Огляд послідовної передачі даних

Використання послідовних ліній зв’язку для обміну даними з зовнішніми пристроями покладає на контролери ЗП додаткові порівняно з контролерами для паралельного обміну функції. По-перше, виникає необхідність перетворення формату даних: з паралельного формату, в якому вони надходять в контролер ЗП з системного інтерфейсу мікроЕОМ, в послідовний при передачі в ЗП і з послідовного в паралельний при прийомі даних з ЗП. По-друге, потрібно реалізувати відповідний режиму роботи зовнішнього пристрою спосіб обміну даними: синхронний або асинхронний.

При синхронної послідовної передачі кожен передаваний біт даних супроводжується імпульсом синхронізації, що інформує приймач про наявність на лінії інформаційного біта. Отже, між передавачем і приймачем повинні бути протягнуті мінімум три дроти: два для передачі імпульсів синхронізації і біт даних, а також загальний заземлений провідник. Якщо ж передавач (наприклад, мікроЕОМ) і приймач (наприклад, дисплей) рознесені на кілька метрів, то кожен з сигналів (інформаційний і синхронізуючий) доведеться посилати або за екрановані (телевізійного) кабелю, або за допомогою витої пари дротів, один з яких заземлений або передає сигнал, інверсний основного.

Синхронна послідовна передача починається з пересилання в приймач одного або двох символів синхронізації (не плутати з імпульсами синхронізації). Отримавши такий символ (символи), приймач починає прийом даних та їх перетворення в паралельний формат. Природно, що при такій організації синхронної послідовної передачі вона доцільна лише для пересилки масивів слів, а не окремих символів. Ця обставина, а також необхідність використання для обміну порівняно дорогих (чотирипровідних або кабельних) ліній зв’язку завадило широкому поширенню синхронної послідовності передачі даних.

Асинхронна послідовна передача даних означає, що у передавача і приймача немає загального генератора синхроімпульсів і що синхронізуючий сигнал не посилається разом з даними. Як же в такому випадку приймач буде дізнаватися про моменти початку та завершення передачі біт даних. Опишемо просту процедуру, яку можна використовувати, якщо передавач і приймач асинхронної послідовної передачі даних узгоджені по формату і швидкості передачі.

Стандартний формат асинхронної послідовної передачі даних, що використовується в ЕОМ і ЗП, містить п. пересилаються біт інформації (при пересиланні символів одно N 7 або 8 бітам) і 3−4 додаткових біта: стартовий біт, біт контролю парності (або непарності) і 1 або 2 степових бита (Рис 1.3, а). Біт парності (або непарності) може бути відсутнім. Коли передавач не діє (дані не надсилаються на лінію), на лінії зберігається рівень сигналу, що відповідає логічній 1.

Рис 1.3. Формат асинхронної послідовної передачі даних

Передавач може почати пересилання символу в будь-який момент часу за допомогою генерування стартового біта, т. е. перекладу лінії в стан логічного 0 на час, точно рівне часу передачі біта. Потім відбувається передача бітів символу, починаючи з молодшого значущого біта, за яким слід додатковий біт контролю по парності або непарності. Далі за допомогою стопового біта лінія переводиться в стан логічної 1 (Рис 1.3, б).При одиничному бите контролю стоповий біт не змінює стану сигналу на лінії. Стан логічного 1 повинно підтримуватися протягом проміжку часу, рівного 1 або 2 часи передачі біта.

Проміжок часу від початку стартового біта до кінця стопового біта (степових біт) називається кадром. Відразу після степових біт передавач може посилати новий стартовий біт, якщо є інший символ для передачі, в іншому випадку рівень логічної 1 може зберігатися протягом усього часу, поки не діє передавач. Новий стартовий біт може бути посланий в будь-який момент часу після закінчення стопового біта, наприклад, через проміжок часу, рівний 0,43 або 1,5 часу передачі біта.

У лініях послідовної передачі даних передавач і приймач мають бути узгоджені за всіма параметрами формату, зображеного на рис. 8, включаючи номінальний час передачі біта. Для цього в приймачі встановлюється генератор синхроімпульсів, частота якого повинна збігатися з частотою аналогічного генератора передавача. Крім того, для забезпечення оптимальної захищеності сигналу від спотворення, шумів і розкиду частоти синхроімпульсів приймач повинен зчитувати приймається біт в середині його тривалості. Розглянемо роботу приймача з того моменту, коли він закінчив прийом символу даних і перейшов в режим виявлення стартового біта наступного слова.

Якщо лінія перейшла в стан логічного нуля і перебуває в цьому стані протягом часу, не меншого половини тимчасового інтервалу передачі біта, то приймач переводиться в режим зчитування біт інформації. В іншому випадку приймач залишається в режимі виявлення, так як найімовірніше це був не стартовий біт, а шумова перешкода. У новому режимі приймач виробляє сигнали зчитування через інтервали, рівні часу передачі біта, т. е. виконує зчитування і збереження прийнятих біт приблизно на середині їхньої передачі. Аналогічним чином будуть лічені біт контролю парності і сигнал логічної одиниці (стоповий біт). Якщо виявилося, що на місці стопового біта виявлений сигнал логічного нуля, то відбулася «Помилка кадру» і символ прийнятий неправильно. Інакше перевіряється, парне чи загальне число одиниць в інформаційних бітах і бите контролю, і якщо воно парне, проводиться запис прийнятого символу в буфер приймача.

Передній фронт стартового біта сигналізує про початок надходження переданої інформації, а момент його появи служить точкою відліку часу для зчитування біт даних. Стоповий біт надає час для запису прийнятого символу в буфер приймача і забезпечує можливість виявлення помилки кадру. Найбільш часто помилки кадру з’являються тоді, коли приймач помилково синхронізований з бітом 0, який насправді не є стартовим бітом. Якщо передавач не діє (посилає сигнал логічної одиниці) протягом одного кадру або більше, то завжди можна відновити правильну синхронізацію. Гірше йде справа при розсинхронізації генераторів передавача і приймача, коли часовий інтервал між сигналами зчитування прийнятих бітів буде менше або більше часу передачі біта.

Наприклад, якщо при зчитуванні бітів посилки, показаної на рис. 3,3 б, часовий інтервал між сигналами зчитування стане на 6% менше, ніж час передачі біта, то восьмий і дев’ятий сигнали зчитування будуть вироблені тоді, коли на лінії знаходиться біт контролю парності (Рис 1.4). Отже, не буде виявлений стоповий біт і буде зафіксована помилка кадру, незважаючи на правильність прийнятої інформації. Однак при 18%-й розсинхронізації генераторів, коли замість коду (1 110 001), приймач зафіксує код (11 100 001), ніяких помилок не буде виявлено — парність дотримана і стоповий (дев'ятий по порядку) біт дорівнює 1 (див. Рис 1.4.).

Рис 1.4 Помилка через розсинхронізації генераторів передавача і приймача