Интерфейс UART

Асинхронный последовательный интерфейс UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter – универсальный асинхронный приемопередатчик) обеспечивает полудуплексный режим обмена по трем линиям. В обмене всегда участвуют только два устройства, одно из которых является передатчиком, второе – приемником.

В режиме асинхронной передачи каждое слово данных передается автономно и передача может быть начата в любой момент времени. Стандартный формат асинхронной передачи:

Передача начинается со стартового (нулевого) бита. Затем передается от 5 до 8 бит данных.

Подразумевается, что приемник и передатчик работают на одной скорости. Внутренний генератор синхронизации запускается при обнаружении стартового бита.

В простейшем случае асинхронный приемопередатчик имеет две сигнальные линии:

TxD (Transmit Data)-выход,

RxD (Receive Data)-вход.

При этом два устройства-приемопередатчика должны быть соединены между собой тремя линиями, или мак называемым нуль-модемным кабелем:

Интерфейс SPI.

Последовательный интерфейс SPI(Serial Peripheral Interface) обеспечивает полный дуплексный обмен данными между двумя контроллерами. При этом один контроллер считаемся ведущим (master), второй – ведомым (slave). Ведущий контроллер является источником сигнала синхронизации (SCK).

Ведущий и ведомый контроллеры связаны тремя сигнальными линиями:

MISO (Master In Slave Out) – вход ведущего – выход ведомого.

MOSI (Master Out Slave In) – выход ведущего – вход ведомого.

SCK (Serial Clock) – синхронизация.

Контакт #SS (Slave Select) – предназначен для выбора ведомого контроллера. Контроллер является ведомым если #SS=0.

Регистры сдвига (Shift Register) ведущего и ведомого контроллеров по линиям MOSI и MOSO соединяются в кольцо. Запись в регистр данных ведущего контроллера запускает генератор синхронизации (SPI clock generator) и данные сдвигаются в регистрах сдвига соединенных в кольцо ведущего и ведомого контроллеров.

Интерфейс I2C.

2-проводной последовательный интерфейс (2-Wire Serial Interface) или I2C (Inter-Integrated Circuit) поддерживает двунаправленную последовательную связь нескольких устройств в полудуплексном режиме. В системе все устройства, участвующие в обмене, связываются двумя сигнальными линиями:

SDA (Serial Data) – данные.

SCA (Serial Clock) – синхронизация.

Типичная 2-х проводная последовательная конфигурация шины:

Каждое из устройств может выступать в роли передатчика или приемника. Синхронизацию обмена обеспечивает передатчик. Двунаправленную линию данных, выполненную по схеме «открытый коллектор» используют передатчик и приемник поочередно.

Начало любой операции (Start) инициализируется переводом сигнала SDA из высокого уровня в низкий при высоком уровне SCL. Завершается обмен переводом сигнала SDA из низкого уровня в высокий при высоком уровне SCL (Stop).

При передаче данных состояние линии SDA может изменяться только при низком уровне SCL. Биты данных стробируются положительным фронтом SCL.

Каждая посылка, формируемая передатчиком, состоит из байта данных. Посылка начинается со старшего бита. После чего передатчик на один такт освобождает линию, а приемник формирует нулевой сигнал подтверждения Ack (Acknowledge).

Каждое ведомое устройство имеет свой 7-битный адрес. Семь бит адреса передаются ведущим устройством в битах [7-1] первого байта.

25. 16-бит т/с1 мик-ра доступен проц-му ядру для чтения и записи, он может считать импульсы синхронизации CK импульсы с выхода предделителя или импульсы с внешнего вывода Т1.

Шесть 16 бит рег-в обеспечивают режимы вх-го захвата, вых-го сравнения и ШИМ.

16-бит т/с1 считает импульсы со входа Т1 или тактовые импульсы СК.

Переключением входа управляют биты CS10....CS12.

При переполнении - флаг запроса на прерыв-е TOV1.

регистры упр т/с1 TCCR1A и TCCR1B ;

регистры данных TCNT1H и TCNT1L;

регистры выходного сравнения OCR1AH и OCR1AL ;

регистры выходного сравнения OCR1BH и OCR1BL ;

регистры входного захвата - ICR1H и ICR1L ;

регистр флагов прерывания TIFR;

регистр маски прерывания TIMSK ;

регистр состояния микроконтроллера SREG .

Регистр масок прерываний TIMSK уст-ся разрешения/запрещения прерываний т/с1:

Бит 5 -TICIE1 бит разрешения прерывания при срабатывании входа захвата.

Бит 4 - OCIE1A бит разрешения прерывания при равенстве содержимого счетчика и содержимого регистра сравнения OCR1 А.

Бит 3 - OCIE1B бит разрешения прерывания при равенстве содержимого счетчика и содержимого регистра сравнения OCR1B.

Бит 2 - TOIE1 бит разрешения прерывания при переполнении таймера/счетчика 1.

Регистр флагов прерываний T1FR фиксируются события, являющиеся источниками прерываний:

Бит 5 - ICF1 флаг прерывания при возникновении захвата.

Бит 4 - OCF1A флаг прерывания при равенстве содержимого счетчика и содержимого регистра сравнения OCR1A.

Бит 3 - OCF1B флаг прерывания при равенстве содержимого счетчика и содержимого регистра сравнения OCR1B.

Бит 2 - TOV1 флаг прерывания при переполнении таймера/счетчика 1.

В регистре управления TCCR1B находятся биты для переключения входа счетчика/таймера 1.

Упр-е входом т/с1. Рег-ы данных TCNT1H и TCNT1L содержат зн-е т/с 1.Если проц-е ядро производит запись в TCNT1H, то данные размещаются в регистре TEMP. Затем, когда процессорное ядро производит запись вTCNT1L данные младшего байта объед-я с байтом данных регистра TEMP и все 16 битов одновременно переписываются в регистр таймера/счетчика TCNT1.Если CPU считывает TCNT1L, то содержимое TCNT1L направляются непосредственно в процессорное ядро, а содержимое TCNT1Н размещается в регистре TEMP. При считывании TCNT1H его содержимое будет изъято из регистра TEMP.

ВХОД ЗАХВАТА. Ф-я захвата заключается в копировании содержимого т/с1 в регистр входа захвата ICR1.

Регистры входа захвата ICR1H и ICR1L образуют 16-битный регистр ICR1, доступный только для чтения.

При нарастающем или падающем фронте сигнала ICP (опр уст-ой бита ICES1) состояние т/с 1 пересылается в регистр входа захвата ICR1. Одновременно устанавливается в состояние 1 флаг захвата входа ICF1 в регистре флагов прерывания TIFR

Для упр-я входом захвата используются биты TCCR1B :

Бит 7 - ICNC1 установка режима подавления шума на входе захвата 1. При установленном в 1 бите ICNC1 импульс, поступивший на вход захвата IC1 подвергается серьезной проверке - состояние входа IC1 опр-ся 4 раза.

Бит 6 - ICES1 выбор фронта срабатывания на входе захвата 1. При сброшенном в состояние 0 бите ICES1 содержимое т/с 1 пересылается в регистр захвата входа ICR1 по падающему фронту на входе.

ВЫХОДЫ СРАВНЕНИЯ. Т/с1 поддерживает два выхода сравнения, OCR1А и OCR1B в качестве источников данных, сравниваемых с содержимым таймера/счетчика 1.

Регистры выходов сравнения OCR1AH и OCR1AL , OCR1BH и OCR1BL образуют два 16-разрядных регистра OCR1A и OCR1B. OCR1A и OCR1B 16-битные то для обеспечения одновременного занесения старшего и младшего байтов данных в регистры OCR1A/B используется регистр временного хранения TEMP.

Регистр управления TCCR1A: Биты 7,6 - СОМ1А1, СОМ1А0 биты задания режима выхода А Биты 5,4 - СОМ1В1, СОМ1В0 биты задания режима выхода В. При изм битов СОМ1Х1/СОМ1Х0 прерывания должны быть запрешены.

Регистр TCCR1B: Бит 3 - СТС1 очистка таймера/счетчика 1 no совпадению. ШИМ.Т/с 1 может быть использован в качестве 8, 9 или 10-разрядного ШИМ. Работой PWM управляют отдельные биты регистра управления TCCR1A:

Биты 1,0 - PWM11, PWM 10 биты выбора режима широтно-импульсной модуляции. Данные биты определяют установку режима ШИМ.

Таймер/счетчик1 в этом случае работает как реверсивный счетчик, считающий от $0000 до значения ТОР, при котором направление счета меняется и отсчет ведется до нуля, после чего цикл повторяется.

ТОР значения таймера и частота ШИМ

В ШИМ режиме флаг переполнения таймера 1 (TOV1) устанавливается при смене направления счета по достижении значения $0. Прерывание по переполнению таймера/счетчика 1 работает так же как и в обычном режиме таймера/счетчика, т.е. оно выполняется когда флаг TOV1 в регистре T1FR установлен, установлен бит I в регистре SREG и разрешены прерывания по переполнению таймера 1.

27.Шина современного персонального компьютера.

Шина – общий канал связи, используемый в компьютере. Применяется она для организации взаимодействия между двумя или более компонентами системы.

Шина процессора.

Это высокоскоростная шина является ядром набора микросхем системной платы. Используется в основном процессором для передачи данных между кэш-памятью или основной памятью и компонентом North Bridge набора микросхем. В системах на базе процессора Pentium 2 эта шина работает на частоте 66 или 100МГц и имеет ширину 64 разряда. В системах на базе процессора Pentium 4 – 800МГц.

Шина AGP.

Эта 32 разрядная шина работает на частоте 66МГц и предназначена для подключения видеоадаптера. Она подключается к компоненту North Bridge набора микросхем системной логики.

Шина PCI.

Эта 32 разрядная шина работает на частоте 33,3; 66,6; 133,3 МГц. Используется, начиная с систем на базе процессора 486. Находится под управлением контроллера PCI – части компонента North Bridge набора микросхем. На системной плате устанавливаются разъёмы, 4 и более, в которые можно подключать SCSI, сетевые и видеоадаптеры, а также другое оборудование. К шине PCI подключается компонент South Bridge набора микросхем, который содержит реализацию интерфейса IDE и USB.

Шина ISA.

Эта 16 разрядная шина работает на частоте 8МГц; впервые стала использоваться в 1984г. Реализуется с помощью компонента South Bridge.

Шина памяти.

Предназначена для обмена информацией между процессором и основной памятью. Эта шина связана с помощью основного компонента North Bridge набора микросхем системной логики. Заметим, что разрядность шины памяти равна разрядности шины процессора. Разрядность шины определяет размер банка памяти.

* - В настоящее время эти шины не используются.

Сегодняшние многогигагерцевые микросхемы нуждаются в постоянном потоке данных, а устаревающие шины стандартов PCI и AGP могут оказаться недостаточно быстрыми для перемещения данных между компонентами. Именно поэтому компания Intel разработала спецификацию на шину ввода-вывода третьего поколения под кодовым названием Arapahoe, скорость передачи данных по которой может в десять раз превосходить соответствующий показатель нынешнего «короля скорости» — шины PCI-X. Последняя выполняет параллельную передачу данных по 64 линиям, достигая максимальной скорости 1 Гбайт/с. Шина Arapahoe использует от 1 до 32 каналов, причем каждый из них состоит из пары проводников и достигает производительности более 200 Мбайт/с, перенося данные между ЦП и платами расширения или интегрированными компонентами. Arapahoe также может устанавливать приоритеты при обработке данных таким образом, что потоки информации в реальном времени будут обрабатываться быстрее. (Основное назначение этой шины все-таки обеспечение связи между южным и северным мостами набора микросхем.) Появление- начало 2004 г.

Рис.1. Архитектура системы на базе процессора Pentium 3.

Поскольку шина процессора должна обмениваться информацией с процессором с максимально высокой скоростью, в компьютерах она функционирует намного быстрее любой другой шины. Сигнальные линии (линии электрической связи), представляющие шину, предназначены для передачи данных, адресов и сигналов управления между отдельными компонентами компьютера. Например, в компьютерах с процессором Pentium шина процессора состоит из 64 линий данных, 32 линий адреса и соответствующих линиях управления. Компьютеры с процессорами Pentium 2 и Pentium Pro имеют по 36 линий адреса. В большинстве современных компьютерах соотношение частот процессора и шины соответствует одному из коэффициентов: 1,5x, 2x …

28.

Терминал – объединенный в одном корпусе монитор и клавиатура, при этом м\п может находиться далеко.

Клавиатура – используется для ввода команд м\п.

Внутри клавы находится микроконтроллер. При нажатии клавиши – прерывание. При отпускании – еще одно.

Мониторы.

ЭЛТ и ЖК, на светодиодных матрицах, на газоразрядных индикационных паневях.

ЭЛТ.

ЖК.

Молекулы кристалла в одну сплошную линию. Если подать поляризующее напряжение – молекулы выстроятся в четкую цепь. Оптические свойства зависят только от освещенности.

Мышь.

Механическая, оптико-механическая, оптическая.

Механическая – на 2-х колесиках.

Оптико-механическая – шарик вращает шестеренки, зубцы которых перекрывают сигнал оптопары.

Мышь передает 3 байта информации:

1б – движение по горизонтали.

2б – движение по вертикали.

3б – нажатие клавиш.

Принтер.

Принтер - это аппарат для распечатки текстов и графики.

Матричные, струйные, лазерные.

Матричные работают по принципу печатной машинки, то есть оставляют на бумаге оттиск от иголочки, на которую нанесена краска.

Струйные - на бумагу из специальных сопел выстреливается струйка краски.

Лазерные - внутри расположен барабан, на котором создается отпечатываемая картинка (сначала он намагничивается определенным образом, потом к разным его областям "прилипает" краска требуемых цветов), после этого прокатывается лист бумаги, вследствие чего и получается рисунок.