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無線電子工学および電気工学の百科事典 コンピュータベースのロジックアナライザ。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
コンピュータに関する公的文献は主に、計算、文書の作成と編集、情報の検索と保存、娯楽といったパーソナル コンピュータ (PC) の従来の使用法に特化しています。 PC を使用したさまざまな電子デバイスの設計に関する記事や書籍はあまり一般的ではありません。 アマチュア無線家の作成したデバイスのセットアップやデバッグに PC がどのように役立つかについての資料はほとんどありません。 このためには、PC にかなり複雑で高価な追加のボードとセットトップ ボックスを装備する必要があると考えられています。 ただし、多くの場合、アマチュア無線家にとって非常に役立つ多くの機能は、通信ポートなど、各 PC で利用可能な標準デバイスを使用して実装できます。 これについては、提案された記事で説明します。 すべての IBM 互換 PC には、COM ポートまたは RS-232C インターフェイスと呼ばれる、通信用のシリアル ポートが XNUMX つあります。 通常、マウスはそのうちの XNUMX つに接続されており、今日ではこれなしで効果的な作業を想像することは困難ですが、XNUMX つ目は空き状態のままであるか、外部モデムや常時動作しないその他の周辺機器を接続するために時々使用されます。 RS-232C インターフェイス信号のセットとその目的については、[1] で詳細に説明されています。 それらすべてを表に示します。 同じ記事で言及されていないRI (リングインジケーター、回路1) とともに図125に示します。 ご覧のとおり、ユーザーは XNUMX つの出力回路と XNUMX つの入力回路を自由に使用できます。 COM ポートの出力で必要な形状の信号を生成し、同時にその入力の状態を分析するプログラムは、幅広い分析期間と豊富な同期、処理、および表示を備えたストレージ マルチチャネル ロジック アナライザーに PC を変えることができます。能力。 さまざまなデジタル デバイスをデバッグするときに役立ちます。
アナライザー プログラムを開発する際の主な困難は、IBM 互換 PC の標準的なハードウェアおよびソフトウェア構成では、たとえ高速プロセッサーと RAM を搭載していても、DOS プロセッサーを使用して数百ミリ秒未満の間隔を正確に生成できないことです。システム タイマーがオーバーフローすると割り込みが発生し、Windows ではタイマー メッセージが表示されます。 これらのイベントは約 55 ミリ秒の周期で発生するため、これはまさに時間の「量子」が得られることになります。 タイマーを再プログラムしようとすると、実行中のすべてのプログラムとオペレーティング システム自体に予期せぬ結果が生じます。 プログラムが実行するサイクル数をカウントし、このプロセスが外部イベントによって中断されないことを確認することで、時間を測定できます。 しかし、このタスクは最新のオペレーティング システムでは正しく解決されておらず、さらに、PC ハードウェア構成ごとにシャッター スピードを調整する必要があります。 MS DOS では、このような問題は簡単に解決できますが、グラフィカル インターフェイスや補助的なアクション (計算、グラフの印刷) が必要な場合、プログラム開発は非常に労働集約的になります。 ただし、どのオペレーティング システムを使用していても、厳密に指定された周波数と形状の信号を TXD シリアル ポートの出力で取得できます。 知られているように、送信データのビット繰り返しレートは、水晶振動子によって安定化された標準周波数 (115 ～ 200 Hz) を係数 M で割った商に等しくなります。システム ソフトウェアは、標準情報に基づいてこの係数を選択および設定します。転送速度。 ただし、アプリケーション プログラムが M ファクターに 1 ～ 216 -1 (0FFFFH) の値を割り当てることを妨げるものはありません。 したがって、TXD 出力では、57,6 kHz から数分の 12 ヘルツまでの周波数のパルスを取得でき、10 kHz 未満の任意の周波数は +1,2 以内、1 kHz - +XNUMX 未満の誤差で設定できます。 %。 シリアル ポートは、ユニバーサル非同期トランシーバー (UART) と呼ばれるコントローラーの 2 個の 7 ビット レジスタを通じて制御されます。 テーブル内図 1 は、PC 入出力空間内のこれらのレジスタのアドレスとその機能目的を示しています。 それらのいくつかが同じアドレスを持っていることが簡単にわかります。 他へのアクセスは、ライン制御レジスタの最上位ビット (D0) によってさらに制御されます。 論理 XNUMX の場合、速度分割レジスタ (数値 M の上位バイトと下位バイト) にアクセスし、XNUMX - 送信機と受信機のデータの場合、割り込みを有効にします。
TXD 出力信号フォーマットは、ライン制御レジスタに書き込まれるコードによって異なります。 このコードのビット D1 と D0 は、UART によって送信 (または受信) されるワード内の情報ビットの数を設定します。 00 つ（上記の数字 - コード 11）から 2 つ（コード 0）まであります。 ストップ ビットの数は、D1 ビットの状態によって異なります。XNUMX ～ XNUMX。 XNUMX～XNUMX。 XNUMX つのストップ ビットの代わりに XNUMX つの情報ビットを使用すると、XNUMX つの情報ビットが送信されますが、持続時間は XNUMX つ半になります。これは、古い機械式テレタイプとの互換性のために行われました。 ライン制御レジスタのビット D3 ～ D5 はパリティ ビットを制御します。 D3=1 の場合、送信中に最後の情報と最初のストップ ビットの間に「挿入」されますが、それ以外の場合は存在しません。 送信機は、情報ビットと制御ビット内の 4 の合計数が偶数 (D1=4 の場合) または奇数 (D0=5 の場合) になるように、このビットの値を自動的に選択します。 このロジックは、D1=4 に設定することで無効にできます。 制御ビットは、情報ビット内の XNUMX の数に関係なく、ビット DXNUMX の値の逆になります。 ビット D1 の論理 6 は、通信中断シミュレーション モードをオンにします。 TXD 出力では、他のすべてのビットとレジスタの状態に関係なく、一定の論理レベル 0 が設定されます。ビット D7 の目的は上で説明しました。 テーブル内図 3 は、TXD 回路におけるさまざまな周波数とデューティ サイクルの信号形成の例をいくつか示していますが、すべての可能性を網羅しているわけではありません。 表の対応する列に示されている信号形式は、UART の TXD 出力で直接観察できます。 ポートの外部コネクタでは反転されます。 ただし、以下で説明する結合デバイスは信号を再度反転し、その形状は再び表 XNUMX と一致します。
送信機データ レジスタに書き込まれるバイトの送信は最下位ビットから始まることを思い出してください。 バイトは 5 回だけ転送されるため、厳密に周期的な出力信号を取得するには、指定されたレジスタを解放した直後に繰り返しロードする必要があります。 新しいバイトを書き込む準備ができていることは、ライン ステータス レジスタの D1=XNUMX によって示されます。 ステータス レジスタを常にポーリングして時間を無駄にしたくない場合は、割り込みを使用できます。 通常、COM1 ポート コントローラーは IRQ4 を生成し、COM2 は IRQ3 を生成します。 送信機の準備が完了したときの割り込み要求の生成は、割り込みイネーブル レジスタのビット D1 に論理 1 を書き込むことによって有効にする必要があります。 他の理由でリクエストが同時に許可されている場合、リクエストを処理するときは、まず割り込み識別レジスタを読み取り、そのビット D2 および D1 にバイナリ コード 10 があることを確認してから、トランスミッタ データに新しいバイトを書き込む必要があります。登録する。 RTS および DTR 出力の信号レベルは、モデム制御レジスタの D1 および D0 ビットの状態によって異なります。 このレジスタのビット D2 および D3 に論理 0 を書き込むことが推奨されますが、一部の PC では、ビット D3 にゼロ値を設定すると、UART が割り込みコントローラから切断されます。 ビット D1 に論理 4 を追加すると、TXD 回路と RXD 回路が UART 内で相互接続され (いわゆる「内部ループ」)、デバッグや診断の目的で使用できます。 モデム ステータス レジスタのビット D4、D5、D6、および D7 は、0 つの入力 (CTS、DTS、RI、および DCD) での現在の信号レベルをそれぞれ表示します。 このレジスタへのプログラム呼び出しの合間に指定された回路の状態変化の事実をユニット D3 ～ D3 で記録できる UART の機能は非常に便利です。 モデムの状態を変更するための割り込みもあります。 これらは、割り込みイネーブル レジスタのビット D11 と、割り込み識別レジスタのビット D2 および D1 のコード XNUMX に対応します。 残念ながら、意図された目的でシリアル ポートを使用する場合の主要な回路である RXD 入力回路は、検討中のタスクにとってはあまり重要ではありません。 UART レジスタの目的と使用方法の詳細については、たとえば [2] を参照してください。 シリアル ポートの入力および出力の論理信号レベルは、-3 ～ -15 V (論理 1) および +3 ～ +15 V (論理 0) の範囲内である必要があります。 TTL および CMOS チップ上のデバイスをデバッグするには、これらのレベルをそれに応じて変換する必要があります。 これは、図に示すインターフェースユニットを使用して行うことができます。 1. DD1 マイクロ回路の要素はポートの出力信号を必要なレベルに変換し、トランジスタ VT1 ～ VT4 のスイッチが逆変換を実行します。 スイッチ SA1 を使用して、ポート入力の XNUMX つを TXD 出力に直接接続できます。 これは、分析プロセスの時間を調整するために必要な場合があります。
XS1 プラグは、最大数メートルの長さのケーブルで PC のシリアル ポート ソケットに接続され、デバッグ対象のデバイスは XS2 ～ XS11 ソケットに接続されます。 インターフェイス ノードとデバッグ対象のデバイスに共通の電源から電力を供給するのが最善です。 多くの場合、デバッグ対象のデバイスには、トランジスタ VT1 ～ VT4 のコレクタ回路に電力を供給するために必要な負の電圧がありません。 この場合、論理 1 状態にあるダイオード VD3 ～ VD1 によって「整流」されたポート出力信号の負の電圧によって電力が供給されます。 著者が開発した信号発生器およびロジック アナライザ プログラムは、32 ビット Windows 環境で動作します。 そのメインウィンドウ「Analyzer」を図に示します。 図２は、仮想４チャンネル（ポート入力回路数による）ストレージオシロスコープの画面である。 画面の左側には、遅いプロセスを観察しやすくするインジケーター (「発光ダイオード」) があります。 プログラムを起動した後、「ポート」メニューで使用する通信ポートを選択する必要があります。
オシロスコープの掃引は、指定された期間で連続的に行うことも、単一（対応するボタンを押して開始する）で行うこともできます。 「停止」ボタンを使用すると、画像を「フリーズ」できます。 「同期」ウィンドウ (図 3) を開いたら、入力信号または出力信号のいずれかを同期信号として選択します。
「スイープ」ウィンドウ (図 4) では、解析のクロック周波数とその期間を設定します。
生成される信号の周波数と形状を設定する「出力ラインモード」ダイアログボックスを図に示します。 5. クロックの分周比はディケードスイッチで変更します。 プログラムは、指定された係数と TXD 出力で選択された信号形状に対応する周波数と繰り返し周期の値を計算し、ウィンドウに表示します。 生成は、連続的、単一、または指定された数のパルスのバーストで行うことができます。
DTR および RTS 信号レベルは、「0」および「1」ボタンを使用して設定します。 さらに、これらの出力は「方形波」または任意波形を生成できます。 文学
著者：A。シュライバー、モスクワ
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