Practica #2_PARALELO

PRACTICA DE LABORATORIO Nº 2
PROTOCOLOS PARALELO Y SERIAL
Conceptos preliminares:
La tarea de un interfaz:
Al discutir la cuestión de interconectar dispositivos periféricos a una computadora de
escritorio, la primera pregunta que naturalmente surge es ¿Qué es un interfaz?, ¿Por qué es
necesaria una interfaz?. Para contestar esta pregunta, es necesario entender algunas de las
características de un computador y de los dispositivos periféricos que controlan.
Un computador por sí mismo no es un artefacto muy útil. Su poder viene dado por la
habilidad para aceptar entradas de origen externo, modificando estas entradas de acuerdo a un
conjunto de reglas (como las expresiones dadas por un programa en el computador), y lleva los
resultados de estos cómputos a algún dispositivo externo. Algunos de los dispositivos típicos de
entrada son los lectores de tarjetas perforadas, lectores de cintas, digitalizadores y voltímetros
digitales. Los dispositivos de salida pueden incluir impresores, perforadores de cintas, máquinas de
dibujar (plotters) y pantallas gráficas. Además de esto existe una lista aparentemente sin fin de
dispositivos censores de propósitos especiales (entradas) y control de equipos de (salida)
diseñadas para ejecutar tareas particulares.
Idealmente, cada uno de tales dispositivos deberá cumplir con algún estándar que
especifique todas las características de sus conexiones I/O (entrada/salida), lo cual haría a todos
los dispositivos compatibles "pin a pin". Desafortunadamente, no existe tal estándar. Como
resultado de esto surgen cuatro grandes áreas de incompatibilidad cuando se intenta conectar un
dispositivo periférico a un computador controlador. La tarea de la interfaz es proveer la
compatibilidad necesaria en estas áreas.
Compatibilidad mecánica:
El requerimiento más simple que debe cumplir un interfaz es que provea compatibilidad
mecánica. Esto consiste meramente en suplir el conector apropiado en cada extremo de la interfaz,
y el cableado de conectores de forma que cada línea de entrada en un extremo de la interfaz sea
conectada a su correspondiente línea de salida en el otro extremo. Si no hay otras
incompatibilidades a vencer, este par de conectores cableados puede constituir la interfaz
completa. En la práctica esto ocurre muy raramente.
EIE/UCV
1
FB/lc
Compatibilidad eléctrica:
La segunda función de un interfaz es igualar las características eléctricas (niveles de
tensiones y corrientes, algunas veces llamados niveles lógicos) de un computador a aquellos de
sus periféricos. Como la mayoría de los computadores de escritorio y sus interfaces asociados
están diseñados para niveles lógicos eléctricos compatibles (llamados TTL), el bloque funcional
igualador de niveles lógicos en el extremo del computador de la interfaz generalizado no siempre es
necesario. Afortunadamente, la mayoría de los dispositivos periféricos también usan niveles TTL en
sus circuiterías.
Compatibilidad de datos:
Una vez que un interfaz hace al computador y su dispositivo periférico mecánica y
eléctricamente compatible, ellos son capaces de intercambiar mensajes como señales eléctricas en
los cables llamados líneas de datos. Pero justamente como en el caso de dos personas que no
hablan un mismo lenguaje se necesita un traductor, los datos de mensaje entre el computador y su
periférico pueden requerir también algún tipo de traducción. El computador con su capacidad
versátil de programación, usualmente ejecutará esta función. Pero en algunos casos, esta tarea se
le ha dado a la interfaz por razones de velocidad. Los interfaces BCD y serial son ejemplos de
casos donde la tarea de reformatear es asignada a la interfaz.
Compatibilidad en el tiempo (Sincronización):
Los seres humanos tienen la habilidad notable para hablar y escuchar al mismo tiempo (o
al menos en una secuencia rápida) sin perder la mayor parte del contenido de la conversación.
Nuestras velocidades para hablar y escuchar son también igualadas. Por otro lado, los
computadores y sus dispositivos periféricos tienen un rango amplio de velocidades de operación
que requiere de un mecanismo mucho más ordenado para una transferencia exitosa de datos.
Proveer compatibilidad en el tiempo (algunas veces llamada función de HANDSHAKING), junto con
otras operaciones diversas de control, es la cuarta función de un interfaz.
EIE/UCV
2
FB/lc
PROTOCOLO PARALELO
Objetivos:
Conocer el uso y las características de las diferentes líneas del estándar CENTRONICS y
mostrar la secuencia de las señales de HANDSHAKING y la transferencia de datos como sucede
entre un computador y una impresora.
Protocolo Centronics:
El protocolo de comunicación de datos CENTRONICS, está especialmente diseñado para
trabajar con impresoras, por este motivo la mayoría de los computadores poseen un interfaz
dedicado a este propósito.
CENTRONICS está constituido principalmente por diecisiete líneas de las cuales ocho son
para datos, dos para HANDSHAKING y las restantes se utilizan para el control del impresor, así
como para indicar su estado de funcionamiento.
En la figura 1 se observa el conector que se utiliza para este propósito, así como también la
definición de cada PIN.
GNDr
GNDr
GNDr
GNDr
GNDr
GNDr
GNDr
GNDr
GNDr
GNDr
GNDr
GNDr
INIT
ERROR
GND
NC
2.2k pull-ups
SLCT IN
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
STROBE
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
ACKNLG
BUSY
PE
SLCT
auto FEED
NC
0V
GND
NC
Figura 1. Conector Centronics y definición de los “Pines”.
A continuación se describe la función de cada una de las líneas:
 STROBE: un pulso mayor de 5 s indica al impresor que el dato presente en el BUS es
válido para leer. Esta señal es activa cuando su nivel lógico es "0".
EIE/UCV
3
FB/lc
 D0-D7: este conjunto de ocho señales son las encargadas de llevar los ocho BITs de
información, cada señal tiene un nivel alto cuando el dato tiene un nivel lógico "1" y un nivel bajo
cuando el dato tiene un nivel lógico "0".
 ACKNLG: un pulso mayor de 5 s indica al computador que el dato presente en D0-D7 ya
ha sido leído y que el impresor está listo para recibir el próximo dato. Esta señal es activa cuando
su nivel lógico es "0". El diagrama de tiempo de transmisión se muestra en la figura 2.
 BUSY: esta señal es generada por el impresor para indicar cuando éste no puede recibir
más datos y se activa según se den las siguientes condiciones:
–
Durante la entrada de datos.
–
Durante la operación del impresor.
–
Cuando el operador deshabilita al impresor desde el control frontal del mismo.
–
Cuando el impresor se queda sin papel.
–
Durante una condición de error en la operación.
–
Cuando se llena el BUFFER de datos del impresor.
 PE (PAPER END): esta señal indica que el impresor no tiene papel. Ésta es activa en
nivel lógico "1".
 SLCT (SELECTED): esta señal indica que el impresor está seleccionado cuando su nivel
lógico es "1".
 AUTO FEED: esta señal es generada por el computador y le indica a la impresora que
ejecute un salto de línea en forma automática al terminar de imprimir la línea; es activa con nivel
lógico "0". Esta capacidad no está presente en todos los impresores.
 INIT: cuando el nivel lógico de esta señal es cero, se borra el BUFFER de datos y el
impresor se coloca en un estado inicial. Esta señal debe estar activa por lo menos 50s.
 ERROR: esta señal se activa en nivel lógico "0", para indicar una o varias de las
siguientes condiciones:
–
Impresor sin papel.
–
Impresor deseleccionado.
–
Condición de error causado generalmente por una operación anormal en el
mecanismo de avance del papel y del cabezal.
 SLCT IN: un nivel lógico "0" en esta entrada, selecciona al impresor automáticamente.
 GND: todos los "PINES" indicados con GN, representan la tierra del sistema.
 GNDr: los "PINES" representados por GNDr, son líneas de tierra de retorno que se
entorchan con las líneas de señal para evitar problemas de ruido, además estos pares entorchados
son blindados y conectados al chasis del computador así como al del impresor. Estas precauciones
aunque forman parte del estándar, casi nunca se respetan.
EIE/UCV
4
FB/lc
Como puede verse en la figura 2, el diagrama de tiempo es muy sencillo y rápido por lo que
pueden obtener altas ratas de transmisión (hasta 200 K BYTE/s).
El estándar CENTRONICS también establece otras condiciones de operación como:
- Niveles lógicos compatibles con TTL, con lo que se obtiene un margen de ruido de 0,4V y
se restringe la longitud de transmisión hasta un máximo de 2 m.
TRABAJO PRACTICO DE LABORATORIO
Equipo necesario:
 Módulo docente ID1 INTERFAZ PARALELA
 Fuente de poder de marca Science Instruments o compatible.
 Osciloscopio de cuatro canales
BUSY
ACKNLG
aprox
10 s
5 s
(mín)
DATA
STROBE
5 s
(mín)
Figura 2. Diagrama de tiempo de transmision del protocolo CENTRONICS
EIE/UCV
5
FB/lc
Procedimiento:
Simulación lenta:
1. Inserte la tarjeta ID1. Encienda la fuente de poder Science Instruments.
2. Pase todos los interruptores de SWB y SWD a ON (simulación lenta), y los de SWC y
SWE a OFF.
3. Pase el selector del transmisor a la izquierda (manual) e ignore la transitoria si existe.
4. Presione el pulsador del transmisor y observe la secuencia de los LEDs "BUSY",
"STROBE", "ACKNOWLEDGE" y los de datos; cambie el dato en SWA y repita este paso.
5. Manteniendo presionado el pulsador del receptor presione el del transmisor ¿Qué pasa?.
Explique.
6. Cambie el interruptor SWE1 a ON, cambie el dato en SWA y presione el pulsador del
transmisor ¿Qué pasa?.
7. Vuelva SWE1 a OFF.
Simulación rápida:
1. Pase todos los interruptores SWB y SWD a OFF (simulación rápida).
2. Pase el selector de transmisión a la derecha (reloj).
3. Ajuste el potenciómetro del reloj a la posición central.
4. Tome TP1 como sincronismo externo.
5. Conecte TP4 (STROBE) al canal "1", TP3 (BUSY) al canal "2", TP2 al “3” y TP5 al canal
“4” del osciloscopio. Dibuje este diagrama de tiempo.
6. Observe las señales STROBE y TP2 mientras se varía la velocidad del reloj.
EIE/UCV
6
FB/lc
PROTOCOLO SERIAL
Objetivos:
Esta práctica ilustra la formación de una señal serial en un circuito eléctrico a base de
componentes discretos. También se experimenta con un circuito integrado diseñado especialmente
para este fin: un UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter, en inglés; Transmisor y
Receptor Asincrónico Universal, en español).
Protocolo RS-232C o serial:
El protocolo serial, como su nombre lo indica, envía los datos en serie, BIT por BIT. No se
necesitan entonces ocho líneas para datos sino sólo una. El estándar RS-232C permite una rata de
transferencia máxima de 1920 baudios y una longitud máxima del cable de 15 m. Además los
niveles lógicos no son compatibles con TTL: un receptor de RS-232C interpretará un voltaje más
negativo que -3 V como un 1 lógico y un voltaje más positivo que 3 V como un 0 lógico, en cambio,
los transmisores deben tener una salida más negativa que -5 V para el 1 lógico y más positiva que
5 V para el 0 lógico, de esta forma, se garantizan 2 V de inmunidad al ruido. Esta inmunidad al ruido
permite un cable más largo: para la máxima frecuencia de transmisión la longitud del cable, como
se dijo antes, puede tener un máximo de 15 m. Uno de los usos más comunes, es convertir los
BITs a tonos de audio usando un MODEM, pudiéndose transmitir datos entre equipos muy lejanos
vía telefónica.
Definición de los términos que se usan en el protocolo serial:
La técnica que se usa para la comunicación serial asincrónica, es la de mantener la línea
de transmisión en un nivel lógico 1 (llamado "marca") cuando la línea está desocupada. Cada
caracter, para ser transmitido, debe empezar con un 0 lógico (llamado "espacio") de un BIT de
duración, este BIT es llamado BIT de comienzo y se utiliza para sincronizar al receptor con el
transmisor. Después se envía primero el BIT menos significante hasta el BIT más significante del
dato, un BIT de paridad (opcional) y uno o dos BITs de parada. La figura 3 muestra cómo se vería
el BYTE 7BH en forma serial asincrónico. La rata de transmisión puede expresarse como
caracteres por segundos (cps) o BITs por segundo (bps), este último es llamado rata de baudios.
Designación de señales:
La Tabla I especifica los nombres y las asignaciones de las veinticinco señales que
conforman el estándar RS-232C. Este consiste de cuatro señales para datos, dos para el canal
EIE/UCV
7
FB/lc
principal y dos para el canal secundario de baja velocidad, además de las líneas de control que
soportan a estos dos canales.
1
Marca
0
Espacio
BC 1
1
0
1
1
1
B
1
0
BP BP
7
Figura 3. Formato estándard de transmisión serial.
El dato se envía entre un bit de comienzo
y dos de parada.
TABLA I
Pin
EIE/UCV
Nombre de la Señal
1
2
3
4
5
6
7
8
Tierra protectora
Transmitir datos
Recibir datos
Request to send (RTS)
Clear to send (CTS)
Data set ready (DTS)
Tierra
Data carrier detect (DCD)
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Reservado para pruebas
Reservado para pruebas
No asignado
DCD secundario
CTS secundario
Transmitir dato secundario
Descripción
Conforma el blindaje
DTE transmite, DCE recibe
DTE recibe, DCE transmite
DTE está listo para transmisión y recepción
DCE está listo para transmitir y recibir datos
El equipo DCE está en operación
Retorno de tierra para las señales
Señal generada por DCE para indicar la
presencia de una portadora de datos válida
Recibir datos secundario
Reloj para recepción asincrónica
No asignado
RTS secundario
Data terminal ready (DTR)
Detector de la calidad de la señal
Indicador de timbre
Selector de la rata de baudios
Reloj para transmisión sincrónica
No asignado
Indica que el DTE está operando
Indica la probabilidad de error
Indica que el timbre del teléfono está sonando
Permite seleccionar dos velocidades
8
FB/lc
Figura 4. Conectores usados en RS232C
Los conectores que se usan son los designados como DB-25P y DB-25S, éstos no forman
parte de las especificaciones de RS-232C pero se usan en TODAS las implementaciones de
puertos RS-232C.
A pesar de que el estándar especifica 25 señales, no siempre o casi nunca se utilizan
todas, por este motivo, sólo se detallarán las que más se utilizan. El estándar también da una
clasificación de los equipos según sus funciones en dos categorías:
– Equipo Terminal de Datos (DTE), por ejemplo: impresores, terminales.
– Equipo de Comunicación de Datos (DCE), por ejemplo: modems.
Como puede observarse, los computadores en sí no entran en la clasificación, esto trae
como consecuencia que algunos computadores sean DTE y otros sean DCE, la mayor confusión
estriba en el pin 2 (Tx) y en el 3 (Rx). Como lo indica la Tabla I, los datos transmitidos van desde
DTE hacia DCE y los datos recibidos van desde DCE hacia DTE. En otras palabras, las definiciones
son desde el punto de vista del DTE.
Funcionamiento:
De las veinticinco señales sólo se utilizan las cuatro que trabajan con el canal primario:
*
DTR: esta señal es generada por el DTE, para indicar que se encuentra en operación.
*
DSR: esta señal es generada por el DCE, para indicar que se encuentra en operación.
* RTS: esta señal es generada por el DTE, para indicar que está listo para transmitir y
recibir datos.
*
CTS: esta señal es generada por el DCE y realiza las mismas funciones del RTS.
EIE/UCV
9
FB/lc
Cuando cualquiera de los dos equipos conectados, no pueden procesar los datos recibidos
tan rápidamente como son enviados, estos pueden "detener" al transmisor desactivando la señal
correspondiente (DCE  CTS, DTE  RTS) y cuando se encuentren de nuevo listos activan la
señal para continuar con la transmisión-recepción.
Descripción de la tarjeta ID2 "Interfaz Serial":
Esta tarjeta comprende dos partes principales: un transmisor hecho con componentes
discretos y un UART; este último además de realizar la transmisión serial como lo hace el discreto,
también es capaz de recibir.
A continuación se describen brevemente las partes del transmisor a componentes discretos
y del UART:
–
Circuito de control: se encarga de controlar el manejo de los SHIFT REGISTER,
cargando el bit de ARRANQUE (Estar: un cero lógico), los ocho bits de DATO, el bit de PARIDAD y
los demás bits se rellenan con bits de PARADA (Sto.), y luego desplazándolos tantos ciclos de reloj
según se fija en los interruptores de SWD. En estos interruptores se selecciona el cero lógico en la
posición ON. La Tabla II muestra las combinaciones para obtener el número necesario de ciclos de
reloj para realizar cada conversión.
TABLA II
SW D
Número de
Cuentas
4
3
2
1
0
0
0
0
15
0
0
0
1
14
0
0
1
0
13
0
0
1
1
12
0
1
0
0
11
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
Las demás combinaciones no se utilizan en esta práctica
La longitud de las palabras se puede seleccionar por medio de SWI5 y SWI6 de acuerdo a
las combinaciones mostradas en la tabla III.
EIE/UCV
10
FB/lc
Tabla III
–
Cantidad de Bits
NB2
NB1
SWI6
SWI7
8
1
1
OFF
OFF
7
1
0
OFF
ON
6
0
1
ON
OFF
5
0
0
ON
ON
Generador de paridad: conformado por un circuito de ocho compuertas OR Exclusive y
un interruptor (SWE) para seleccionar entre paridad PAR e IMPAR.
–
Registro de desplazamiento: constituido por un arreglo de tres SHIFT REGISTER. La
señal serial se obtiene en el último bit de salida.
–
Display: permite visualizar el recorrido de los bits en los SHIFT REGISTER.
–
UART 6402: este circuito integrado contiene un transmisor y un receptor serial. Este es
capaz de programar el modo de trabajo: se puede escoger la presencia de paridad, si es par o
impar, uno o dos bits de parada y la longitud del caracter.
–
Dos relojes y un selector: para poner a trabajar al transmisor (discreto o al integrado) y
al receptor con un mismo reloj o con relojes independientes (como lo es en la realidad).
TRABAJO PRACTICO DE LABORATORIO
Equipo necesario:
 Módulo docente ID2 INTERFAZ SERIAL
 Fuente de poder de marca Science Instruments o compatible
 Osciloscopio de dos canales.
Procedimiento:
Inserte la tarjeta ID2 "INTERFAZ SERIAL" en una fuente de poder SCIENCE
INSTRUMENTS, enciéndala y ajuste las tensiones de +9 VDC, +5 VDC y -9VDC.
Simulación lenta:
1. Pase los interruptores 1 y 8 a ON y 7 a OFF de SW I (ubicado entre los dos relojes), esto
permitirá visualizar las señales en los LEDs de la tarjeta.
2. Usted puede escoger el reloj de trabajo mediante el selector SWH. El reloj "A" es variable
y el "B" tiene dos velocidades fijas (SW I7).
EIE/UCV
11
FB/lc
3. Ponga el interruptor SWA hacia la derecha y SWF hacia la izquierda.
4. Pase los interruptores 1, 2 y 4 a ON (cero lógico) y 3 a OFF de SWD, esto hará que el
arreglo de SHIFT REGISTER cargue los bits cada 11 ciclos de reloj (después de dividir entre 16).
Seleccione un dato en SWC, siendo el interruptor 1 el bit menos significante. En SWC los unos
lógicos se seleccionan en OFF. Observe cuando los bits aparecen en el arreglo de LEDs y se
desplazan en el DISPLAY.
5. Pase ahora los interruptores 1 y 2 a OFF y 3 y 4 a ON de SWD. ¿Nota alguna diferencia
en los bits de parada? Comente lo observado.
6. Seleccione con el interruptor SWE la paridad PAR y ubíquelo en el DISPLAY.
Compruébelo cambiando de paridad o uno de los bits del DATO.
Simulación rápida:
1. Pase los interruptores 1, 7 y 8 de SW I a OFF.
2. Conecte TP3 al canal "A" del osciloscopio y TP2 al canal "B" o al sincronismo externo.
3. Repita los pasos realizados en la simulación lenta (excepto el primero) observando esta
vez el canal "A" del osciloscopio.
4. Pase los cuatro interruptores de SWD a ON.
5. Coloque los interruptores 1, 2 y 4 a ON y 3 a OFF de SWD. ¿Cuántos bits de PARADA
hay en estos últimos pasos?
Recepción serial:
1. Una la parte transmisora con la parte receptora cerrando SWG (hacia abajo).
2. Ponga los interruptores de SWI como sigue: el 2 en ON para seleccionar presencia de
paridad, el 3 en OFF para paridad par, el 4 en ON para un bit de parada, el 5 y el 6 en OFF para
trabajar con palabras de 8 bits.
3. Pase el interruptor de SWH hacia abajo para trabajar tanto el transmisor como el
receptor con el reloj B. Compruebe que el dato recibido por el UART en el arreglo de LEDs a su
derecha es el seleccionado en SWC del transmisor. Observe el LED PE cuando se cambia la
paridad del transmisor con SWE.
4. Pase el interruptor SWH hacia arriba para trabajar con relojes independientes.
5. Observe el dato recibido por el UART en el arreglo de ocho LEDs y el LED PE mientras
varía el trimer en el reloj A o el potenciómetro ubicado a su izquierda. ¿En qué rango de frecuencias
del reloj A (TP13) el dato recibido es igual al del transmitido? Compárela con la del reloj B (TP14).
Divida estas frecuencias entre 16 para obtener la velocidad de transmisión de datos.
Comentarios y conclusiones finales
EIE/UCV
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FB/lc
Bibliografía
Hewlett Packard, Interfacing Concepts and the 9825A, Part N. 0825-90060. Printed in USA.
Suarez T., Miguel J. Interfase Universal para Computadores, 1987.
Lenk, John D. Handbook of Data Communications, Ed. Prentice Hall, Inc, 1984.
EIE/UCV
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FB/lc
D
R
I
V
E
R
D
A
T
O
D
R
I
V
E
R
D
I
S
P
L
A
Y
HANDSHAKING
DE
RECEPCION
PULSADOR
(BUSY)
SW3
L
A
T
C
H
BUSY
HANDSHAKING
DE
TRANSMISION
STROBE
ACKNOWLEDGE
PULSADOR
SW2
RELOJ
SW1
Diagrama de Bloques del Módulo ID1
PARIDAD
TOTAL
DE BITS
O
R
D
I
S
P
L
A
Y
TRANSMISOR
SERIAL
DISCRETO
DATO
SWF
MC
1488
TP7
TP8
SWG
F
E
P
E
MC
1489
SWH
DS
TBMT
EOC
TRANSMISOR
SERIAL
INTEGRADO
UART 6402
NP
EPS
TBS
NB2
NB1
RELOJ
A
RELOJ
B
D
A
V
DISPLAY
RECEPTOR
SERIAL
INTEGRADO
UART 6402
N E T N N
P P B B B
S S 2 1
Diagrama de Bloques del Módulo ID2
EIE/UCV
14
FB/lc
Módulo Docente ID1. Interfaz Paralela
EIE/UCV
15
FB/lc
Módulo Docente ID2. Interfaz Serial
EIE/UCV
16
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