No title

POÈÍTAÈOVÁ ROZHRANÍ pøenos dat a øídicí systémy

Jaroslav Vlach Viktorie Vlachová

Praha 2000

Kniha seznamuje srozumitelnou formou se základními technickými a programovými prostøedky øídicích systémù a probírá rùzné zpùsoby pøenosu dat vèetnì jeho zabezpeèení. Jsou uvedeny též nìkteré pøíklady konkrétních øešení øídicích systémù a zpùsobu datové komunikace mezi nimi. Kniha je urèena širší technické veøejnosti, zejména pak zaèínajícím uživatelùm, øešitelùm a vývojovým pracovníkùm pracujících v oboru moderních øidicích systémù.

Jaroslav VLACH, Viktorie VLACHOVÁ

POÈÍTAÈOVÁ ROZHRANÍ – pøenos dat a øídicí systémy Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnožována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenášena v jiné formì èi jinými prostøedky. Autor a nakladatelství nepøejímají záruku za správnost tištìných materiálù. Pøedkládané informace jsou zveøejnìny bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob. Nároky na odškodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny. Všechny registrované nebo jiné obchodní známky použité v této knize jsou majetkem jejich vlastníkù. Uvedením nejsou zpochybnìna z toho vyplývající vlastnická práva. Veškerá práva vyhrazena. Ing. Jaroslav Vlach, Praha 1994–2000 Nakladatelství BEN – technická literatura, Vìšínova 5, Praha 10 Ing. Jaroslav Vlach: Poèítaèová rozhraní – pøenos dat a øídicí systémy BEN – technická literatura, Praha 2000 2. rozšíøené vydání ISBN 80-7300-010-5

OBSAH

1 1.1 1.2 1.3 1.4 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

OBSAH ........................................................................................................ 3 ÚVOD ........................................................................................................... 5 ZÁKLADNÍ POJMY ..................................................................................... 7 Øídicí systém ................................................................................................ 7 Pøenos dat .................................................................................................... 8 Zabezpeèení pøenosu dat ........................................................................... 12 Komunikaèní rozhraní ................................................................................ 16 PARALELNÍ ROZHRANÍ ........................................................................... 17 Oddìlení sbìrnice ...................................................................................... 17 Asynchronní paralelní rozhraní .................................................................. 19 Pøerušení .................................................................................................... 20 Pøímý pøístup do pamìti (DMA) .................................................................. 20 Programovatelné obvody pro paralelní rozhraní ........................................ 21

2.6 2.7

Rozhraní CENTRONICS ............................................................................ 36 Rozhraní a sbìrnice IEEE 488 ................................................................... 40

2.8 2.9 2.10 3 3.1

Systémové sbìrnice IBM PC ..................................................................... 52 Standard PC/104 ........................................................................................ 58 Další paralelní rozhraní .............................................................................. 62 SÉRIOVÁ ROZHRANÍ ............................................................................... 63 Proudová smyèka ....................................................................................... 68

3.2

Rozhraní RS-232C (V.24) .......................................................................... 73

3.3

Sériová rozhraní RS-422A a RS-485 ......................................................... 80

3.4

Programovatelné obvody pro sériová rozhraní .......................................... 81

2.5.1 2.5.2 2.5.3

2.7.1 2.7.2

3.1.1 3.1.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3.1 3.3.2 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5

Obvod I8255A ................................................................................................. 21 Mikropoèítaè I8048 a podpùrné obvody .......................................................... 26 Mikropoèítaè I8051 .......................................................................................... 35

Základní definice rozhraní IEEE 488 ............................................................... 42 Pøíklady realizace rozhraní IEEE 488 .............................................................. 49

Popis rozhraní ................................................................................................. 68 Pøíklady použití ................................................................................................ 71

Popis rozhraní ................................................................................................. 73 Pøíklady použití ................................................................................................ 74 Pøevodníky mezi TTL a V.28 ........................................................................... 77

Popis rozhraní ................................................................................................. 80 Pøevodníky mezi RS-232C a RS-422A, resp. RS-485 .................................... 80

Komunikaèní obvod MHB1012 ........................................................................ Programovatelný komunikaèní obvod I8251 ................................................... Programovatelný komunikaèní obvod NS8250 ............................................... Programovatelné komunikaèní obvody øady 16C450 a 16C550 ..................... Sériové rozhraní mikropoèítaèe I8051 .............................................................

Jaroslav Vlach: Poèítaèová rozhraní – BEN technická literatura

81 85 90 93 93

3

3.5 3.6

Lokální poèítaèové sítì ............................................................................... 95 Nìkterá další sériová rozhraní ................................................................... 99

3.7 4

Pøíklad komunikaèního rozhraní øídicího systému ................................... 114 MODEMY NA PARALELNÍM PORTU ..................................................... 120

4.2 4.3 5 6 6.1 6.2

Modem Microcom DeskPorte Fast na 28,8 kb/s ...................................... 124 Protokoly MNP tøída 1 – 10 ...................................................................... 125 ANALOGOVÁ ROZHRANÍ ...................................................................... 129 VNÌJŠÍ PAM̍OVÉ PROSTØEDKY ..................................................... 133 Magnetofon ............................................................................................... 133 Pružný disk ............................................................................................... 138

7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

OBVODY ØÍDICÍCH SYSTÉMÙ .............................................................. 151 Vstupní obvody ......................................................................................... 151 Výstupní obvody ....................................................................................... 152 Pøenos dat mezi øídicími systémy ............................................................ 152 Pøíklad øídicího systému ........................................................................... 153 Øízení typu FUZZY ................................................................................... 156 ZÁVÌR ..................................................................................................... 158 SLOVNÍK NEJUŽÍVANÌJŠÍCH CIZÍCH SLOV A ZKRATEK ................. 159 LITERATURA ........................................................................................... 162 REJSTØÍK ................................................................................................ 165

3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.6.4 3.6.5 3.6.6

4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.1.6 4.1.7 4.1.8 4.1.9

6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 6.3

4

Rozhraní a sbìrnice PROFIBUS ..................................................................... 99 Datová komunikaèní sí CAN ........................................................................ 101 Univerzální sériová sbìrnice USB ................................................................. 106 Rozhraní MIDI ............................................................................................... 109 Modem s akustickou vazbou .......................................................................... 110 Další komunikaèní rozhraní a sítì .................................................................. 112

Windows a vysokorychlostní komunikace ..................................................... Neadekvátní sériový port ............................................................................... Systém pøerušení ve Windows ...................................................................... Je 16550 UART øešením? ............................................................................. Vìtšina PC nemá 16550 UART ..................................................................... Podpora 16550 ve Windows je špatná .......................................................... Pøeteèení nezabrání ani UART 16550 ........................................................... Nastupuje paralelní port ................................................................................ Pøednosti paralelního øešení od Microcomu ..................................................

120 120 121 121 122 122 122 122 123

Základní charakteristika ................................................................................ Mechanická jednotka pružného disku ........................................................... Metody záznamu dat na disketu .................................................................... Formátování diskety ...................................................................................... Øadiè pružného disku .................................................................................... Další vnìjší pamìové prostøedky .................................................................

138 141 143 145 146 147

Jaroslav Vlach: Poèítaèová rozhraní – BEN technická literatura

ÚVOD Poèítaèe se díky prudkému rozvoji mikroelektroniky staly souèástí našeho života. Dnes se s nimi zcela bìžnì setkáváme v kanceláøích, na pracovištích technikù, konstruktérù, ve výrobních dílnách a dokonce i v domácnostech. Zvládnutí techniky výroby integrovaných obvodù vysoké a velmi vysoké integrace dovolilo výraznì snížit cenu poèítaèù a zmenšit jejich rozmìry natolik, že dnes se tìmto poèítaèùm øíká mikropoèítaèe. Mikropoèítaèe v podobì øídicích systémù dovolují zefektivnit a zlevnit výrobu na strojích, které øídí. Pro èinnost mikropoèítaèe je nesmírnì dùležitá a vlastnì nezbytná pøítomnost rùzných dalších zaøízení, jako jsou tiskárny, klávesnice, zobrazovaèe a podobnì, kterým øíkáme periferní zaøízení. Dùležitá je i možnost spolupráce nìkolika poèítaèù. Pøenos informací mezi periferními zaøízeními a mikropoèítaèi nebo mezi mikropoèítaèi navzájem umožòují technická zaøízení øešením, kterému øíkáme rozhraní, je pomìrnì rozsáhlá a stále se vyvíjí. Bìhem vývoje se však øada rozhraní standardizovala, další rozhraní se stále objevují. Abychom se v textu lépe dorozumìli, je v další èásti knihy uveden abecední seznam použitých nebo nejèastìji používaných výrazù nebo zkratek a jejich význam. Bouølivý rozvoj výpoèetní techniky zpùsobil, že terminologie se buï pøejímá èasto i nekriticky z pùvodního pramene, mnohdy se zavede domácí termín, který se však nevžije. Z tiskových dùvodù jsou v textu názvy signálù po negaci pøedznaèeny lomítkem (napø. /STROBE), zatímco na obrázcích se setkáme s názvy s nadtržením. Autor vìøí, že tato publikace pøinese ètenáøi nejen øadu cenných poznatkú, informací èi zpùsobù øešení obvodù øídicích systémù, nýbrž i trochu zábavy a odpoèinku pøi ètení díky humorným kresbám. Autor chce touto cestou popøát ètenáøùm hodnì úspìchù pøi práci, zároveò dìkuje své sestøe Viktorii Vlachové za nakreslení humorných obrázkù a spolupráci pøi zrodu publikace, manželce Drahomíøe pak zejména za pochopení pøi práci na rukopisu.

Jaroslav Vlach: Poèítaèová rozhraní – BEN technická literatura

5

Kniha, jejíž dotisk držíte v ruce, vznikla v roce 1994. Nyní, po více než 6 letech, se doèkala dotisku. Jsem pøesvìdèen, že její urèitá úspìšnost spoèívá v tom, že obsahuje struèné, ale ucelené informace o vìtšinì používaných rozhraní. Na pøání vydavatele jsem v dotisku této knihy doplnil nìkteré èásti, zaktualizoval nabídku øídicích systémù a ve spolupráci se svojí sestrou doplnil další obrázky. Takže nech se Vám kniha líbí a pomùže Vám ve Vaší práci i odpoèinku. V Jablonci nad Nisou, 15. èervence 2000

6

Jaroslav Vlach: Poèítaèová rozhraní – BEN technická literatura