов, передаваемых в двух направлениях по двум различным каналам. При ее использовании требуется подключение четырех внешних конденсаторов.

Простая схема для согласования ТТЛ устройств (с уровнями сигналов 0/5 В) со стандартом RS232 показана на рис. 2.44. Она содержит оптопару с двумя присоединенными к ней резисторами и обеспечивает полную гальваническую развязку между входом и выходом. Оптопара выполняет роль управляемого выключателя, который при зажигании светодиода входным сигналом соединяет последовательный вход интерфейса с источником напряжения 12 В, подключенным к одному из неиспользованных контактов разъема DB9 или DB25.

Согласование сигнала стандарта RS232 с ТТЛ схемой

Обсудив в предыдущем разделе преобразование сигнала ТТЛ устройств к уровню -12/+12 В, перейдем к рассмотрению обратной операции. В данном случае задача также может выполнятся специализированной микросхемой, к которой добавлено небольшое число внешних компонентов. Более простая схема, содержащая транзистор и два резистора, приведена на рис. 2.45.

Информация, снимаемая со стандартного соединительного элемента, подводится к транзистору n-р-n типа, включенному по схеме с общим коллектором. В состоянии логического нуля, когда линия имеет отрицательное напряжение, транзистор закрыт, а напряжение на эмиттере близко к нулю. При передаче по линии сигнала логической единицы транзистор насыщается и соединяет выход с источником питания, имеющим напряжение 5 В. В случае необходимости выходной сигнал согласующего устройства может быть подан на инвертор.

Генерирование импульса, совместимого со стандартом RS232

Нередко возникает необходимость передать условное сообщение от электронной схемы к микропроцессору. Примеры таких ситуаций: определение временного интервала, разделяющего два события, выполнение счета на заданном промежутке времени. Зачастую проще и быстрее написать небольшую программу (например, на языке Basic), которая обеспечивает получение входных данных, более или менее сложные вычисления и хранение результатов в специальном файле, чем построить электронную схему для выполнения тех же задач. Рассмотренное ниже устройство состоит из простых компонентов и позволяет имитировать двоичное слово, совместимое по длительности со стандартом RS232.

По условию задачи на последовательный порт микрокомпьютера требуется отправить импульс, задаваемый с невысокой точностью, причем длительность этого импульса лежит в нужном интервале. Микропроцессор должен находиться в состоянии ожидания слова произвольного значения, поступление которого служит сигналом для запуска процесса измерений, вычислений или счета. Хронология передачи должна быть совместима со стандартом RS232. Например, при скорости передачи 9600 бод сигнал одного бита длится около 100 мкс. В этом случае любой импульс длительностью от 100 мкс до 9x100 мкс будет интерпретироваться как передача байта диапазона 00Н- FFH.