Наиболее распространенная форма последовательной связи – асинхронный обмен, при котором байт данных посылается как пакет, включающий информацию о начале и конце передачи данных, а также информацию для контроля ошибок.
Первым передается не бит данных, а старт-бит, указывающий на начало передачи данных (начало пакета). Этот бит используется приемником для синхронизации процесса чтения данных, которые следуют за старт-битом (младший бит данных идет первым). После битов данных может следовать бит четности (контрольный бит), который используется для проверки правильности полученных данных. Существует два типа проверки на четность. Проверка на нечетность (Odd) означает, что число единиц в пакете данных, включая бит четности, должно быть нечетным (например, 0x55 будет иметь бит четности равным 1, чтобы сделать число единичных битов равным пяти, то-есть нечетным). Проверка на четность (Even), наоборот, означает что число единичных битов должно быть четным (например, при передаче числа 0x55 бит четности будет равен 0).
За битом четности следует стоп-бит, который используется приемником для обработки конца передачи пакета.
Асинхронный приемник ждет прихода старт-бита, когда на линии устанавливается низкий уровень. Через половину времени передачи одного бита (длительность этого времени задается синхросигналом) линия вновь опрашивается. Если на линии все еще установлен низкий уровень сигнала состоянии, то приемник ждет один период и считывает данные. Если же на линии оказывается высокий уровень сигнала, то приемник считает, что произошла ошибка, и данные не принимаются. Этот метод используется как при аппаратной, так и при программной реализации асинхронного приема данных. В программно реализованных приемниках используются программные циклы для отсчета задержек времени.
Другой распространенный метод асинхронной последовательной передачи данных – это использование кода типа «Манчестер» ("manchester"). При этом методе передача каждого бита данных синхронизируется импульсом, а значение бита (0 или 1) определяется промежутком времени до следующего импульса. После передачи заданного числа битов данных следует стоп-импульс, а затем прием данных прекращается. Особенность манчестерского кодирования заключается в том, что старт-бит качественно отличается от 1 или 0. Это позволяет приемнику определить, являются ли поступающие данные началом или серединой посланного пакета (в последнем случае данные не будут приниматься до прихода старт-бита). Манчестерское кодирование хорошо подходит для использования в случаях, когда поток передаваемых данных может быть легко прерван. Поэтому такой метод передачи данных является основным для связи с помощью инфракрасного излучения, например, в пульте дистанционного управления телевизором.
Синхронный последовательный обмен
При реализации синхронного обмена вместе с данными посылается синхросигнал, который используется приемником для стробирования данных (рис……….
Типичная схема для преобразования последовательных данных в параллельные показана на рис. ………….
В этой схеме используются две микросхемы 8-разрядных регистров.
Эта схема выводит 8-разрядные данные. Сначала выдается старт-бит, этот бит посылается с помощью команд чтения и записи в порт ввода-вывода.
Похожая схема используется для приема данных, где поступающие данные сначала последовательно вводятся в сдвиговый регистр и затем считываются микроконтроллером.
Преобразование логических уровней
При работе с микроконтроллерами часто приходится обеспечивать интерфейс устройств, реализованных на микросхемах с различным типом логики. При использовании серийных микросхем с положительной логикой, например, ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) или КМОП (логика на комплементарных МОП-транзисторах), реализация интерфейса не вызывает проблем, так как возможно непосредственное соединение этих микросхем. Однако интерфейс устройств, реализованных на микросхемах с отрицательной и положительной логикой, например, ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика) и КМОП, может вызвать некоторые трудности.
Хотя имеются специальные микросхемы для выполнения такого интерфейса, однако обычно они обеспечивают одностороннюю передачу данных, что затрудняет реализацию двунаправленных шин. Кроме того, применение этих микросхем может значительно увеличить стоимость проектируемого устройства..
Наиболее типичный метод преобразования логических уровней состоит в том, чтобы привести в соответствие пороги переключения обоих устройств. Как показано на рис………, нижний потенциал напряжения питания для КМОП - микроконтроллера сдвигается ниже потенциала «земли» таким образом, чтобы его порог переключения стал соответствовать порогу переключения микросхем ЭСЛ. Резистор с номиналом от 1 Ком до 10 Ком используется для ограничения тока, который протекает из-за разного значения логических уровней используемых микросхем.
Этот простой способ согласования уровней позволяет с минимальными дополнительными затратами подключать КМОП - микроконтроллеры к микросхемам ЭСЛ, обеспечивая возможность двунаправленной передачи данных.
