Интерфейсные микросхемы


Интерфейсные микросхемы
В персональных компьютерах можно встретить операционные усилители и другие простые микросхемы с небольшим числом регистров или сложные схемы на отдельных печатных платах. Независимо от сложности устройства оно подключается к процессору и его шинам.
Обычно ввод-вывод осуществляется в последовательном или параллельном формате. Для последовательной передачи данных через порт применяются такие микросхемы, как универсальный асинхронный приемопередатчик УАПП (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter — UART) или асинхронный связной интерфейсный адаптер АСИА (Asynchronous Communication Interface Adapter — ACIA). Рассмотрим функционирование этих микросхем, так как это помогает в работе с логическом пробником и делает результаты более осмысленными.
Микросхема UART. По существу, UART — это регистр сдвига, который преобразует параллельные выводимые байты в последовательную форму, а вводимые последовательные байты — в параллельную. Микросхема
UART предназначена для асинхронной связи, а для более быстрой синхронной связи выпускается микросхема универсального синхронного приемопередатчика УСПП (Universal Synchronous Receiver/Transmitter — USRT).
Типичная микросхема UART состоит из трех секций: приемника, передатчика и управления (рис. 20.9). В приемник подаются входные сигналы (последовательно) от периферийного устройства и сигнал синхронизации. Приемник преобразует последовательный сигнал в параллельный и синхронизирует его с процессором. После этого параллельный сигнал помещается на шину данных. Он готов для восприятия процессором.
В передатчик поступает параллельный сигнал с шины данных процессора. Он преобразует параллельные данные в последовательные и выводит сигнал в порт для периферийного устройства. Контроллер воспринимает управляющую информацию от процессора и обеспечивает правильную работу микросхемы. Кроме того, он передает в устройство сигналы управления и информацию о состоянии.
Микросхема UART обрабатывает стартовый, стоповый биты и бит паритета, обеспечивая асинхронную связь. При передаче от компьютера в периферийное устройство UART, наряду с битами данных, формирует стартовый и стоповые биты, а также бит паритета. При приеме символов от периферийного устройства UART удаляет стартовый и стоповые биты и контролирует паритет. В основном микросхема UART применяется с модемами и иногда с последовательными принтерами.
 

Микросхема ACIA. Эта микросхема, разводка контактов которой показана на рис. 20.10, очень похожа на микросхему UART. Она имеет свои адреса в карте памяти и воспринимает четыре сигнала адреса, три сигнала выбора кристалла (CSO, CS1 и *CS2) и один сигнал выбора регистра. В микросхеме ACIA есть две пары регистров, и сигнал выбора регистра выбирает одну из двух регистровых пар. На вход разрешения Е (Enable) подается сигнал синхронизации Фаза-2. Он синхронизирует прием и выдачу данных из регистров микросхемы ACIA.

Сигнал выбора регистра RS на контакте 11 выбирает либо регистры приемника и передатчика (высокий уровень), либо регистры управления и состояния (рис. 20.11). Четыре комбинации уровней на входах RS и R/*W (контакт 13) выбирают один из четырех регистров ACIA для считывания или записи.
Передачи данных между процессором и ACIA осуществляются по линиям D7 — DO шины данных (контакты 15 — 22). На каждой линии данных в ACIA имеются тристабильные схемы. Они остаются в высокоимпедансном состоянии всегда, пока нет операций обмена данными между процессором и регистрами ACIA.
Рассмотренные сигналы ACIA действуют внутри компьютера. С помощью других сигналов микросхема ACIA подключается к периферийному устройству, обычно модему. По линии ТХ данные от ACIA передаются в модем, а по линии RX микросхема ACIA принимает данные от модема (рис. 20.12).
Перед передачей данных ACIA добавляет стартовый бит, а затем вводит стоповые биты и бит паритета из битов 2, 3 и 4 регистра управления. Благодаря этой информации модем может передать данные по телефонной линии.
Когда микросхема ACIA принимает данные от модема, она удаляет стартовый и стоповые биты, а также бит паритета из слова символа и использует бит паритета для контроля числа единиц в данных. После этого она преобразует последовательные данные в параллельные и выводит их на шину данных.
Для синхронизации операций приема и передачи имеются сигналы внешней синхронизации CTS, RTS и DCD (обнаружение несущей данных). Они действуют так же, как в микросхеме UART.

Четыре регистра микросхемы ACIA подразделяются на два только считываемых регистра и два только записываемых регистра. Процессор не может записать в только считываемый регистр и считать из только записываемого регистра. Следовательно, проверить эти регистры затруднительно, так как нельзя записать тест-набор в регистры, а затем считать из них для проверки правильности операции.
К только считываемым регистрам относятся регистр состояния SR и регистр принятых данных RDR, а к только записываемым — регистр передаваемых данных TDR и регистр управления CR.
В восьмибитовом регистре состояния SR фиксируется состояние во время работы микросхемы ACIA. Для проверки состояния процессор может считать этот регистр в любой момент времени. В тесте содержимого регистра SR необходимо выбрать микросхему и подать низкий уровень на вход выбора регистра RS и высокий уровень на вход R/*W.
Восьмибитовый регистр RDR хранит данные, которые переданы из модема в микросхему ACIA, для использования процессором. Процессор извещается о наличии данных в регистре RDR единицей бита RDRF в регистре SR. После этого процессор может считать данные, выбирая кристалл и устанавливая высокий уровень на входах RS и R/*W*

Только записываемый восьмибитовый регистр TDR хранит данные, которые из микросхемы ACIA передаются в модем. Данные преобразуются из параллельной формы в последовательную. Данные записываются в регистр TDR, когда процессор выбирает микросхему и устанавливает высокий уровень на входе RS и низкий — на входе RAW. В этой операции бит TDRE в регистре SR сбрасывается в единицу. После этого данные передаются и по окончании передачи бит TDRE устанавливается в единицу.
Регистр управления CR управляет передачей и приемом последовательных данных. Процессор только записывает в этот регистр и не может считать его содержимое. Чтобы записать в регистр, процессор должен выбрать микросхему и установить низкие уровни на входах RS и R /*W. В регистре CR есть биты для управления работой передатчика и коэффициентами деления в передатчике и приемнике. Регистр CR позволяет задать длину слова, число стоповых битов и тип паритета (четный или нечетный).

 

 Поиск и устранение неисправностей в персональных компьютерах