Как проектировать электронные схемы - [22]

Наибольшее быстродействие обеспечивает параллельное соединение, по которому одновременно передаются все разряды двоичного слова (рис. 2.43а). Такой тип интерфейса соединяет компьютер с принтером. Его недостатком является значительное число проводов (для стандартного разъема «Centronics» их количество равно 36), а также ограничение длины кабеля из-за риска возникновения помех, весьма опасных при низком уровне используемого напряжения (5 В).

От подобных трудностей свободен последовательный интерфейс, в простейшем варианте для его осуществления достаточно двух проводов (рис. 2.43б). Один провод обычно заземлен, другой служит для передачи информации.

Принцип работы интерфейса заключается в последовательной отправке восьмибитного слова в соответствии с определенным протоколом, например в порядке возрастания веса разрядов (от бита 0 к биту 7). Подобный тип передачи данных требует точной синхронизации работы передатчика и приемника, каждый из которых должен иметь стабильный тактовый генератор с кварцевым резонатором.

Поскольку сигнал передачи данных может принимать только два состояния, необходимо точно определить моменты отправки и считывания разрядов. Если два соседних бита находятся в одинаковом состоянии, сигнал в линии сохраняется до следующего изменения.

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. 2.43в.

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.