Логический анализатор на базе компьютера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Компьютеры

 Комментарии к статье

Общедоступная литература по компьютерной тематике посвящена в основном традиционному применению персонального компьютера (ПК) - для расчетов, создания и редактирования документов, поиска и хранения информации, развлечений. Реже встречаются статьи и книги о проектировании с помощью ПК различных радиоэлектронных устройств. О том, как ПК может помочь радиолюбителю в настройке и отладке создаваемых им устройств, материалов почти нет. Считается, что для этого ПК должен быть оснащен довольно сложными и дорогими дополнительными платами и приставками. Однако нередко ряд очень полезных радиолюбителю функций можно реализовать, используя имеющиеся в каждом ПК стандартные устройства, например коммуникационные порты. Об этом и пойдет речь в предлагаемой статье.

Каждый IBM-совместимый ПК имеет два последовательных порта для обмена данными, именуемых COM-портами или интерфейсами RS-232C. К одному из них обычно подключен манипулятор "мышь", без которого сегодня трудно представить себе эффективную работу, второй часто остается свободным или используется время от времени для подключения внешнего модема и других периферийных устройств, не работающих постоянно.

Набор сигналов интерфейса RS-232C и их назначение подробно описаны в [1]. Все они перечислены в табл. 1 вместе с не упомянутым в той же статье RI (Ring Indicator - индикатор звонка, цепь 125). Как видно, в распоряжении пользователя имеются три выходных и пять входных цепей. Программа, формирующая на выходах COM-порта сигналы нужной формы и одновременно анализирующая состояние его входов, способна превратить ПК в запоминающий многоканальный логический анализатор с широким диапазоном периодов анализа и богатыми возможностями синхронизации, обработки и отображения результатов. Она может быть полезной при отладке самых различных цифровых устройств.

Основная трудность разработки программы-анализатора заключается в том, что стандартная аппаратно-программная конфигурация IBM-совместимого ПК даже при наличии быстродействующих процессора и ОЗУ не позволяет сколько-нибудь точно формировать интервалы, меньшие нескольких сотен миллисекунд, используя в DOS прерывания процессора по переполнению системного таймера, а в Windows - таймерные сообщения. Так как эти события происходят с периодом приблизительно 55 мс, именно таким получается "квант" отсчета времени. Попытки перепрограммировать таймер приводят к непрогнозируемым последствиям для всех работающих программ и самой операционной системы.

Можно отмерять время, подсчитывая число исполненных программой циклов и позаботившись, чтобы этот процесс не прерывали внешние события. Но и такая задача в современных операционных системах не решается корректно, к тому же требуется подстройка выдержки применительно к каждой аппаратной конфигурации ПК. В MS DOS подобные проблемы решаются легче, но разработка программы становится слишком трудоемкой, если требуются графический интерфейс и вспомогательные действия: вычисления, печать графиков.

Тем не менее при использовании любой операционной системы можно получить сигнал строго заданной частоты и формы на выходе TXD последовательного порта. Как известно, частота следования битов передаваемых данных равна частному от деления стабилизированной кварцевым резонатором образцовой частоты (115 200 Гц) на коэффициент M. Системное программное обеспечение выбирает и устанавливает этот коэффициент, исходя из стандартных скоростей передачи информации. Однако ничто не мешает прикладной программе присвоить коэффициенту M любое значение от 1 до 216 -1 (0FFFFH). Таким образом, на выходе TXD могут быть получены импульсы частотой от 57,6 кГц до долей герца, причем произвольную частоту ниже 12 кГц удается установить с погрешностью не более +10, а ниже 1,2 кГц - +1 %.

Последовательным портом управляют через десять восьмиразрядных регистров его контроллера, называемого универсальным асинхронным приемопередатчиком (УАПП, UART). В табл. 2 приведены адреса этих регистров в пространстве ввода-вывода ПК и их функциональное назначение. Нетрудно заметить, что некоторые из них имеют одинаковые адреса. Доступом к другим дополнительно управляет старший разряд (D7) регистра управления линией. Если в нем логическая 1, обращаются к регистрам делителя скорости (старшего и младшего байтов числа M), если 0 - данных передатчика и приемника, разрешения прерываний.

Формат сигнала на выходе TXD зависит от кода, записанного в регистр управления линией. Разрядами D1 и D0 этого кода задают число информационных битов в слове, передаваемом (или принимаемом) УАПП. Их может быть от пяти (в упомянутых разрядах - код 00) до восьми (код 11). Число стоп-битов зависит от состояния разряда D2: 0 - один; 1 - два. При пяти информационных вместо двух стоп-битов передается один, но полуторной длительности, что сделано для совместимости со старинными механическими телетайпами.

Разряды D3-D5 регистра управления линией управляют битом контроля четности. Если D3=1, при передаче он "вставляется" между последним информационным и первым стоп-битами, в противном случае - отсутствует. Значение этого бита передатчик автоматически выбирает таким, чтобы общее число единиц в информационных и контрольном битах стало четным (при D4=1) или нечетным (при D4=0). Эту логику можно отключить, задав D5=1. Контрольный бит станет инверсным значению разряда D4 независимо от числа единиц в информационных битах.

Логической 1 в разряде D6 включают режим имитации разрыва связи. На выходе TXD независимо от состояния всех других разрядов и регистров устанавливается постоянный уровень логического 0. Назначение разряда D7 было описано выше. В табл. 3 приведены некоторые примеры формирования в цепи TXD сигналов различной частоты и скважности, далеко не исчерпывающие все возможности. Сигнал формы, показанной в соответствующей графе таблицы, можно наблюдать непосредственно на выходе TXD УАПП. На внешнем разъеме порта он проинвертирован. Однако описанное ниже устройство сопряжения проинвертирует сигнал еще раз и его форма вновь совпадет с табличной.

Напомним, что передача байта, записанного в регистр данных передатчика, начинается с младшего разряда. Так как байт передается всего один раз, для получения строго периодического выходного сигнала необходимо повторять загрузку указанного регистра немедленно после его освобождения. О готовности к записи нового байта свидетельствует D5=1 в регистре состояния линии.

Если нежелательно тратить время на постоянный опрос регистра состояния, можно воспользоваться прерываниями. Обычно контроллер порта COM1 генерирует запрос IRQ4, а COM2 - IRQ3. Генерацию запросов прерывания по готовности передатчика необходимо разрешить записью логической 1 в разряд D1 регистра разрешения прерываний. Когда же одновременно разрешены запросы и по другим причинам, при их обработке следует прежде всего прочитать регистр идентификации прерываний и, лишь убедившись, что в его разрядах D2 и D1 имеется двоичный код 10, записывать в регистр данных передатчика новый байт.

Уровни сигналов на выходах RTS и DTR зависят от состояния разрядов D1 и D0 регистра управления модемом. В разряды D2 и D3 этого регистра рекомендуется записывать логические 0. Но в некоторых ПК нулевое значение разряда D3 отключает УАПП от контроллера прерываний. Если занести логическую 1 в разряд D4, цепи TXD и RXD будут соединены между собой внутри УАПП (так называемый "внутренний шлейф"), что можно использовать в отладочных и диагностических целях.

В разрядах D4, D5, D6 и D7 регистра состояния модема отображаются текущие уровни сигналов на четырех входах - соответственно CTS, DTS, RI и DCD. Очень полезно свойство УАПП фиксировать единицами в разрядах D0-D3 факты изменения состояния названных цепей в интервалах между обращениями программы к этому регистру. Предусмотрены и прерывания по изменению состояния модема. Им соответствуют разряд D3 регистра разрешения прерываний и код 11 в разрядах D2 и D1 регистра их идентификации. К сожалению, основная при использовании последовательного порта по прямому назначению входная цепь RXD для рассматриваемой задачи не представляет большого интереса.

Подробнее о назначении и использовании регистров УАПП можно прочитать, например, в [2].

Логические уровни сигналов на входах и выходах последовательного порта должны находиться в пределах -3...-15 В (логическая 1) и +3...+15 В (логический 0). Для отладки устройств на микросхемах ТТЛ и КМОП эти уровни необходимо соответствующим образом преобразовать. Сделать это можно с помощью узла сопряжения, схема которого показана на рис. 1. Элементы микросхемы DD1 преобразуют выходные сигналы порта к необходимым уровням, а ключи на транзисторах VT1-VT4 выполнят обратное преобразование. Переключателем SA1 можно соединить один из входов порта непосредственно с выходом TXD. Это бывает необходимо для тактирования процесса анализа.

Вилку XS1 соединяют с розеткой последовательного порта ПК кабелем длиной до нескольких метров, отлаживаемое устройство подключают к гнездам XS2-XS11. Питать узел сопряжения и отлаживаемое устройство лучше всего от общего источника. Часто в отлаживаемом устройстве нет необходимого для питания коллекторных цепей транзисторов VT1-VT4 отрицательного напряжения. В таком случае они питаются "выпрямленным" диодами VD1-VD3 отрицательным напряжением выходных сигналов порта, находящихся в состоянии логической 1.

Разработанная автором программа генератора сигналов и логического анализатора работает в 32-разрядной среде Windows. Ее главное окно "Анализатор", изображенное на рис. 2, представляет собой экран виртуального четырехканального (по числу входных цепей порта) запоминающего осциллографа. Слева от экрана расположены индикаторы ("светодиоды"), облегчающие наблюдение медленных процессов. После запуска программы необходимо выбрать в меню "Порт" коммуникационный порт, с которым она будет работать.

Развертка осциллографа может быть непрерывной с заданным периодом или однократной (запускают нажатием на соответствующую кнопку). Кнопкой "Стоп " изображение можно "заморозить". Открыв окно "Синхронизация" (рис. 3), выбирают в качестве синхронизирующего любой из входных или выходных сигналов.

В окне "Развертка" (рис. 4) задают тактовую частоту анализа и его длительность.

Диалоговое окно "Режимы выходных линий", в котором устанавливают частоту и форму генерируемых сигналов, показано на рис. 5. Коэффициент деления тактовой частоты изменяют декадным переключателем. Программа подсчитывает и выводит в окне соответствующие заданному коэффициенту и выбранной форме сигнала на выходе TXD значения частоты и периода повторения. Генерация может быть непрерывной, однократной или пачками из заданного числа импульсов.

Уровни сигналов DTR и RTS устанавливают кнопками "0" и "1". Кроме того, на этих выходах можно получить "меандр" или сигнал произвольной формы.

Авторская программа генератора сигналов и логического анализатора

Литература

1. Кармызов А. Интерфейсы IBM PC. - Радио, 1996, № 10 с. 24, 25; № 11 с. 24-26.
2. Фролов А. В., Фролов Г. В. Программирование модемов. - М.: Диалог-МИФИ, 1993.

Автор: А.Шрайбер, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Компьютеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Пикопроектор для мобильных устройств 11.03.2014 Компания Texas Instruments разработала миниатюрный проектор HD Tilt & Roll Pixel (TRP) DLP Pico, подходящий для использования в мобильных устройствах и носимой электронике. 0,3-дюймовое изделие позволяет формировать изображение с разрешением 1280х720 пикселей (формат 720р); частота, согласно техническим характеристикам, составляет 120 Гц. Разработчик утверждает, что по сравнению с аналогичными решениями предыдущего поколения удалось добиться 100-процентного увеличения яркости и 50-процентного снижения энергопотребления. Пико-проектор выполнен по технологии DLP Cinema. В устройстве применяется микроэлектромеханическая система (МЭМС), которая создает изображение микроскопическими зеркалами, расположенными в виде матрицы на полупроводниковом чипе. Texas Instruments заявляет, что пико-проектор подходит для интеграции в смартфоны, планшеты, носимые электронные устройства, системы дополненной реальности и другие гаджеты.

Другие интересные новости:

▪ Оптически изолированные усилители FOD2742

▪ Инновационный лидар Velodyne VLS-128

▪ Скоростной метод опреснения морской воды

▪ Бесплатные зашифрованные звонки телефонов iPhone

▪ Парковкой автомобилей займутся роботы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инфракрасная техника. Подборка статей

▪ статья Поэт, не дорожи любовию народной. Крылатое выражение

▪ статья Какие птицы имеют полностью черный окрас, а также черные кости и внутренние органы? Подробный ответ

▪ статья Движет волна. Личный транспорт

▪ статья Усилитель мощности на 5-ти транзисторах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Простой приемник прямого преобразования на диапазон 7 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025