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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Analizador lógico basado en computadora. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Компьютеры La literatura disponible públicamente sobre temas informáticos está dedicada principalmente al uso tradicional de una computadora personal (PC): para cálculos, creación y edición de documentos, búsqueda y almacenamiento de información y entretenimiento. Menos comunes son los artículos y libros sobre el diseño de diversos dispositivos radioelectrónicos utilizando una PC. Casi no hay material sobre cómo una PC puede ayudar a un radioaficionado a configurar y depurar los dispositivos que crea. Se cree que para ello la PC debe estar equipada con placas y accesorios adicionales bastante complejos y costosos. Sin embargo, a menudo se pueden implementar una serie de funciones muy útiles para un radioaficionado utilizando dispositivos estándar disponibles en cada PC, por ejemplo, puertos de comunicación. Esto se discutirá en este artículo. Cada PC compatible con IBM tiene dos puertos serie para comunicación, llamados puertos COM o interfaces RS-232C. A uno de ellos suele estar conectado un ratón, sin el cual hoy en día es difícil imaginar un trabajo eficaz, el segundo suele quedar libre o se utiliza de vez en cuando para conectar un módem externo y otros dispositivos periféricos que no funcionan constantemente. El conjunto de señales de la interfaz RS-232C y su finalidad se describen en detalle en [1]. Todos ellos están enumerados en la tabla. 1 junto con RI (Ring Indicator, circuito 125) no mencionado en el mismo artículo. Como puede ver, el usuario tiene a su disposición tres circuitos de salida y cinco de entrada. Un programa que genera señales de la forma requerida en las salidas de un puerto COM y analiza simultáneamente el estado de sus entradas puede convertir una PC en un analizador lógico multicanal de almacenamiento con una amplia gama de períodos de análisis y una rica sincronización, procesamiento y visualización. capacidades. Puede resultar útil a la hora de depurar una amplia variedad de dispositivos digitales.
La principal dificultad para desarrollar un programa analizador es que la configuración estándar de hardware y software de una PC compatible con IBM, incluso con un procesador y RAM de alta velocidad, no permite generar intervalos precisos de menos de varios cientos de milisegundos, utilizando un procesador DOS. interrumpe cuando el temporizador del sistema se desborda y en Windows: mensajes del temporizador. Dado que estos eventos ocurren con un período de aproximadamente 55 ms, esto es exactamente lo que se obtiene como "cuánto" de tiempo. Los intentos de reprogramar el temporizador tienen consecuencias impredecibles para todos los programas en ejecución y para el propio sistema operativo. Puede medir el tiempo contando el número de ciclos que ejecuta el programa y asegurándose de que este proceso no se vea interrumpido por eventos externos. Pero esta tarea no se resuelve correctamente en los sistemas operativos modernos; además, es necesario ajustar la velocidad de obturación para cada configuración de hardware de la PC. En MS DOS, estos problemas son más fáciles de resolver, pero el desarrollo de programas requiere demasiada mano de obra si se requiere una interfaz gráfica y acciones auxiliares: cálculos, impresión de gráficos. Sin embargo, cuando se utiliza cualquier sistema operativo, es posible obtener una señal de una frecuencia y forma estrictamente especificadas en la salida del puerto serie TXD. Como se sabe, la tasa de repetición de bits de los datos transmitidos es igual al cociente de la frecuencia estándar estabilizada por un resonador de cuarzo (115-200 Hz) dividido por el coeficiente M. El software del sistema selecciona y establece este coeficiente basándose en la información estándar. tasas de transferencia. Sin embargo, nada impide que el programa de aplicación asigne al factor M cualquier valor entre 1 y 216 -1 (0FFFFH). Por lo tanto, en la salida TXD se pueden obtener pulsos con una frecuencia de 57,6 kHz a fracciones de hercio, y se puede configurar una frecuencia arbitraria por debajo de 12 kHz con un error de no más de +10, y por debajo de 1,2 kHz - +1 %. El puerto serie se controla a través de diez registros de ocho bits de su controlador, llamado transceptor asíncrono universal (UART). En mesa La Figura 2 muestra las direcciones de estos registros en el espacio de E/S de la PC y su propósito funcional. Es fácil notar que algunos de ellos tienen las mismas direcciones. El acceso a otros está controlado adicionalmente por el bit más significativo (D7) del registro de control de línea. Si contiene un 1 lógico se accede a los registros divisores de velocidad (los bytes alto y bajo del número M); si es 0, a los datos del transmisor y del receptor, interrumpe la resolución.
El formato de la señal en la salida TXD depende del código escrito en el registro de control de línea. Los bits D1 y D0 de este código establecen el número de bits de información en la palabra transmitida (o recibida) por la UART. Puede haber desde cinco (en los dígitos mencionados - código 00) hasta ocho (código 11). El número de bits de parada depende del estado del bit D2: 0 - uno; 1 - dos. Con cinco bits de información, en lugar de dos bits de parada, se transmite uno, pero con una duración y media, lo que se hizo por compatibilidad con los antiguos teletipos mecánicos. Los bits D3-D5 del registro de control de línea controlan el bit de paridad. Si D3=1, durante la transmisión se “inserta” entre la última información y el primer bit de parada, en caso contrario está ausente. El transmisor selecciona automáticamente el valor de este bit para que el número total de unos en los bits de información y control sea par (con D4=1) o impar (con D4=0). Esta lógica se puede desactivar configurando D5=1. El bit de control será inverso al valor del bit D4, independientemente del número de unos en los bits de información. El 1 lógico en el bit D6 activa el modo de simulación de interrupción de comunicación. En la salida TXD, independientemente del estado de todos los demás bits y registros, se establece un nivel lógico constante en 0. El propósito del bit D7 se describió anteriormente. En mesa La Figura 3 muestra algunos ejemplos de formación de señales de diversas frecuencias y ciclos de trabajo en el circuito TXD, que están lejos de agotar todas las posibilidades. La forma de señal que se muestra en la columna correspondiente de la tabla se puede observar directamente en la salida TXD del UART. En el conector del puerto externo está invertido. Sin embargo, el dispositivo de acoplamiento que se describe a continuación volverá a invertir la señal y su forma volverá a coincidir con la de la tabla.
Recuerde que la transmisión de un byte escrito en el registro de datos del transmisor comienza con el bit menos significativo. Dado que un byte se transfiere solo una vez, para obtener una señal de salida estrictamente periódica, es necesario cargar repetidamente el registro especificado inmediatamente después de liberarlo. La disposición para escribir un nuevo byte se indica mediante D5=1 en el registro de estado de línea. Si no quiere perder el tiempo sondeando constantemente el registro de estado, puede utilizar interrupciones. Normalmente, el controlador del puerto COM1 genera IRQ4 y COM2 genera IRQ3. La generación de solicitudes de interrupción cuando el transmisor está listo debe habilitarse escribiendo un 1 lógico en el bit D1 del registro de habilitación de interrupciones. Cuando las solicitudes se permiten simultáneamente por otros motivos, al procesarlas, primero debe leer el registro de identificación de interrupción y, solo después de asegurarse de que haya un código binario 2 en sus bits D1 y D10, escribir un nuevo byte en los datos del transmisor. registro. Los niveles de señal en las salidas RTS y DTR dependen del estado de los bits D1 y D0 del registro de control del módem. Se recomienda escribir ceros lógicos en los bits D2 y D3 de este registro, pero en algunas PC, un valor cero en el bit D0 desconecta el UART del controlador de interrupciones. Si agrega un 3 lógico al bit D1, los circuitos TXD y RXD se interconectarán dentro del UART (el llamado "bucle interno"), que se puede utilizar con fines de depuración y diagnóstico. Los bits D4, D5, D6 y D7 del registro de estado del módem muestran los niveles de señal actuales en cuatro entradas: CTS, DTS, RI y DCD, respectivamente. Es muy útil la capacidad de la UART para registrar en unidades D0-D3 los hechos de cambios en el estado de los circuitos nombrados en los intervalos entre llamadas de programa a este registro. También hay interrupciones por cambiar el estado del módem. Corresponden al bit D3 del registro de habilitación de interrupciones y al código 11 en los bits D2 y D1 del registro de identificación de interrupciones. Desafortunadamente, el circuito de entrada RXD, que es el principal cuando se utiliza un puerto serie para el propósito previsto, no es de gran interés para la tarea en cuestión. Se pueden leer más detalles sobre el propósito y el uso de los registros UART, por ejemplo, en [2]. Los niveles de señal lógica en las entradas y salidas del puerto serie deben estar dentro del rango de -3...-15 V (1 lógico) y +3...+15 V (0 lógico). Para depurar dispositivos en chips TTL y CMOS, estos niveles deben convertirse en consecuencia. Esto se puede hacer usando una unidad de interfaz, cuyo diagrama se muestra en la Fig. 1. Los elementos del microcircuito DD1 convierten las señales de salida del puerto a los niveles requeridos y los interruptores de los transistores VT1-VT4 realizarán la conversión inversa. El conmutador SA1 se puede utilizar para conectar una de las entradas del puerto directamente a la salida TXD. Esto puede ser necesario para cronometrar el proceso de análisis.
El enchufe XS1 se conecta a la toma del puerto serie de la PC con un cable de hasta varios metros de largo, el dispositivo que se está depurando se conecta a las tomas XS2-XS11. Es mejor alimentar el nodo de interfaz y el dispositivo que se está depurando desde una fuente común. A menudo, el dispositivo que se está depurando no tiene el voltaje negativo necesario para alimentar los circuitos colectores de los transistores VT1-VT4. En este caso, se alimentan del voltaje negativo de las señales de salida del puerto, "rectificados" por los diodos VD1-VD3, que se encuentran en el estado lógico 1. El programa generador de señales y analizador lógico desarrollado por el autor se ejecuta en un entorno Windows de 32 bits. Su ventana principal “Analizador”, que se muestra en la Fig. 2 es una pantalla de un osciloscopio de almacenamiento virtual de cuatro canales (según el número de circuitos de entrada del puerto). A la izquierda de la pantalla hay indicadores ("LED") que facilitan el seguimiento de procesos lentos. Luego de iniciar el programa, debes seleccionar en el menú "Puerto" el puerto de comunicación con el que funcionará.
El barrido del osciloscopio puede ser continuo con un período específico o de un solo disparo (que se inicia presionando el botón correspondiente). Puede utilizar el botón "Detener" para congelar la imagen. Habiendo abierto la ventana "Sincronización" (Fig. 3), seleccione cualquiera de las señales de entrada o salida como señal de sincronización.
En la ventana "Barrido" (Fig. 4) se configura la frecuencia del reloj del análisis y su duración.
El cuadro de diálogo "Modos de línea de salida", en el que se configuran la frecuencia y la forma de las señales generadas, se muestra en la Fig. 5. La relación de división de frecuencia del reloj se cambia mediante un interruptor de década. El programa calcula y muestra en la ventana los valores de frecuencia y período de repetición correspondientes al coeficiente especificado y la forma de señal seleccionada en la salida TXD. La generación puede ser continua, única o en ráfagas de un número determinado de pulsos.
Los niveles de señal DTR y RTS se configuran usando los botones “0” y “1”. Además, estas salidas pueden producir una "onda cuadrada" o una forma de onda arbitraria. Programa generador de señales y analizador lógico del autor. Literatura
Autor: A. Schreiber, Moscú
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