Візуальний облік вхідних даних інтерфейсу RS-232

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА

Фізичний факультет

Кафедра комп'ютерних систем та мереж

7.091501 комп'ютерні системи та мережі

Візуальний облік вхідних даних інтерфейсу RS-232

Дипломна робота

2010

АНОТАЦІЯ

Програма „Візуальний облік вхідних даних інтерфейсу RS-232” призначена для ведення обліку даних, що поступають на вхід стандартного інтерфейсу RS-232(COM-порт), а також для графічного відображення вхідних даних у вигляді графіку та збереження отриманих даних у файлах відповідних форматів.

Програма дозволяє відображувати дані, що приходять на СОМ-порти, у вигляді, який необхідний користувачу. Для відображення графіку використовуються низка опцій, за допомогою яких користувач може отримати зображення графіка таким, який йому необхідний.

Програмний продукт реалізований за допомогою інструментальних засобів візуальної об'єктно-орієнтованої мови програмування високого рівня Delphi 6.0.

ВСТУП

На сучасному етапі темпи розвитку комп'ютерної техніки надзвичайно високі. В зв'язку з цим кожного дня в світ виходять десятки нових периферійних пристроїв, які можна підключати до персонального комп'ютера. І саме тому для людей, які займаються розробкою та удосконаленням існуючих пристроїв гострою є проблема написання програм, які могли б аналізувати дані, що приходять на порти ЕОМ, адже для цього необхідно мати фундаментальні знання функціонування портів.

Програмне забезпечення для обслуговування портів існує, проте воно є спеціалізоване, і в більшості випадків написане на мовах низького рівня програмування, що вимагає від користувачів вивчення основ функціонування самих ОС. До того ж зручний інтерфейс таких програм було досить складно розробляти.

Раніше для написання програм даного типу використовувалясь мова програмування Assembler, яка дозволяла напряму працювати з портами та регістрами. При цьому ОС були однозадачними, і тому не було сенсу враховувати те, дані, які поступають на порт призначені зовсім іншому додатку. Ось чому написати програму, яка працює з пристроєм через COM-порт, для MS-DOS було не так важко і це часто робили не програмісти, а самі розробники пристроїв.

З платформою Win32 дана проблема є більш складною. Складніше зробити зручний інтерфейс користувача, чим зазвичай і займаються професійні програмісти. Звичайно, працювати безпосередньо з регістрами портів було досить зручно, але у Windows це не можливо. Однак перевагою програмування для Win32 є те, що не є принциповим питанням роботи різними реалізаціями цих портів (i8055, 16450, 16550A), а також відсутня проблема розробки обробників переривань. Все це здійснюється самою операційною системою. Програмісту достатньо знати лише з якими структурами працює даний порт.

В даній роботі була зроблена програма, яку можна було б використати для графічного відображення даних, що поступають на стандартні інтерфейси ЕОМ, зокрема СОМ-порт, для Win32 операційних систем. Програма не вимагає від користувача спеціалізованих навичок в роботі з комп'ютером, оскільки написана з використанням стандартних елементів інтерфейсу операційної системи Windows.

Програма призначена для візуального відображення даних, що надходять на інтерфейс RS-232, а також для їх обробки, яка включає в себе:

Можливість візуального відображення отриманих даних у вигляді:

лінійної гістограми;

звичайного графіка;

табличних значень;

Автоматичне маштабування отриманої інформації по осях координат (кількість, частота);

Можливість збереження даних з подальшим їх зчитуванням;

Збереження графіків у відповідних графічних форматах;

Можливість згладження графіка функції;

Отримання результатів вимірювань протягом періоду часу, що залежить лише від розміру оператичної пам'яті та розміру файла підкачки.

В програмі реалізована можливість подальшого використання отримання даних для інших інтерфейсів ЕОМ. Для цього необхідно лише створити модулі читання даних з відповідних інтерфейсів.

1. ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

Назва: „Візуальний облік вхідних даних інтерфейсу RS-232”.

Програма призначена для візуального відображення даних, що поступають на вхід стандартного інтерфейсу RS-232(COM-порт), а також для графічного відображення вхідних даних у вигляді графіку та збереження отриманих даних у файлах відповідних форматів.

Програма може використовуватись при дослідженні працездатності, правильності функціонування та статистичного аналізу даних, що поступають з пристрою, який підключений до СОМ-порту ЕОМ.

1.1 Мета розробки

Дана програма допомогає користувачам (особливо радіотехнічних спеціальностей) отримувати числові значення, проводити візуальне спостереження за зміною отримуваних даних в реальному часі з подальшим їх збереженням у зручному для користувача форматі як текстовому, так і графічному.

1.2 Вимоги до функціональних характеристик

Програма повинна відповідати наступним вимогам:

працювати під управлінням операційних систем типу Windows 9.x/NT/XP.

відображати дані як у вигляді графіка функції, так і в табличному представленні.

забезпечити можливість вибору інтерфейсів, з якого будуть отримуватись дані.

зберігати у відповідних форматах файлів текстову та графічну інформацію.

1.3 Вимоги до середовища експлуатації

Рекомендовані технічні параметри для робочої станції для нормального функціонування програми наведені нижче.

- Процесор Intel Pentium 75 Mhz.

- Об'єм ОЗП - 8 МБ.

- 300 КБ вільного простору на жорсткому диску.

- Графічна система, що дозволяє забезпечити роздільну здатність 800x600 пікселів.

Необхідними вимоги до системного програмного забезпечення являється тільки наявність операційної системи Windows 95 або вище.

2. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД

2.1 Основні типи портів

До основних типів портів персонального комп'ютера відносять наступні:

* послідовні інтерфейси(СОМ - порти або RS-232);

* паралельні інтерфейси (LPT - порти);

* інші інтерфейси

Паралельні інтерфейси характеризуються тим, що в них для передачі біт у слові використовуються окремі сигнальні лінії, і біти передаються одночасно. Паралельні інтерфейси використовують логічні рівні ТТЛ (транзисторно-транзисторної логіки), що обмежує довжину кабелю через невисоку перешкодозахищеність ТТЛ-інтерфейса. Гальванічна розв'язка відсутня. Паралельні інтерфейси використовують для підключення принтерів. Передача даних може бути як односпрямованою (Centronics), так і двоспрямованою (Bitronics). Іноді паралельний інтерфейс використовують для зв'язку між двома комп'ютерами.

Для підключення принтера по інтерфейсу Centronics у PC був введений порт паралельного інтерфейсу -- так виникла назва LPT-nopт (Line PrinTer -- порядковий принтер). Хоча зараз через цей порт підключаються не тільки порядкові принтери, назва «LPT» залишилася.

Адаптер паралельного інтерфейсу являє собою набір регістрів, розташованих у просторі введення/висновку. Регістри порту адресуються щодо базової адреси порту, стандартними значеннями якого є 378h и 278h. Порт може використовувати лінію запиту апаратного переривання, звичайно IRQ7 або IRQ5. Порт має зовнішню 8-бітну шину даних, 5-бітну шину сигналів стану і 4-бітну шину керуючих сигналів.

BIOS підтримує до чотирьох (іноді до трьох) LPT-портів (LPT1-LPT4) своїм сервісом -- перериванням INT 17h, що забезпечує через них зв'язок із принтером по інтерфейсі Centronics. Цим сервісом BIOS здійснює висновок символу (по опитуванню готовності, не використовуючи апаратних переривань), ініціалізацію інтерфейсу і принтера, а також опитування стану принтера.

Послідовний інтерфейс для передачі даних використовує одну сигнальну лінію, по якій інформаційні біти передаються друг за другом послідовно. Звідси й назва інтерфейсу і порту. Англійські терміни -- Serial Interface і Serial Port. Послідовна передача дозволяє скоротити кількість сигнальних ліній і збільшити дальність зв'язку. Характерною рисою є застосування не-ТТЛ сигналів. У ряді послідовних інтерфейсів застосовується гальванічна розв'язка зовнішніх сигналів від схемної землі пристрою, що дозволяє з'єднувати пристрої, що знаходяться під різними потенціалами.

Послідовна передача даних може здійснюватися в асинхронному або синхронному режимах. При асинхронній передачі кожному байтові передує стартовий-байт, що сигналізує приймачеві про початок посилки, за яким слідують біти даних і, можливо, біт паритету. Завершує посилку стоп-байт, що гарантує паузу між посилками. Стартовий-байт наступного байта посилається в будь-який момент після стопового-байта, тобто між передачами можливі паузи довільної тривалості. Байт, що має завжди строго визначене значення (логічний 0), забезпечує простий механізм синхронізації приймача але сигналові від передавача. Мається на увазі, що приймач і передавач працюють на одній швидкості обміну. Внутрішній генератор синхронізації приймача використовує лічильник-дільник опорної частоти, обнулюються у момент прийому початку стартового-байта. Цей лічильник генерує внутрішні строби, по яких приймач фіксує наступні приймаючі біти. В ідеалі строби розташовуються в середині бітових інтервалів, що дозволяє приймати дані і при незначній неузгодженості швидкостей приймача і передавача.

2.2 Основні характеристики СОМ-портів та їх застосування

На фізичному рівні послідовний інтерфейс має різні реалізації, що розрізняються способом передачі електричних сигналів. Існує ряд стандартів: RS-232C, RS-423A, RS-422A і RS-485.

Несиметричні лінії інтерфейсів RS-232C і RS-423A мають саму низьку захищеність від синфазної перешкоди, диференціальний вхід приймача RS-423A трохи зм'якшує ситуацію. Кращі параметри має двохточковий інтерфейс RS-422A і його магістральний аналог RS-485, що працюють на симетричних лініях зв'язку. У них для передачі кожного сигналу використовуються диференціальні сигнали з окремої парою проводів.

Найбільше поширення в PC одержав найпростіший з перерахованих -- стандарт RS-232C, реалізований Сомами-портами. У промисловій автоматиці широко застосовується RS-485, а також RS-422A, що зустрічається й у деяких принтерах. Існують перетворювачі сигналів для узгодження цих родинних інтерфейсів.

Стандарт RS-232C використовує несиметричні передавачі і приймачі - сигнал передається щодо загального проводу -- схемної землі. Інтерфейс НЕ ЗАБЕЗПЕЧУЄ ГАЛЬВАНІЧНОЇ РОЗВ'ЯЗКИ пристроїв. Логічній одиниці відповідає напруга на вході приймача в діапазоні -* 12...-3 В. Для ліній керуючих сигналів цей стан називається ON («включене»), для ліній послідовних Даних -- MARK. Логічному нулеві відповідає діапазон +3...+12 В. Для ліній керуючих сигналів стан називається ОFF(«виключене»), а для ліній послідовних даних -- SPACE. Діапазон -3...+3 В -- зона нечутливості, що обумовлює гистерезис приймача: стан лінії буде вважатися зміненим тільки після Перетинання порога (мал. 2.5). Рівні сигналів на виходах передавачів повинні бути в діапазонах -12...-5 В и +5...+12 В для представлення одиниці і нуля відповідно. Різниця потенціалів між схемними землями пристроїв, що з'єднуються, повинна бути менш 2 В, при більш високій різниці потенціалів можливо невірне сприйняття сигналів. Інтерфейс припускає наявність ЗАХИСНОГО ЗАЗЕМЛЕННЯ для пристроїв, що з'єднуються, якщо вони обоє живляться від мережі змінного струму і мають мережеві фільтри.

Послідовний інтерфейс СОМ-порт (Communication Port -- комунікаційний порт) з'явився в перших моделях IBM PC. Він був реалізований на мікросхемі асинхронного прийому передатчиків Intel 8250. Порт мав підтримку BIOS (INT 14h), однак широко застосовувалося (і застосовується) взаємодія з портом на рівні регістрів. Тому у всіх PC-сумісних комп'ютерах для послідовного інтерфейсу застосовують мікросхеми прийомопередатчиків, сумісні з 18250. У ряді вітчизняних PC-сумісних комп'ютерів для послідовного інтерфейсу застосовувалася мікросхема КР580ВВ51 -- аналог i8251. Сумісності з PC на рівні регістрів Сома-порту такі комп'ютери не мають. Сумісність на рівні регістрів СОМ-порту вважається необхідною. Багато розроблювачів комунікаційних пакетів пропонують роботу і через BІOS INT 14h, однак на високих швидкостях це неефективно. Говорячи про СоОМ-порт PC, за замовчуванням будемо мати на увазі сумісність реєстрової моделі з i8250 і реалізацію асинхронного інтерфейсу RS-232C.

Хоча на даний час існують більш швидкі комунікаційні інтерфейси, однак виробники материнських плат включають в склад своїх продуктів підтримку цих портів. Адже в світі залишилося багато техніки, яка використовує старі СОМ та LPT порти. Для цих портів розробляють навіть деякі сучасні периферійні пристрої. До областей застосування СОМ-порту можна віднести:

підключення маніпуляторів (миша, трекбол)

підключення зовнішніх модемів

зв'язку двох комп'ютерів

підключення принтерів і плоттеров

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6