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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Analizzatore logico computerizzato. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Компьютеры La letteratura disponibile al pubblico su argomenti informatici è dedicata principalmente all'uso tradizionale di un personal computer (PC) - per calcoli, creazione e modifica di documenti, ricerca e archiviazione di informazioni e intrattenimento. Meno comuni sono articoli e libri sulla progettazione di vari dispositivi radioelettronici utilizzando un PC. Non c'è quasi materiale su come un PC possa aiutare un radioamatore nella configurazione e nel debug dei dispositivi che crea. Si ritiene che per questo il PC debba essere dotato di schede e allegati aggiuntivi piuttosto complessi e costosi. Tuttavia, spesso una serie di funzioni molto utili per un radioamatore possono essere implementate utilizzando dispositivi standard disponibili su ciascun PC, ad esempio le porte di comunicazione. Questo sarà discusso in questo articolo. Ogni PC compatibile IBM dispone di due porte seriali per la comunicazione, chiamate porte COM o interfacce RS-232C. Ad uno di essi solitamente è collegato un mouse, senza il quale oggi è difficile immaginare un lavoro efficace; il secondo spesso rimane libero o viene utilizzato di tanto in tanto per collegare un modem esterno e altre periferiche che non funzionano costantemente. L'insieme dei segnali dell'interfaccia RS-232C e il loro scopo sono descritti in dettaglio in [1]. Tutti sono elencati nella tabella. 1 insieme a RI (Ring Indicator, circuito 125) non menzionato nello stesso articolo. Come puoi vedere, l'utente ha a sua disposizione tre circuiti di uscita e cinque di ingresso. Un programma che genera segnali della forma richiesta alle uscite di una porta COM e analizza contemporaneamente lo stato dei suoi ingressi può trasformare un PC in un analizzatore logico multicanale di archiviazione con un'ampia gamma di periodi di analisi e una ricca sincronizzazione, elaborazione e visualizzazione capacità. Può essere utile durante il debug di un'ampia varietà di dispositivi digitali.
La principale difficoltà nello sviluppo di un programma di analisi è che la configurazione hardware e software standard di un PC compatibile IBM, anche con un processore e una RAM ad alta velocità, non consente alcuna generazione accurata di intervalli inferiori a diverse centinaia di millisecondi, utilizzando il processore DOS. si interrompe quando il timer di sistema va in overflow e nei messaggi del timer di Windows. Poiché questi eventi si verificano con un periodo di circa 55 ms, questo è esattamente il modo in cui si ottiene un “quanto” di tempo. I tentativi di riprogrammare il timer portano a conseguenze imprevedibili per tutti i programmi in esecuzione e per il sistema operativo stesso. Puoi misurare il tempo contando il numero di cicli che il programma esegue e assicurandoti che questo processo non venga interrotto da eventi esterni. Ma questo compito non viene risolto correttamente nei moderni sistemi operativi; inoltre, per ciascuna configurazione hardware del PC è necessaria la regolazione della velocità dell'otturatore. In MS DOS, tali problemi sono più facili da risolvere, ma lo sviluppo del programma diventa troppo laborioso se sono necessarie un'interfaccia grafica e azioni ausiliarie: calcoli, stampa di grafici. Tuttavia, quando si utilizza qualsiasi sistema operativo, è possibile ottenere un segnale con una frequenza e una forma rigorosamente specificate all'uscita della porta seriale TXD. Come è noto, la frequenza di ripetizione dei dati trasmessi è pari al quoziente della frequenza standard stabilizzata da un risonatore al quarzo (115-200 Hz) diviso per il coefficiente M. Il software del sistema seleziona e imposta questo coefficiente in base alle informazioni standard velocità di trasferimento. Tuttavia nulla impedisce al programma applicativo di assegnare al fattore M un valore qualsiasi compreso tra 1 e 216 -1 (0FFFFH). Pertanto, all'uscita TXD, è possibile ottenere impulsi con una frequenza da 57,6 kHz a frazioni di hertz e una frequenza arbitraria inferiore a 12 kHz può essere impostata con un errore non superiore a +10 e inferiore a 1,2 kHz - +1 %. La porta seriale è controllata tramite dieci registri a otto bit del suo controller, chiamato ricetrasmettitore asincrono universale (UART). Nella tabella La Figura 2 mostra gli indirizzi di questi registri nello spazio I/O del PC e il loro scopo funzionale. È facile notare che alcuni di essi hanno gli stessi indirizzi. L'accesso agli altri è inoltre controllato dal bit più significativo (D7) del registro di controllo di linea. Se contiene un 1 logico, si accede ai registri del divisore di velocità (i byte alti e bassi del numero M); se è 0, i dati del trasmettitore e del ricevitore, interrompono la risoluzione.
Il formato del segnale all'uscita TXD dipende dal codice scritto nel registro di controllo di linea. I bit D1 e D0 di questo codice impostano il numero di bit di informazione nella parola trasmessa (o ricevuta) dall'UART. Possono esserci da cinque (nelle cifre menzionate - codice 00) a otto (codice 11). Il numero di bit di stop dipende dallo stato del bit D2: 0 - uno; 1 - due. Con cinque bit di informazione, invece di due bit di stop, ne viene trasmesso uno, ma di una durata e mezza, il che è stato fatto per compatibilità con le vecchie telescriventi meccaniche. I bit D3-D5 del registro di controllo di linea controllano il bit di parità. Se D3=1, durante la trasmissione viene “inserito” tra l'ultima informazione ed il primo bit di stop, altrimenti è assente. Il trasmettitore seleziona automaticamente il valore di questo bit in modo che il numero totale di uno nei bit di informazione e di controllo diventi pari (con D4=1) o dispari (con D4=0). Questa logica può essere disabilitata ponendo D5=1. Il bit di controllo diventerà inverso al valore del bit D4, indipendentemente dal numero di uno nei bit di informazione. L'1 logico nel bit D6 attiva la modalità di simulazione dell'interruzione della comunicazione. All'uscita TXD, indipendentemente dallo stato di tutti gli altri bit e registri, viene impostato un livello logico costante pari a 0. Lo scopo del bit D7 è stato descritto sopra. Nella tabella La Figura 3 mostra alcuni esempi della formazione di segnali di varie frequenze e cicli di lavoro nel circuito TXD, che sono lungi dall'esaurire tutte le possibilità. La forma del segnale mostrata nella colonna corrispondente della tabella può essere osservata direttamente sull'uscita TXD dell'UART. Sul connettore della porta esterna è invertito. Tuttavia il dispositivo di accoppiamento di seguito descritto invertirà nuovamente il segnale e la sua forma coinciderà nuovamente con quella della tabella.
Ricordiamo che la trasmissione di un byte scritto nel registro dati del trasmettitore inizia con il bit meno significativo. Poiché un byte viene trasferito una sola volta, per ottenere un segnale di uscita strettamente periodico è necessario caricare ripetutamente il registro specificato subito dopo averlo liberato. La disponibilità a scrivere un nuovo byte è indicata da D5=1 nel registro di stato della linea. Se non vuoi perdere tempo interrogando costantemente il registro di stato, puoi usare gli interrupt. In genere, il controller della porta COM1 genera IRQ4 e COM2 genera IRQ3. La generazione di richieste di interruzione quando il trasmettitore è pronto deve essere abilitata scrivendo un 1 logico sul bit D1 del registro di abilitazione interruzione. Quando vengono consentite contemporaneamente richieste per altri motivi, nell'elaborarle è opportuno leggere innanzitutto il registro di identificazione degli interrupt e, solo dopo essersi accertati che nei suoi bit D2 e D1 sia presente il codice binario 10, scrivere un nuovo byte nei dati del trasmettitore Registrati. I livelli del segnale sulle uscite RTS e DTR dipendono dallo stato dei bit D1 e D0 del registro di controllo del modem. Si consiglia di scrivere 2 logici sui bit D3 e D0 di questo registro. Ma in alcuni PC, un valore zero nel bit D3 disconnette l'UART dal controller di interruzione. Se si aggiunge 1 logico al bit D4, i circuiti TXD e RXD saranno interconnessi all'interno dell'UART (il cosiddetto “loop interno”), che può essere utilizzato per scopi di debug e diagnostica. I bit D4, D5, D6 e D7 del registro di stato del modem mostrano i livelli attuali del segnale su quattro ingressi: rispettivamente CTS, DTS, RI e DCD. Molto utile è la capacità dell'UART di registrare nelle unità D0-D3 i fatti dei cambiamenti nello stato dei circuiti indicati negli intervalli tra le chiamate del programma a questo registro. Ci sono anche interruzioni per cambiare lo stato del modem. Corrispondono al bit D3 del registro di abilitazione dell'interruzione e al codice 11 nei bit D2 e D1 del registro di identificazione dell'interruzione. Sfortunatamente, il circuito di ingresso RXD, che è quello principale quando si utilizza una porta seriale per lo scopo previsto, non presenta molto interesse per l'attività in questione. Maggiori dettagli sullo scopo e sull'uso dei registri UART possono essere letti, ad esempio, in [2]. I livelli del segnale logico sugli ingressi e sulle uscite della porta seriale devono essere compresi nell'intervallo -3...-15 V (1 logico) e +3...+15 V (0 logico). Per eseguire il debug dei dispositivi sui chip TTL e CMOS, questi livelli devono essere convertiti di conseguenza. Ciò può essere fatto utilizzando un'unità di interfaccia, il cui schema è mostrato in Fig. 1. Gli elementi del microcircuito DD1 convertono i segnali di uscita della porta ai livelli richiesti e gli interruttori sui transistor VT1-VT4 eseguiranno la conversione inversa. Lo switch SA1 può essere utilizzato per collegare uno degli ingressi della porta direttamente all'uscita TXD. Ciò potrebbe essere necessario per cronometrare il processo di analisi.
La spina XS1 è collegata alla presa della porta seriale del PC con un cavo lungo fino a diversi metri, il dispositivo in fase di debug è collegato alle prese XS2-XS11. È preferibile alimentare il nodo di interfaccia e il dispositivo di cui viene eseguito il debug da una fonte comune. Spesso il dispositivo sottoposto a debug non ha la tensione negativa necessaria per alimentare i circuiti del collettore dei transistor VT1-VT4. In questo caso, sono alimentati dalla tensione negativa dei segnali di uscita della porta, “rettifica” dai diodi VD1-VD3, che sono nello stato logico 1. Il programma generatore di segnali e analizzatore logico sviluppato dall'autore funziona in un ambiente Windows a 32 bit. La sua finestra principale “Analyzer”, mostrata in Fig. 2 è una schermata di un oscilloscopio a memoria virtuale a quattro canali (in base al numero di circuiti di ingresso della porta). A sinistra dello schermo ci sono degli indicatori (“LED”) che facilitano il monitoraggio dei processi lenti. Dopo aver avviato il programma, è necessario selezionare nel menu "Porta" la porta di comunicazione con cui funzionerà.
La scansione dell'oscilloscopio può essere continua con un periodo specificato o a scatto singolo (avviata premendo il pulsante corrispondente). È possibile utilizzare il pulsante "Stop" per bloccare l'immagine. Dopo aver aperto la finestra “Sincronizzazione” (Fig. 3), selezionare uno qualsiasi dei segnali di ingresso o di uscita come segnale di sincronizzazione.
Nella finestra "Sweep" (Fig. 4) si imposta la frequenza dell'orologio dell'analisi e la sua durata.
La finestra di dialogo "Modalità della linea di uscita", in cui vengono impostate la frequenza e la forma dei segnali generati, è mostrata in Fig. 5. Il rapporto di divisione della frequenza dell'orologio viene modificato da un interruttore a decadi. Il programma calcola e visualizza nella finestra i valori di frequenza e periodo di ripetizione corrispondenti al coefficiente specificato e alla forma del segnale selezionata sull'uscita TXD. La generazione può essere continua, singola o a raffiche di un dato numero di impulsi.
I livelli dei segnali DTR e RTS vengono impostati utilizzando i pulsanti “0” e “1”. Inoltre, queste uscite possono produrre una "onda quadra" o una forma d'onda arbitraria. Programma generatore di segnali e analizzatore logico dell'autore Letteratura
Autore: A. Schreiber, Mosca
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