ANNO
III
NUMERO
2
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BOLLETTINO DEL CLUB UTENTI MICRO DESIGN
FEBBRAIO 1983
Cari amici, poiché' questo numero e' molto denso di
informazioni, crediamo opportuno passare direttamente a queste
saltando il consueto pezzo di apertura. Eccovi pertanto:
LA SCHEDA MULTIFUNZIONE
Andando ad esaminare lo schema di una generica scheda per
microcalcolatore ci si accorge che una fetta notevole di
circuiteria e' devoluta alle funzioni di decodifica degli
indirizzi e di interfaccia verso il bus. Nelle schede di maggior
complessità' questa fetta incide per una percentuale limitata sul
totale dei componenti, ma * per * le schede piu' semplici la
percentuale sale a valori molto elevati, in alcuni casi superiore
al 50%.
Una delle prime idee che vengono in mente, per limitare il
costo delle schede, e' quella di raggruppare piu' funzioni in una
singola scheda e suddividere cosi' il costo della circuiteria di
decodifica ed interfaccia verso il bus sul totale delle funzioni
raggruppate. L'idea e' perseguibile, ma presenta l'inconveniente
della scelta delle funzioni da raggruppare, infatti non e' detto
che chi vuole l'interfaccia seriale desideri anche il controller
per 1 ' hard-disk WINCHESTER, o chi vuole quest'ultimo abbia
interesse per l'interval timer e cosi' via.
Per sa-lvare capra e cavoli ci e' pertanto^venuto in mente
una semplice, ma ottima soluzione, che abbiamo battezzato: SCHEDA
MULTIFUNZIONE (in sigla SMF).
Essa consiste in una scheda di formato uguale alle altre del
bus, che monta una circuiteria generica di decodifica,
l'interfaccia verso il bus e la circuiteria di gestione
dell'interrupt. I segnali interni prodotti da questa circuiteria
sono portati a quattro connettori a 25 pin, femmina, simili a
quelli presenti sulla scheda BUS.
Le schedine contenenti le singole funzioni sono collegate
alla scheda multifunzione tramite i connettori suddetti e sono
alloggiate sopra la stessa scheda multifunzione, tenute
separate da questa da appositi distanziatori. Si viene cosi* a
creare una struttura a "sandwich" in cui la scheda multifunzione
e' quella collegata al bus e funge da elemento portante per le
schedine delle singole funzioni. Ogni scheda multifunzione potrà'
alloggiare fino a 4 schedine di funzione e pertanto il suo costo
verrà' suddiviso per 4.
In questo modo ognuno potrà' scegliere le funzioni che piu'
gli interessano fra quelle disponibili a catalogo e montarle su
una o piu' SMF. Tenendo conto poi che l'interfacciamento alla
scheda SMF e' piu' semplice che quello al bus, saranno facilitati
coloro che vorranno realizzarsi le loro funzioni particolari su
schedine prototipo.
Oltre a quanto sopra, la scheda SMF 001 raggruppa anche la
circuiteria necessaria al trattamento degli interrupts, rendendo
molto semplice la gestione di questi ultimi.
La fotografia che segue mostra una scheda SMF 001 che
alloggia due schedine della prima funzione che abbiamo
realizzato, la interfaccia seriale SER 101.
STANDARDS DI INTERFACCIAMENTO
Nel mondo dei microcalcolatori si sente spesso parlare di
interfacce Seriali, Parallele, EIA, CENTRONICS , loop di corrente
20 mA, DIABLO eccetra, senza che nessuno si degni di spiegare
piu' diffusamente le loro caratteristiche.
Questo genera spesso confusione nei meno esperti ed anche i
piu' esperti talvolta ignorano tutte le implicazioni di questi
standars (di fatto o di diritto).
In occasione della presentazione dell'interfaccia seriale
riteniamo pertanto opportuno tentare di illustrare un po' piu'
diffusamente di quanto si faccia di solito gli standars correnti
di comunicazione.
Un microcalcolatore comunica solitamente verso il mondo
esterno attraverso tre tipi di interfacce: di segnale, seriali e
parallele.
Le interfacce di segnale sono quelle che servono al
microcalcolatore per comunicare con un sistema da controllare e
possono essere di tipo:
DIGITALE- Scambiano segnali a due livelli (acceso/spen¬
to, presente/assente) e possono essere sia di ingresso
(stato di un interruttore) che di uscita (comando di un
rele ' ).
ANALOGICO-Scambiano segnali di corrente o di tensione
che possono assumere pressoché* tutti i possibili
livelli, come la tensione proveniente da una
termocoppia per la misura della temperatura, o il
segnale generato da un sintetitazzore vocale
all'ingresso di un amplificatore di uscita.
Le interfacce parallele sono di solito utilizzate per
comunicare con le periferiche di sistema, quali la stampante.od
alcuni drives per dischi. Esse normalmente scambiano una intera
parola di 8 o piu* bit, su altrettante linee, e sono di solito
corredate di un certo numero di segnali di controllo. Questi
ultimi servono per indicare quando il trasmettitore ha preparato
una parola valida sulle linee parallelo e quando il ricevitore ha
ricevuto la parola trasmessa. Questi segnali che servono quindi a
facilitare ed a velocizzare la trasmissione si chiamano in gergo:
"Segnali di HANDSHAKE".
La comunicazione parallelo può* raggiungere velocita*
considerevoli, dell'ordine di 1.000.000 parole al secondo, ma di
solito e' utilizzata solo per collegamenti a distanza moderata,
poiché' alle velocita* suddette ogni collegamento si comporta
come una linea a radiofrequenza, con i relativi problemi di
adattamento di impedenza ed anche di interferenza ( i segnali
circolano su linee che viaggiano fisicamente in parallelo e molto
vicine fra loro). Normalmente le tensioni impiegate nelle
comunicazioni parallelo sono quelle tipiche dei segnali TT1,
cioè ' da 0,4 a 3V.
Nella comunicazione in parallelo non esistono veri e propri
standards di diritto, cioè' delle regole precise dettate da
organismi pubblici nazionali od internazionali, bensì’ standards
di fatto, utilizzati da alcune ditte nei propri prodotti. Questi
ultimi sono diventati standards perche' i prodotti che li
utilizzano hanno trovato tanta diffusione da essere presto
imitati da quasi tutti. Un esempio di quest'ultimo caso e' lo
standard di comunicazione in parallelo con una stampante, detto
CENTRONICS, dalla prima ditta che lo ha inventato e diffuso.
Le interfacce seriali consistono invece della trasmissione
di una parola, di un numero qualsiasi di bit, su una sola linea
fisica. Per ottenere questo i bit costituenti la parola sono
inviati sulla linea fisica uno dopo l'altro, a partire dal piu'
significativo al meno significativo, ad intervalli di tempo
regolari, scanditi da un segnale di temporizzazione, la cui
frequenza si chiama "Frequenza di BAUD", in inglese "BAUD Rate".
Il ricevitore deve essere pilotato da un segnale di
temporizzazione di frequenza di baud uguale a quella del
trasmettitore ed esegue l'operazione inversa, cioè' campiona la
linea ad intervalli dettati dal generatore di frequenza di baud
(baud-generator) e ricostruisce la parola, che poi viene
trasmessa al micro collegato.
La trasmissione seriale e' piu' lenta di quella in
parallelo, ma gode del vantaggio di utilizzare meno fili, che
sono un problema se il collegamento da effettuare e' molto lungo.
Uno dei motivi principali, oltre a quello appena visto, per
cui essa ha preso in passato e sta ulteriormente conquistando
notorietà', e' dovuto al fatto che la trasmissione seriale e'
regolata da precisi standard di diritto. Questo assicura che
apparati costruiti da ditte diverse, ma aderenti a questi
standard, appena collegati siano in grado di comunicare fra loro.
Le comunicazioni seriali si dividono in due grosse classi:
ASINCRONE (vedi figura 1) - Sono le piu' usate per la loro
semplicità'. Quando non vi e' nulla da trasmettere la linea
e' in uno stato di riposo (in inglese IDLE) che e' lo stato
di "1" logico ed e‘ detto in gergo MARK. Non appena vi e' un
carattere da trasmettere la linea viene portata nello stato
di "0" logico, detto in gergo SPACE, per un periodo della
frequenza di baud. Questo viene detto "bit di START" e
segnala l'inizio della trasmissione di un carattere.
Dopo lo start vengono trasmessi i bit che compongono la
parola, che possono essere un massimo di 8, uno alla volta,
a partire dal piu' significativo. A seconda del valore del
bit la linea si porterà' nello stato di mark ( se il bit e'
1) o di space ( se esso e' 0) per una durata corrispondente
ad un periodo della frequenza di baud.
Al termine della parola viene trasmesso anche un bit di
controllo, detto di parità', che ha un valore tale da far
si' che il numero di 1 della parola sia sempre pari ( oppure
dispari se cosi' si e' scelto). Il bit di parità' può' anche
essere assente, se cosi' si e' scelto.
La trasmissione della parola e' terminata da uno o due bit
di STOP, durante i quali la linea e' mantenuta nello stato
di MARK per la durata di uno o due periodi della frequenza
di baud. Dopo i bit di stop la trasmissione può' proseguire
imediatamente con l'invio della parola successiva ( che
comprenderà' sempre uno START, la parola, la parità' e gli
STOP ) oppure rimanere inattiva per un tempo indefinito. A
questo e' dovuto l'aggettivo di ASINCRONA applicato a questo
tipo di trasmissione.
+ +-+ +- - - -+ +-
III I I I I
+ - + + - + + - +
START Bit 7 Bit 6 Bit 5 - - Bit 0 PAR STOP1 STOP2
Fig. 1 - Formato di un carattere - modo asincrono
Una delle caratteristiche principali che hanno provocato il
notevole affermarsi di questo tipo di trasmissione su quello
sincrono, descritto nel seguito, e' dovuto al fatto che non
e' indispensabile che trasmettitore e ricevitore abbiano
esattamente la stessa frequenza di baud. Infatti sono
tollerati scarti fino al 2%, nelle peggiori condizioni, fra
il baud rate del trasmettitore e quello del ricevitore. Ciò'
e' dovuto al fatto che il trasmettitore ed il ricevitore si
risincronizzano all'inizio della trasmissione di ogni parola.
SINCRONE (vedi fig. 2) - Queste trasmissioni sono
caratterizzate dal fatto che il trasmettitore ed il
ricevitore devono avere la stessa frequenza di baud e questo
implica che fra i due sia anche scambiato il segnale di
clock fornito dal baud generator. In questo tipo di
trasmissione, su comando del microprocessore ad esso
collegato, il ricevitore tenta di agganciare il sincronismo
e lo fa' campionando la linea alla frequenza del baud
generator ed introducendo i campioni all'interno di uno
shift register. Dopo ogni campionamento il ricevitore
controlla la parola contenuta all'interno dello shift
register e la confronta con una parola campione, detta
carattere di SINCRONISMO. Quando verifica che il contenuto
dello shift register e la parola campione ( di solito
10101010 ) sono uguali, il ricevitore considera agganciato
il sincronismo e da quel momento carica uno dopo l’altro
otto campioni dello stato della linea all'interno dello
shift register.Esso trasferisce al micro la parola di otto
bit cosi' formatasi come carattere ricevuto, poi fa’ lo
stesso con quello successivo e cosi’ via. E' evidente che
con queste modalità' di collegamento, dopo la trasmissione
del carattere di sincronismo, il trasmettitore deve inviare
una parola dopo l'altra, senza intervalli.
La trasmissione sincrona e' di solito piu' veloce di quella
asincrona, ma molto piu' delicata, per cui viene raramente
usata.
]uo)i|ou'|o’|Uo|o|o|o|o’|i]o]iloU|i|i|i|o|i’|u'|i|ilo|o|o|i|i
+ - + +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +“+ +-+
| SINCRONISMO | PAROLA 1 | PAROLA 2 | PAROLA 3
Fig. 2 - Formato di alcuni caratteri - modo sincrono
Nelle trasmissioni seriali esistono anche degli standards di
diritto che stabiliscono i livelli elettrici dei segnali da
scambiare tra ricevitore e trasmettitore, ed in alcuni casi anche
la forma del connettore ed il numero del piedino assegnato ad
ogni segnale. Due degli standards piu' comuni sono il Loop di
Corrente (LC) e lo standard EIA RS 232c.
La comunicazione in Loop di Corrente e' adatta per basse
velocita', collegamenti lunghi ed in ambiente con forti disturbi
elettrici ed elettrostatici. Essa si basa sull'invio di un
segnale di corrente, che e' compreso di solito tra 10 e 20 mA, in
corrispondenza della trasmissione di un 1, e dall'interruzione
della linea ( corrente 0 ) in corrispondenza dell'invio di uno 0.
Il generatore di corrente può' essere presente sul
trasmettitore o sul ricevitore. Nel primo caso si parla di
TRASMETTITORE ATTIVO e RICEVITORE PASSIVO, nel secondo caso
viceversa. Nelle comunicazioni di migliore qualità* l'elemento
passivo e' isolato elettricamente dall'apparato collegato (micro
o stampante) tramite opto-isolatore. Questo consente che il
trasmettitore ed il ricevitore non abbiano la stessa massa ( si
ricorda che in questo tipo di collegamento la distanza può’
essere molto lunga e quindi e* probabile che trasmettitore e
ricevitore abbiano terre diverse ).
La comunicazione secondo lo standard EIA RS 232c e'
specificata per distanze inferiori a quelle consentite dal loop
di corrente (max. 15 m alla massima velocita’), ma consente di
raggiungere velocita' di comunicazione superiori (19.600 baud).
I segnali sono trasmessi ancora sotto forma di tensione, ma
di valore piu' elevato di quello tipico della TTL; infatti un
segnale di 1 logico corrisponde ad una tensione compresa fra -6V
e -15V, uno 0 logico ad una tensione compresa fra +6V e +15V.
Come potrete notare la differenza di tensione fra lo 0 e l’uno
logico e' molto elevata e questo assicura una valida protezione
da eventuali disturbi. Oltre a quanto sopra lo standard specifica
che i fronti di commutazione non devono essere ripidi, bensì' con
pendenza controllata. Questa ultima specifica fa si' che la
frequenza massima del segnale sia limitata e riduce di molto i
problemi di adattamento delle’ linee e di interferenza fra linee
vicine.
Lo standard EIA RS 232c, oltre che i livelli di segnale,
specifica anche la forma del connettore (D a vaschetta a 25
contatti, detto comunemente CANNON a 25 pin), la posizione dei
segnali sui pin del connettore e la funzione di un certo numero
di segnali accessori (DTR, DSR, CTS, RTS ...) che servono a
facilitare la comunicazione fornendo un certo numero di
informazioni accessorie, come il fatto che il trasmettitore ed il
ricevitore sono accesi, che il trasmettitore e' pronto a
trasmettere, etc.
Lo standard EIA RS 232c e' uno dei mezzi di comunicazione
piu' universali ed e' utilizzato per la comunicazione con video-
terminali e stampanti, per mettere in comunicazione fra loro piu'
calcolatori, sia a breve distanza tramite la connessione diretta,
sia a lunga distanza, mediante la comunicazione attraverso linea
telefonica ed opportuni apparati detti MODEM.
INTERFACCIA SERIALE
La prima schedina che abbiamo realizzato, da montarsi sulla
scheda multifunzione, e' l'interfaccia per linea seriale
asincrona, denominata SER 101.
Tale interfaccia, che risultava una delle piu' richieste nel
referendum che abbiamo fatto fra i soci alla fine del 1982, si
basa su un controllore di linea seriale complesso, integrato in
un unico chip ed in grado di svolgere tutte le funzioni
necessarie per il controllo di una linea seriale asincrona.
Il componente sopra nominato comprende inoltre il generatore
di frequenza di baud e può' controllare direttamente i piu' usati
segnali di handshake dello standard EIA RS 232c (DTR, DSR, CTS,
RTS, RI, CD).
Le principali caratteristiche della scheda SER 101 sono le
seguenti :
Modo:
Baud-Rate:
Formato:
Diagnosi :
Controllo:
Interfaccia
ASINCRONO
Programmabile a software (qualsiasi
frequenza da 50 a 32.400 baud)
Selezionabile a software: 5-8 bit per
carattere, presenza o assenza del
controllo di parità', parità' pari o
dispari, 1-2 bit di stop
Segnalazione di errori nella ricezione
di un carattere. Errori di: Trama,
Parità', Accavallamento
Da programma o ad INTERRUPT (Interrupts
su : carattere ricevuto, carattere
trasmesso, stato dei segnali CTS, DSR,
RI, CD dello standard EIA RS 232c,
errore nella ricezione di un carattere).
Abilitazione a software della
generazione di interrupt
EIA RS 232c
Loop di corrente 20 mA (attivo/passivo
con isolatore ottico)
A parte le caratteristiche strettamente tecniche, che
saranno chiare solo per i piu' esperti dei soci, vi possiamo
assicurare che tramite la SER 101 sara' possibile collegare la
maggior parte delle periferiche seriali disponibili in commercio,
senza bisogno di alcuna modifica od adattamento ulteriore. Sara'
comunque possibile collegare anche le vecchie telescriventi
Surplus che circolano ancora nel mercato degli hobbysti, quali la
TG 7, ma con qualche adattamento elettrico, perche' questo tipo
di apparati e' sprovvisto di interfacce standard.
Come si può' notare dalle caratteristiche sopra elencate, la
scheda di interfaccia seriale e' in grado di colloquiare con il
microprocessore anche ad interrupt, oltre che a controllo di
programma, caratteristica che ne eleva le prestazioni e che ci
era stata chiesta da una ragguardevole frazione dei soci.
Sempre dalle caratteristiche tecniche si può' vedere che la
scheda SER 101 e' in grado di avere sia interfaccia elettrica EIA
RS 232c, che loop di corrente.
Il connettore di uscita e' del tipo da cavo piatto a 26
contatti in due file, mentre lo standard EIA suddetto prevede un
connettore D a vaschetta, detto comunemente CANNON. Ciò' e' stato
fato per consentire il facile montaggio del connettore cannon sul
retro di un eventuale mobile. Infatti la disposizione dei segnali
sul connettore per cavo piatto e' tale che sul cavo piatto
stesso possano essere "crimpati" da una parte il connettore
normale (due file di contatti a passo 2,54 min) e dall'altra il
connettore cannon da montare sul retro del mobile, che potrà'
essere appunto del tipo "crimp". Con la disposizione dei contatti
scelta i segnali sui pin del connettore cannon si troveranno
nella esatta posizione richiesta dallo standard EIA RS 232c.
Nel caso della interfaccia elettrica Loop di Corrente 20 mA,
sara' possibile selezionare separatamente,tramite ponticelli, se
il trasmettitore od il ricevitore dovranno essere attivi. Nel
caso uno dei due elementi sia selezionato passivo, esso
risulterà' isolato elettricamente dalla linea collegata, tramite
kpto-isolatore, con tensione di isolamento superiore a 1000 V.
Il paragrafo intitolato STANDARDS DI INTERFACCIAMENTO,
presente su questo stesso bollettino, spiega piu' diffusamente il
significato di molti dei termini, relativi alle interfacce
seriali, utilizzati nel corso di questa presentazione.
Nella fotografia e' mostrata una scheda SMF 001 con montate
due prototipi di interfaccia seriale SER 101.
La schedina SER 101 visibile sulla destra della fotografia
monta tutti i componenti, quella sulla sinistra monta solo la
parte relativa all'interfaccia EIA RS 232c.
La SER 101 e' dotata di una nutrita serie di ponticelli, che
consentono di adattarla con facilita* alla quasi totalità' delle
periferiche seriali reperibili, senza avere la necessita’ di fare
modifiche allo stampato od aggiungere parti esterne. Per il tipo
di interfaccia piu' comune, pero', tali ponticelli sono già'
chiusi nella posizione opportuna da piste di circuito stampato,
facilmente agibili.
Questo consente di evitare, di solito, complesse operazioni
di ponticeIlatura, pur mantenendo la flessibilità' della scheda,
che può' essere facilmente adattata interrompendo le piste
suddette e ridisponendo i ponticelli nel modo piu' conveniente.
Poiché' l'interfaccia elettrica di tipo EIA RS232c e' di
gran lunga la piu’ comune, i kit della SER 101 vengono forniti
completi solo dei componenti relativi a questo tipo di
interfaccia. Chi volesse anche i componenti relativi al loop di
corrente dovrà' richiedere anche il Kit di completamento LCC 101.
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