Vào/ra tuần tự là phương pháp kết nối và truyền dữ liệu giữa máy tính và thiết bị ngoại vi, trong đó mã chứa thông tin được truyền tuần tự theo từng bit, bit nọ sau bit kia (truyền tin tuần tự).
5.3.1. Chuẩn truyền tin RS-232
Chuẩn truyền tin RS-232 quy định về phương pháp kết nối và giao diện giữa DTE
và DCE (Hình 5.6).
DTE (Data Terminal Equipment) thiết bị đầu cuối dữ liệu: là thiết bị phát hoặc nhận
dữ liệu.
DCE (Data Circuit-terminating Equipment): thiết bị truyền dữ liệu. Chuẩn RS-232 quy định về:
Kiến trúc máy tính – Bài 5 Trang 25
Kết nối vật lý: loại đầu nối, số lượng, vị trí và chức năng truyền thông tin của mỗi chân trong đầu nối.
Mức điện áp tín hiệu.
Kiểu truyền tin, khuôn dạng dữ liệu và tốc độ truyền. Kết nối vật lý: sử dụng 2 loại đầu nối DB9 9 chân hoặc DB25 25 chân.
Kết nối DTE & DCE qua đầu nối DB25 (Hình 5.7):
Hình 5.7.Sơ đồ kết nối DTE &DCE qua đầu nối DB25
Kết nối DTE & DCE qua đầu nối DB9 (Hình 5.8)
Hình 5.8.
Ý nghĩa của các tín hiệu (nhìn từ phía DTE):
Các tín hiệu mang dữ liệu:
Kiến trúc máy tính – Bài 5 Trang 26
TxD: tín hiệu dữ liệu phát
RxD: tín hiệu dữ liệu nhận
Các tín hiệu bắt tay: (khi các tín hiệu có mức tích cực)
Từ DTE (từ cổng COM của máy vi tính):
DTR: DTE báo sẵn sàng làm việc RTS : DTE báo có dữ liệu muốn gửi Đến DTE (đến cổng COM máy vi tính)
DSR: DCE báo sẵn sàng làm việc CTS: DCE sẵn sàng nhận dữ liệu để gửi đi
CD : DCE báo phát hiện được sóng mang của phía bên kia.
RI : DCE báo nhận được tín hiệu rung chuông.
Mức tín hiệu: +/- 25V
“0”: +3V đến +25V
“1”: -3V đến -25V Kích thước cáp nối không quá 20 m.
Phương pháp truyền:
DTE truyền dữ liệu không đồng bộ về pha nhưng đồng bộ trên từng byte dữ liệu bằng bit “ START”. Dữ liệu khi được truyền có khuôn dạng sau
Khuôn dạng dữ liệu truyền: bên phát và bên nhận phải được chọn cùng một khuôn dạng dữ liệu giống nhau.
Tốc độ truyền: hai bên phát và nhận phải đặt tốc độ truyền bằng nhau.
Modem (DCE)
Khi cần thực hiện truyền dữ liệu giữa hai máy tính trên khoảng cách lớn hơn 20 mét, phương pháp hiệu quả nhất là truyền qua hệ thống mạng điện thoại công cộng. Thiết
Kiến trúc máy tính – Bài 5 Trang 27
bị kết nối giữa máy tính và hệ thống mạng điện thoại là modem. Modem thực hiện chuyển tín hiệu số nhị phân thành tín hiệu tương tự để hệ thống điện thoại có thể truyền đi được. Modem cũng thực hiện chuyển tín hiệu tương tự nhận được từ hệ thống mạng điện thoại thành tín hiệu số nhị phân cho máy vi tính. Ngoài chức năng điều chế (MOdulate) và giải điều chế (DEModulate), modem còn thực hiện các chức năng giao diện với hệ thống điện thoại và với máy vi tính.
Kết nối kiểu Null-modem
Có thể thực hiện kết nối và truyền tin trực tiếp giữa máy tính với máy tính hoặc giữa máy tính với thiết bị ngoại vi khác qua cổng tuần tự, không cần modem. Phương pháp kết nối trực tiếp DTE-DTE (máy tính với máy tính) không qua modem được gọi là kết nối kiểu Null-Modem. Khi thực hiện kết nối và truyền tin tuần tự không qua modem vẫn cần tuân theo chuẩn RS- 232. Có hai kiểu kết nối Null-modem: kiểu 7 dây và kiểu 3 dây.
Kết nối Null-modem kiểu 7 dây (Hình 5.9)
Hình 5.9 Kết nối Null-modem kiểu 7 dây (Hình 5.10).
Kiến trúc máy tính – Bài 5 Trang 28
Hình 5.10
5.3.2. Module vào ra tuần tự UART
Module giao diện vào/ra tuần tự UART thực hiện hai chức năng chính:
- Chuyển 1 byte dữ liệu dạng 8 bit (do CPU gửi đến) ở thanh ghi đệm phát thành dạng tuần tự, tạo khung dữ liệu dạng tuần tự và phát đi tuần tự từng bit cho đến hết byte dữ liệu. Nhận 1 khung dữ liệu dạng tuần tự, loại bỏ các bit tạo khung (bit START, PARITY, STOP), chuyển thành dạng dữ liệu song song và cất vào thanh ghi đệm nhận.
- Tạo và nhận các tín hiệu bắt tay theo chuẩn RS 232.
Địa chỉ nền của 2 module giao diện vào-ra tuần tự: UART #1 (COM1): 3F8H
Module UART #2 (COM2): 2F8H
a) Thanh ghi dữ liệu phát THR
THR là nơi chứa dữ liệu (hoặc ký tự) cần phát đi. Địa chỉ: Địa chỉ nền +0, ghi, DLAB=0
D7 D0
Bit D0 là bit thấp nhất, được phát đầu tiên.
Kiến trúc máy tính – Bài 5 Trang 29
b) Thanh ghi dữ liệu nhận RBR:
RBR là nơi chứa dữ liệu (hoặc ký tự) nhận được Địa chỉ: Địa chỉ nền +0, đọc, DLAB=0
D7 D0
DLAB là bit D7 của thanh ghi LCR.
c) Thanh ghi điều khiển đường truyền LCR
Thanh ghi LCR xác định khuôn dạng dữ liệu phát/nhận và cho phép truy nhập vào các thanh ghi THR, RBR, IER hoặc BRG.
Địa chỉ: Địa chỉ nền +3, ghi
D7 D0
D1 và D0: xác định khích thức dữ liệu truyền.
D1 D0
0 0 5 bit
0 1 6 bit
1 0 7 bit
1 1 8 bit
D2- xác định số lượng bit stop được tạo và kiểm tra
D2 = 0 1 Bit Stop D2 =1 2 Bit Stop
D3- cho phép tạo hoặc kiểm tra parity
D3 = 0 không cho phép D3 = 1 cho phép
D4- chọn kiểu parity
D4 = 0 Số lượng lẻ bit “1” được báo hoặc kiểm tra
Kiến trúc máy tính – Bài 5 Trang 30
D4 = 1 Số lượng chẵn bit “1” được báo hoặc kiểm tra D5- chọn mức tích cực của bit parity
Nếu D5 = 1 và D4 = 1 thì mức tích cực của bit parity là 0 (Parity chẵn) Nếu D5 = 1 và D4 = 0 thì mức tích cực của bit parity là 1 (Parity lẻ)
D6- đặt điều khiển nghỉ (BREAK)
Khi D6 = 1 thì SOUT = 0. Chú ý D6 = 0 ! (thường đặt) D7-DLAB bit: cho phép truy nhập các thanh ghi THR, RBR, IER hoặc BRG
D7 = 1 cho phép truy nhập cặp thanh ghi tốc độ truyền BRG D7 = 0 cho phép truy nhập các thanh ghi THR, RBR và IER
d) Thanh ghi xác lập tốc độ truyền 16 bit BRG
BRG gồm 2 thanh ghi byte cao và byte thấp, xác định hệ số chia của tốc độ truyền. Byte thấp:
Địa chỉ: Địa chỉ nền +0, ghi, DLAB=1
D7 D0
Byte cao
Địa chỉ: Địa chỉ nền +1, ghi, DLAB=1
D7 D0
Nội dung thanh ghi BRG (Bảng 5.6):
Nội dung thanh ghi(Hexa)
Tốc độ truyền(baud)
0900 50
0180 300
00C0 600
0060 1200
Kiến trúc máy tính – Bài 5 Trang 31
0220 3600
… …
000C 9600
e) Thanh ghi điều khiển giao diện với modem MCR
MCR điều khiển giao diện với modem và cho phép phát yêu cầu ngắt
IRQ.
Địa chỉ: Địa chỉ nền +4, ghi
D7 D0
D0- DTR bit:
D0 = 1 đặt DTR tích cực D0 = 0 đặt DTR không tích cực D1-RTS bit:
D1 = 1 đặt RTS tích cực D1 = 0 đặt RTS không tích cực D2- OUT1 bit: ảnh hưởng đến đầu ra OUT1
D3- OUT2 bit: ảnh hưởng đến đầu ra OUT2
D3 = 1 đặt OUT 2= 0, cho phép UART phát tín hiệu IRQ D3 = 0 không cho phép UART phát tín hiệu IRQ
D4: cho phép vào chế độ tự kiểm tra UART bằng cách nối tắt nội bộ các đầu
TxD& RxD; DTR & DSR; RTS & CTS….
D5 = D6 = D7 = 0
f) Thanh ghi trạng thái đường truyền LSR
LSR cung cấp thông tin về trạng thái đường truyền tin. Địa chỉ: Địa chỉ nền +5, đọc
Kiến trúc máy tính – Bài 5 Trang 32
D7 D0
D0- RBR bit:
D0 = 1 báo UART nhận được 1 byte dữ liệu và đã đặt vào thanh ghi RBR, (báo RBR đầy).
D1- Lỗi đè
D1 = 1 báo RBR có dữ liệu nhận nhưng chưa được CPU đọc và bị 1 byte mới nhận tiếp theo đè lên.
D2- Lỗi Parity
D2 = 1 báo có lỗi Parity (lỗi truyền tin).
D3 - Lỗi khuôn dạng
D3 = 1 báo khuôn dạng dữ liệu nhận bị sai.
D4- Lỗi break
D4 = 1 báo đầu nhận dữ liệu có trạng thái logic 0 dài hơn thời gian truyền 1 byte dữ liệu.
D5-THR bit:
D5 = 1 báo UART sẵn sàng nhận 1 byte dữ liệu mới từ CPU để phát đi (thanh ghi THR rỗng).
D6-TSR bit: D6=1 báo thanh ghi TSR rỗng.
D7- không dùng.
D7 D0
g) Thanh ghi trạng thái Modem MSR
MSR cung cấp thông tin về trạng thái các tín hiệu bắt tay từ modem. Địa chỉ: Địa chỉ nền +6, đọc
D7 D0
D0-D3: báo có sự thay đổi trạng thái của các tín hiệu bắt tay từ modem D4 - CTS bit: D4 = 1 báo tín hiệu CTS có mức tích cực D5 - DSR bit
Kiến trúc máy tính – Bài 5 Trang 33
D5 = 1 báo tín hiệu DSR có mức tích cực D6 - RI bit:
D6 = 1 báo tín hiệu RI có mức tích cực D7 - CD-bit:
D7 = 1 báo tín hiệu CD có mức tích cực
h) Thanh ghi chọn nguồn ngắt IER
IER cho phép chọn các nguồn báo ngắt.
Địa chỉ: Địa chỉ nền +1, ghi, DLAB=0
D7 D0
D0 - liên quan đến báo ngắt của thanh ghi dữ liệu nhận RBR.
D0 = 1 cho phép UART báo ngắt khi nó nhận được dữ liệu mới (khi RBR đầy)
D0 = 0 không cho phép D1- liên quan đến báo ngắt của thanh ghi phát THR
D1 = 1 cho phép UART báo ngắt khi nó sẵn sàng nhận 1 byte dữ liệu mới
từ CPU để phát đi (khi THR rỗng) D1 = 0 không cho phép
D2- liên quan đến báo ngắt của thanh ghi LSR
D2 = 1 cho phép UART báo ngắt khi có thay đổi thông tin về trạng thái truyền tin trong LSR
D2 = 0 không cho phép D3 - liên quan đến báo ngắt của thanh ghi MSR
D3 = 1 cho phép UART báo ngắt khi có thay đổi thông tin về trạng thái modem trong MSR
D3 = 0 không cho phép báo ngắt D4 ÷ D7 = 0
i) Thanh ghi nhận dạng nguồn ngắt IIR
Thanh ghi IIR cho phép nhận dạng nguồn gây ngắt và kiểm tra trạng thái báo ngắt. Địa chỉ: Địa chỉ nền +2, đọc
Kiến trúc máy tính – Bài 5 Trang 34
D7 D0
D3 ÷ D7 = 0
D0 - trạng thái báo ngắt
D0 = 0 còn nguồn báo ngắt D0 = 1 hết báo ngắt
D1, D2 : tổ hợp giá trị hai bit này chỉ thị nguồn đang báo ngắt (Bảng 16).
Bảng 5.7
D2 D1 D0 Nguồn báo ngắt Mức ưu tiên Phương pháp xóa
báo ngắt
0 0 1 Không có báo ngắt
1 1 0 LSR Cao nhì Độc LRS
1 0 0 RBR Nhì Đọc RBR
0 1 0 THR Ba Ghi THR
0 0 0 MSR Tư Đọc MRS