Шпаргалка по "Информационно измерительные системы"

12. Интерфейс IRDA

IRDA Инфракрасный протокол связи — IrDA

протокол IrDA (Infra red Data Assotiation) позволяет соединяться  с периферийным оборудованием без кабеля при помощи ИК-излучения с длиной волны 880nm. Порт IrDA позволяет устанавливать связь на коротком расстоянии до 1 метра в режиме точка-точка. IrDA намерено не пытался создавать локальную сеть на основе ИК-излучения, поскольку сетевые интерфейсы очень сложны и требуют большой мощности, а в цели IrDA входили низкое потребление и экономичность. Интерфейс IrDA использует узкий ИК-диапазон (850–900 nm с 880nm "пиком") с малой мощностью потребления, что позволяет создать недорогую аппаратуру и не требует сертификации FCC (Федеральной Комиссии по Связи).

Устройство  инфракрасного интерфейса подразделяется на два основных блока: преобразователь (модули приемника-детектора и диода  с управляющей электроникой) и  кодер-декодер. Блоки обмениваются данными по электрическому интерфейсу, в котором в том же виде транслируются через оптическое соединение, за исключением того, что здесь они пакуются в кадры простого формата – данные передаются 10bit символами, с 8bit данных, одним старт-битом в начале и одним стоп-битом в конце данных.

Сам порт IrDA основан на архитектуре коммуникационного  СОМ-порта ПК, который использует универсальный асинхронный приемо-передатчик UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) и работает со скоростью передачи данных 2400–115200 bps.Связь в IrDA полудуплексная, т.к. передаваемый ИК-луч неизбежно засвечивает соседний PIN-диодный усилитель приемника. Воздушный промежуток между устройствами позволяет принять ИК-энергию только от одного источника в данный момент. 

13. Интерфейс USB

Возможность использования только двух скоростей  обмена данными ограничивает применяемость  шины, но существенно уменьшает количество линий интерфейса и упрощает аппаратную реализацию. Питание непосредственно  от USB возможно только для устройств с малым потреблением, таких как клавиатуры, мыши, джойстики и т.п.Сигналы USB передаются по 4-х проводному кабелю. USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры PC, ориентированным на интеграцию с телефонией и устройствами бытовой электроники. Версия 1.0 была опубликована в начале 1996 года, большинство устройств поддерживает версию 1.1, которая вышла осенью 1998 года, — в ней были устранены обнаруженные проблемы первой редакции. Весной 2000 года опубликована спецификация USB 2.0, в которой предусмотрено 40-кратное повышение пропускной способности шины. Первоначально (в версиях 1.0 и 1.1) шина обеспечивала две скорости передачи информации: полная скорость FS (Full Speed) — 12 Мбит/с и низкая скорость LS (Low Speed) — 1,5 Мбит/с. В версии 2.0 определена еще и высокая скорость HS (High Speed) — 480 Мбит/с, которая позволяет существенно расширить круг устройств, подключаемых к шине. В одной и той же системе могут присутствовать и одновременно работать устройства со всеми тремя скоростями. Шина с использованием промежуточных хабов позволяет соединять устройства, удаленные от компьютера на расстояние до 25 м.

Применение  шины USB  Благодаря своей универсальности и способности эффективно передавать разнород ный трафик, шина USB применяется для подключения к PC самых разнообразных устройств. Она призвана заменить традиционные порты PC — СОМ и LPT, а так же порты игрового адаптера и интерфейса MIDI. Спецификация USB 2.0 позво ляет говорить и о подключении традиционных «клиентов» шин АТА и SCSI, а так же захвате части ниши применения шины FireWire. Привлекательность USB придает возможность подключения/отключения устройств на ходу и возможность их использования практически сразу, без перезагрузки ОС. Удобна и возможность подключения большого количества (до 127) устройств к одной шине, правда, при наличии хабов. Хост-контроллер интегрирован в большинство современных системных плат.

Преобразователи интерфейсов позволяют через  порт USB, имеющийся теперь практически на всех компьютерах, подключать устройства с самыми разнообраз ными интерфейсами: Centronics и IEEE 1284 (LPT-порты), RS-232C (эмуляция UART 16550A — основы СОМ-портов) и другие последовательные интерфей сы (RS-422, RS-485, V.35...), эмуляторы портов клавиатуры и даже Game-порта, переходники на шину AT A, ISA, PC Card и любые другие, для которых достаточ но производительности. Здесь USB становится палочкой-выручалочкой, когда встает проблема 2-го (3-го) LPT- или СОМ-порта в блокнотном ПК и в дру гих ситуациях. При этом ПО преобразователя может обеспечить эмуляцию классического варианта «железа» стандартных портов IBM PC, но только под управлением ОС защищенного режима. Приложение MS-DOS может обращать ся к устройствам по адресам ввода-вывода, памяти, прерываниями, каналами DMA, но только из сеанса MS-DOS, открытого в ОС с поддержкой USB (чаще это Windows). При загрузке «голой» MS-DOS «палочка-выручалочка» не ра ботает. Преобразователи интерфейсов позволяют продлить жизнь устройствам с традиционными интерфейсами, изживаемыми из PC спецификациями РС'99 и РС'2001. Скорость передачи данных через конвертер USB — LPT может оказаться даже выше, чем у реального LPT-порта, работающего в режиме SPP. 

14. Интерфейс RS232

Последовательный  интерфейс – COM-порт

Интерфейс RS-232C предназначен для подключения  к компьютеру стандартных внешних  устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для связи  компьютеров между собой. Основными  преимуществами использования RS-232C по сравнению с Centronics являются возможность передачи на значительно большие расстояния и гораздо более простой соединительный кабель. В то же время работать с ним несколько сложнее. Данные в RS-232C передаются в последовательном коде побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в другую сторону (дуплексный режим).

Компьютер имеет 25-контактный (DB25P) или 9-контактный (DB9P) разъем для подключения RS-232C. Назначение контактов разъема приведено  в таблице.

Все сигналы RS-232C передаются специально выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи (рис.1.3.). Отметим, что данные передаются в инверсном коде (лоической единице соответствует низкий уровень, логическому нулю - высокий уровень).

Универсальный внешний последовательный интерфейс — СОМ-порт (Communications Port — коммуникационный порт) присутствует в PC начиная с первых моделей. Этот порт обеспечивает асинхронный обмен по стандарту RS-232C. СОМ-порты реализуются на микросхемах универсальных асинхронных приемопередатчиков (UART), совместимых с семейством 18250/16450/16550. Они занимают в пространстве ввода-вывода по 8 смежных 8-битных регистров и могут располагаться по стандартным базовым адресам 3F8h (COM1), 2F8h (COM2), 3E8h (COM3), 2E8h (COM4).

Порты могут вырабатывать аппаратные прерывания IRQ4 (обычно используются для СОМ1 и COM3) и IRQ3 (для COM2 и COM4). С внешней стороны порты имеют линии последовательных данных передачи и приема, а также набор сигналов управления и состояния, соответствующий стандарту RS-232C. СОМ-порты имеют внешние разъемы-вилки (male — «папа») DB25P или DB9P.

Характерной особенностью интерфейса является применение «не ТТЛ» сигналов — все внешние  сигналы порта двуполярные. Гальваническая развязка отсутствует — схемная земля подключаемого устройства соединяется со схемной землей компьютера. Скорость передачи данных может достигать 115 200 бит/с.

Компьютер может иметь до четырех последовательных портов СОМ 1-COM4 (для машин класса AT типично наличие двух портов) с поддержкой на уровне BIOS. Сервис BIOS Int 14h обеспечивает инициализацию порта, ввод и вывод символа (не используя прерываний) и опрос состояния. Через Int 14h скорость передачи программируется в диапазоне 110-9600 бит/с (меньше, чем реальные возможности порта). Для повышения производительности широко используется взаимодействие программ с портом на уровне регистров, для чего требуется совместимость аппаратных средств СОМ-порта с программной моделью i8250/16450/16550.

Стандарт RS-232C описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, элек трический интерфейс и типы разъемов. В стандарте предусмотрены асинхронный и синхронный режимы обмена, но СОМ-порты поддерживают только асинхронный режим. Функционально RS-232C эквивалентен стандарту МККТТ V.24/ V.28 и стыку С2, но они имеют различные названия сигналов.

Стандарт RS-232C описывает несимметричные передатчики  и приемники — сигнал передается относительно общего провода — схемной земли (симметричные дифференциальные сигналы используются в других интерфейсах — например, RS-422). Интерфейс не обеспечивает гальванической развязки устройств. Логической единице соответствует напряжение на входе приемника в диапазоне от -12 до -3 В. Для линий управляющих сигналов это состояние называется ON («включено»), для линий последовательных данных — MARK. Логическому нулю соответствует диапазон от +3 до +12 В. Для линий управляющих сигналов состояние называется О («выключено»), а для линий последовательных данных — SPACE. Диапазон от -3 до +3 В — зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии будет считаться измененным только после пересечения порога. Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазонах от -12 до -5 В и от +5 до +12 В для представления единицы и нуля соответственно. Разность потенциалов между схемными землями (SG) соединя емых устройств должна быть менее 2 В, при более высокой разности потенциалов возможно неверное восприятие сигналов.

Интерфейс предполагает наличие защитного  заземления для соединяемых устройств, если они оба питаются от сети переменного тока и имеют сетевые фильтры. 
 

15. Интерфейс LPT интерфейс LPT также часто называют параллельным (имеется ввиду параллельный порт). Из его названия следует, что обмн данными происходит в этом интерфейсе параллельно Это означает, что биты передаются не один за другим, как это делается в последовательных интерфейсах, а несколько бит передаются одновременно (паралельно), или, точнее, рядом, друг возле друга. То число бит, которое может быть передано за один такт, определяет разрядность интерфейса. Интерфейс LPT является 8-разрядным. Существует также множество других паралельных интерфейсов (например, SCSI, PCI и др.), поэтому название "параллельный" здесь не совсем корректно и оно вовсе не означает, что LPT "параллельнее" остальных - просто исторически сложилось такое название, и нет особых причин его менять. Стандартный параллельный порт, которым обладали самые первые персональные компьютеры, им оснащенные, был предназначен только для односторонней передачи данных от PC к принтеру. Он обеспечивает пропускную способность от 120 до 200 Kb/s. Как уже было сказано, он устарел. Сегодня параллельный порт есть в каждом компьютере. Первоначально он предназначался исключительно для подключения принтера (LPT означает Line PrinTer), но впоследствии стали появляться и другие устройства: сканеры, мобильные дисководы, цифровые фотоаппараты, так что сейчас работа параллельного интерфейса не ограничивается только принтером, хотя в большинстве случаев это именно так и есть. LPT также часто называют Centronics в честь соответствующей фирмы, ставшей основным разработчиком параллельного порта. Соответственно и кабель для подключения принтера к РС тоже называется Centronics. Но это тоже не совсем правильно, так как разъем, непосредственно подключаемый к компьютеру, представленный в виде 25-контактной вилки (рисунок, верхняя часть), называют Amphenolstakcer, а собственно разъем Centronics находится на другом конце кабеля, идущего к устройству (нижняя часть рисунка), он тоже представлен в виде вилки, но имеет 36 контактов.

Передача  данных по кабелю может вестись только в одном направении. Но некоторые  устройства (современные принтеры, дисководы ZIP и т. д.) позволяют осуществлять и обратную связь. Для это го нужен  другой кабель, называемый Bitronics. Внешне он (и его разъемы) ничем не отличается от кабеля Centronics, но там нужен еще и улучшенный параллельный порт (EPP/ECP), о котором речь пойдет дальше. Назначение контактов кабеля Centronics вы можете посмотреть в таблице. 

Порт  параллельного интерфейса был введен в РС для подключения принтера – отсюда и пошло название LPT – порт (Line PrinTer – построчный принтер). Традиционный, он же стандартный LPT-порт (так называемый SPP-порт) ориентирован на вывод данных, хотя с некоторыми ограничениями позволяет вводить данные.

С внешней  стороны порт имеет 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов, выведенные на разъем-розетку DB-25S. В LPT-порте используются логические уровни ТТЛ, что ограничивает допустимую длину кабеля из-за невысокой помехозащищенности ТТЛ-интерфейса. Гальваническая развязка отсутствует – схемная земля подключаемого устройства соединяется со схемной землей компьютера. Из-за этого порт является уязвимым местом компьютера, страдающим при нарушении правил подключения и заземления устройств.