2. Организация взаимодействия принтера с пэвм

Интерфейсы периферийных устройств. На практике используются интерфейсы двух типов - последовательные и параллельные. В последовательных интерфейсах передача данных от источника информации к принтеру осуществляется побитно - последовательным кодом, а в параллельных - побайтно, то есть параллельным кодом. В ряде принтеров встраиваются оба интерфейса.

Параллельные интерфейсы передают в каждый момент времени сразу все биты данных. Для этого в параллельном интерфейсе для каждого разряда данных имеется своя линия (провод - физическая связь интерфейса). К числу параллельных интерфейсов, наиболее часто используемых для подключения принтеров, нужно отнести интерфейсы CENTRONICS, ИРПР, ИРПР-М, BS 4421. Такие интерфейсы имеют короткий интерфейсный кабель и характеризуются низкой помехозащищенностью.

Все линии данных в параллельном интерфейсе образуют шину данных, которая для принтеров имеет разрядность, равную байту - каждый символ представлен одним байтом. В параллельных интерфейсах для повышения достоверности передаваемой информации в шину данных включается еще одна линия для передачи бита четности (паритета). Этот бит показывает, четное или нечетное число единиц передается в байте данных - коде символа.

Кроме шины данных в интерфейсах имеется шина управления, обеспечивающая управление процессом передачи информации, и шина состояния, предназначенная для передачи слова состояния принтера.

ИРПР - интерфейс радиальный параллельный. Зарубежным аналогом является интерфейс BS 4421 (Англия). Линии связи и назначение сигналов приведены в таблице 2.1 (в таблице приведены линии интерфейса, используемые принтерами).

Протокол обмена в интерфейсе ИРПР осуществляется с помощью сигналов ЗП и СТР (AC и SC) в режиме "Запрос-ответ". Приемник, если он готов принимать данные, устанавливает сигнал ГП и проверяет сигнал СТР. Если сигнал СТР не установлен, приемник устанавливает сигнал ЗП.

Источник проверяет сигналы ГП и ЗП, устанавливает данные и выдает сигнал СТР. По сигналу СТР приемник считывает данные. После того, как приемник сбросит сигнал ЗП, источник снимает сигнал СТР, и интерфейс переходит к следующему циклу передачи данных. Временная диаграмма работы интерфейса приведена на рис.2.1. В таблице И – источник (ПЭВМ), П – приёмник.

Таблица 2.1

	Обозначение:		Направление
Линия интерфейса	Русское	Международ.	передачи
Экран	Э	S	-
Нуль (земля)	О В	Z	-
Готовность источника (И)	ГИ	SO	И-->П
Готовность приемника (П)	ГП	AO	И<--П
Строб источника	СТР	SC	И-->П
Запрос приемника	ЗП	AC	И<--П
Данные (2...2)	Д0...Д7	D0...D7	И-->П

На временной диаграмме высокий уровень сигнала соответствует логической "1", низкий - "0".

Следует обратить внимание на то, что приемник не может снять сигналы

ЗП и ГП, ни разу не приняв хотя бы одного символа (сигнал СТР может быть снят только при сброшенном сигнале ЗП). Сигнал ГИ в случае работы с принтером обычно установлен, так как ГИ и ГП взаимозависимы.

Назначение описанных выше сигналов иллюстрирует таблица 2.2.

Таблица 2.2

Сигнал	Назначение сигнала
ГИ	Логическая “1” - источник работоспособен и готов к передачи информации под управлением СТР и ЗП. Переход ГИ из “1” в “0” происходит при СТР=0. Логический “0” - источник неработоспособен, состояние других линий игнорируется.
ГП	Логическая “1” - приемник работоспособен и готов к приему информации под управлением СТР и ЗП. Переход ГП из “1” в “0” происходит при СТР=0.
Д0...Д7	Данные. Высокий уровень - “1”, низкий - “0”.
СТР	При логической “1” данные действительны при ЗП=1, при логическом “0” данные могут быть недействительны.
ЗП	Логическая “1” - приемник запрашивает новую информацию от источника.

Сигналы на линиях соответствуют ТТЛ-уровню, используется отрицательная логика, в качестве передатчика применяется интегральная микросхема ТТЛ с открытым коллектором и допустимым током не менее 40 mA, в качестве приемника - интегральная микросхема ТТЛ с входным током не более 1,6 mA, линии связи однонаправленные с волновым сопротивлением кабеля 110 Ом, согласование с волновым сопротивлением кабеля обеспечивается на входе приемника. Длина интерфейсного кабеля до 15 метров.

Интерфейсы ИРПР-М(ИРПР модифицированный) и CENTRONIX используются для радиального подключения принтеров с параллельной передачей данных. Эти интерфейсы более удобны для принтеров, так как имеют линии состояния принтера, которые позволяют точно определить текущее состояние принтера или причину отказа и дают возможность принтеру в любой момент остановить передачу данных. В силу этого интерфейсы ИРПР-М и CENTRONIX вытесняют интерфейс ИРПР. Практически все зарубежные фирмы-изготовители выпускают принтеры с интерфейсом CENTRONIX. Состав и назначение линий интерфейса приведены в таблице 2.3 (указаны только линии интерфейса, используемые в принтерах).

Таблица 2.3

	Обозначение
Линия интерфейса	Русское	Междуна-родное	Направление передачи
Готовность приемника	ГП	Select Out	И<--П
Строб	СТР	Strobe	И-->П
Подтверждение	ПТВ	ACKLNG	И<--П
Данные (2...2)	Д1...Д8	D1...D8	И-->П
Занят	ЗАН	BUSY	ИП
Нуль (земля)	0 В	0 В
Питание	5 В	5 V

CENTRONIX имеет два новых сигнала: сигнал занятости приемника (ЗАН) и сигнал подтверждения (ПТВ). Временная диаграмма работы интерфейса ИРПР-приведена на рис.2.2.Передача данных начинается с проверки источником информации сигнала ЗАН (занят). Если ЗАН=0, то источник выставляет данные на шину данных (Д) и выдает сигнал СТР=0. Приемник по сигналу СТР читает данные на шине данных и устанавливает сигнал ЗАН=1 на время обработки прочитанных данных, которое зависит от конкретного принтера. После окончания обработки принятых данных приемник выдает сигнал ПТВ=0 и снимает сигнал ЗАН (ЗАН= 0). Приемник готов к новому циклу печати - приему нового символа. Если после приема данных источник в течение длительного времени не получил сигнала ПТВ (в разных ПЭВМ это время колеблется от 6 до 12 секунд), то источник считает, что произошла ошибка при передаче данных. Если приемник не готов по какой-либо причине принимать данные, то он устанавливает сигнал ЗАН=1. Более точная информация о причине отказа идентифицируется сигналами КБМ (конец бумаги) и ОШ (ошибка). Эти сигналы в таблицу 2.3 не включены.

Входной ток передатчика должен быть не менее 8 мА при передаче логического нуля, уровни сигналов на входе приемника должны соответствовать при логической "1" от 2,0 до 5,25 В, при логическом "0" от 0 до 0,8 В. Входной ток приемника не более 1,6 мА при приеме логического "0".

Интерфейсный кабель обычно выполняется витыми парами, длина кабеля не более 3 метров. Допустима длина кабеля до 20 метров при длительности сигнала СТР не менее 5,0 мкс. Следует заметить, что рассмотренные выше параллельные интерфейсы относятся к числу асинхронных, работающих в режиме "Запрос-ответ", то есть осуществляется передача с квитированием.

Последовательные интерфейсы передают данные последовательно бит за битом по одной линии связи. Частота, с которой передаются биты, называется скоростью передачи и измеряется в бодах (1 бод = 1 бит/с).В ПЭВМ используются несколько значений скоростей передачи: 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 4800, 9600 бод. Наибольшее распространение в принтерах получили следующие интерфейсы последовательного типа: Стык С2, RS-232, ИРПРС.

Интерфейсы Стык С2 и RS-232 наиболее распространены для подключения разнообразного периферийного оборудования, в том числе и принтеров. Стандарт RS-232 был разработан Ассоциацией Электронной Промышленности (EIA) в 1969 году. Отечественным аналогом интерфейса RS-232 является интерфейс Стык С2. Линии в последовательных интерфейсах называются цепями. Цепи интерфейса Стык С2 подразделяют на 2 группы: цепи общего назначения (серия 100) и цепи для автоматического установления соединения (серия 200). Для подключения принтеров используются цепи из серии 100.

Интерфейсы RS-232 и Стык С2 допускают использование дополнительных сигналов, не регламентируемых этими интерфейсами.

Для управления режимами работы интерфейса в последовательных интерфейсах типа RS-232 имеются специальные линии квитирования.

Цепь в последовательном интерфейсе может быть в двух состояниях: логическая "1" (состояние MARK) и логический "0" (состояние SPACE). Когда по цепи нет передачи данных, линия поддерживается в состоянии MARK.

На рис. 2.3 приведён байт данных (11010101), который "обрамлен" слева стартовым битом (переход из состояния MARK в состояние SPACE), а справа - битом паритета (P) и стоповым битом (переход из состояния SPACE в состояние MARK).Назначение цепей интерфейсов RS-232 и Стык С2 для подключения принтеров приведено в таблице 2.4.

Таблица 2.4

RS- 232	Стык С2	Назначение цепи
TxD	103	Данные,передаваемые принтером
RxD	104	Данные, принимаемые принтером
RTS	105	Запрос принтера на передачу данных
CTS	106	Готовность к приёму данных , передаваемых принтером
DSR	107	Готовность устройства передачи данных
DTR	108.2	Готовность принтера
DCD	109	Уровень сигнала, принимаемого принтером

В начале пакета (блока данных, передаваемого по последовательному интерфейсу за один цикл работы) находится старт-бит (стартовый бит, см. рис 2.3), который служит для индикации начала пакета по интерфейсу и синхронизации передающего и принимающего устройств. Так как передача осуществляется в асинхронном режиме, для определения интервалов времени передачи одного бита используется внутренний тактовый генератор устройства. Старт-бит переводит цепь из состояния MARK в состояние SPACE. При обнаружении начала старт-бита тактовый генератор отсчитывает половину длительности передачи старт-бита и проверяет состояние цепи. Если оно (состояние) не изменилось, то считается, что найдена середина старт бита, в противном случае это была помеха. Число старт-бит в пакете бывает равным 1; 1,5 или 2. После старт-бита следуют передаваемые данные. Разрядность передаваемых данных может быть равна 5; 7 или 8 битам. Далее следует необязательный бит четности (P-бит паритета) и стоп-бит (стоповый бит), оповещающий о конце пакета.

Стоп-биты устанавливают минимальный промежуток времени между окончанием передачи текущего байта и началом передачи следующего. Число стоп-битов обычно бывает равным числу старт-битов.

В принтерах используются различные протоколы передачи данных.

Для последовательных интерфейсов RS-232 и Стык С2 наиболее часто используются протоколы XON/XOFF – передача данных по сигналу «Готовность» и передача данных по запросу (ACK).

Суть протокола XON/XOFF заключается в том, что для прекращения передачи данных принтер посылает ЭВМ по цепи TxD (103) команду XOFF, а для возобновления

передачи данных – команду XON. Временная диаграмма протокола приведена на рис. 2.4.

Протокол передачи данных по сигналу «Готовность» (DTR) работает в режимах побайтовой и поблочной передачи данных. В некоторых принтерах (например в NR-15) при использовании этого протокола вводится дополнительный сигнал RCH, значение которого полностью совпадает с сигналом DRT. В побайтовом режиме, если установлен сигнал DTR (и RCH), компьютер посылает байт данных в принтер. После приема байта данных принтер снимает сигнал RCH (и DTR). Устройство (принтер) снова устанавливает этот сигнал, когда оно готово к приему данных, если в буфере принтера есть свободное место. Временная диаграмма протокола приведена на рис. 2.5,а.

В поблочном режиме компьютер посылает данные до тех пор, пока установлен сигнал DTR (и RCH). Временная диаграмма этого режима приведена на рис. 2.6,б.

По протоколу передачи данных по запросу (ACK) принтер посылает по цепи TxD (103) управляющий код ACK (код 6). Устройство готово к приему данных, если сигнал DTR (108.2) установлен; если буфер полон или устройство не может принимать данные, то сигнал DTR (108.2) сбрасывается. Временная диаграмма аналогична предыдущему режиму (рис. 2.6).

Электрические параметры и физическая реализация интерфейсов RS-232 и Стык С2:

• общее сопротивление нагрузки по постоянному току – 3 – 7 кОм;

• уровни сигналов MARK =-12 – 3 В, SPACE = 3 – 12 В;

• диапазон напряжений от +3 до –3 В является переходной зоной, в которой уровень сигнала становится неопределенным.

• для всех цепей время прохождения переходной зоны при изменении состояния не должно превышать 1 с;

• максимальная длина кабеля ограничивается в основном допустимыми искажениями сигналов на приемном конце, воздействием помех и разностью потенциалов заземленных точек приемника и передатчика.

Интерфейс ИРПРС является последовательным радиальным и используется для подключения устройств с последовательной передачей данных. При этом он обеспечивает единые способы обмена информацией для различных периферийных устройств (стартстопных, с буфером или без буфера). Назначение цепей нтерфейса приведено в таблице 2.5.

Таблица 2.5

Номер цепи	Наименование цепи	Обозначение	Направление передачи
1	Передаваемые данные	ПД+ ПД-	ИП ИП
2	Прин П Принимаемые данные	ПрД+ ПрД-	ПИ ПИ
3	Готовность приемника (необязательная цепь)	ГП+ ГП-	ПИ ПИ
4	Общая цепь (земля)

Как видно из таблицы 2.5, интерфейс ИРПРС является четырехпроводным дуплексным интерфейсом (обеспечивает одновременную передачу в 2-х направлениях.

Название "токовая петля" интерфейс получил в связи с тем, что передача осуществляется постоянным током. Цепь 1 предназначена для передачи информации от источника в приемник, цепь 2 (если есть соединение) соединена с цепью 1 в источнике. Если источник предназначен только для передачи (случай типичный для принтеров), то цепь 2 остается разомкнутой. В этом случае схема соединения источника с приемником имеет вид, приведенный на рис.2.8.

На рис.2.8 ключ (К), обеспечивающий посылку тока в линию связи, Е- источник ЭДС, R - нагрузка (входное сопротивление источника).

В том случае, если необязательная цепь готовности используется, то ее состояние "1" указывает на готовность приемника, "0" - на неготовность приемника принимать данные.

Формат передаваемых данных и протоколы передачи данных те же, что и в интерфейсе RS-232. Рекомендуемый формат передаваемого пакета: число стартовых бит - 1, разрядность данных - 8 бит.

Физическая реализация "токовой петли" предусматривает, чтобы электропитание при активном режиме работы передатчика осуществлялось передатчиком (на схеме рис.2.8 источником).

Напряжение на выходных зажимах активных цепей должно быть не более 25 вольт. Уровни логических "1" и "0" равны:

- при токовой петле 40 mA: MARK от 30 до 50 mA;

SPACE от 0 до 5 mA;

- при токовой петле 20 mA: MARK от 15 до 25 mA;

SPACE от 0 до 3 mA.

Падение напряжения, измеренные на контактах приемника в состоянии MARK в цепи, должно быть меньше 2,5 вольт.

Кодовые таблицы принтеров. В системах обработки данных внутреннее (внутримашинное) представление символов и других знаков, выводимых на печать, основано на определенной системе кодирования - кодовой таблице. В зарубежных ЭВМ и принтерах широко используется кодовая таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange - Американский стандарт кодов для обмена информацией). Стандарт ASCII регламентирует только коды от 0 до 7F (0 - 127 ), которые занимают левую половину таблицы. Вторая (правая) половина таблицы предназначена для символов национальных алфавитов, псевдографики и других специальных символов. Таблица ASCII приведена на рис.2.7.

В таблицу ASCII (в ее правую половину) внесены символы русского алфавита (кириллицы), поэтому эта таблица одновременно соответствует таблице КОИ-8 (новый вариант), которая используется в отечественных ЭВМ и принтерах. Вертикальные колонки 8 и 9 соответствуют колонкам 0 и 1 левой половины таблицы. В этих колонках указаны управляющие символы (в русской интерпретации). Цифры и специальные знаки русского алфавита соответствуют аналогичным цифрам и специальным знакам левой половины таблицы (колонки 2 и 3).

Рассмотрим, как пользоваться (при необходимости) таблицей ASCII или КОИ-8 для определения двоичного кода каждого элемента таблицы.

Выше было отмечено, что внутреннее представление символа - байт. Первый полубайт (старший) представляет собой номер колонки таблицы, а второй

(младший) - номер строки таблицы. Поэтому для определения кода любого символа достаточно перевести в двоичный код шестнадцатеричные номера колонки и строки, на пересечении которых находится интересующий нас символ (см. таблицу ниже).

Символ	16-ричное	2-ичное
Цифра “0”	31	0011 0001
Цифра “4”	34	0011 0100
Знак “=“	3D	0011 1101
Латинская буква “G”	47	0100 0111
Русская буква “И”	B7	1011 0111
Служебный символ “ESC”	1B	0001 1011

Кроме рассмотренной выше таблицы ASCII - КОИ-8 существуют другие кодовые таблицы, построенные на основе стандарта ASCII. Их называют расширением ASCII (или расширенным ASCII). Среди расширений ASCII наиболее распространены следующие:

- Кодовая таблица фирмы IBM - MATHII,

- Кодовая таблица фирмы IBM - MATRIX,

- Кодовая таблица фирмы EPSON,

- Основная кодовая таблица (Россия),

- Альтернативная кодовая таблица (Россия),

- Кодовая таблица MIC (Болгария),

- Кодовая таблица КОИ-8 (Новая редакция),

- Кодовая таблица КОИ-8 (Старая редакция) и ряд других.

Эти таблицы отличаются, в основном, различными вариантами использования правой половины кодовой таблицы ASCII, в которую включаются различные варианты начертания символов, символы псевдографики. Основа же ASCII в указанных таблицах остается неизменной. В связи с достаточно большим многообразием вариантов кодовых таблиц следует отметить, что, выбирая принтер, необходимо обращать внимание на кодовую таблицу, используемую в данном устройстве. Она должна совпадать с кодовой таблицей компьютера, к которому принтер должен подключаться. В противном случае необходимо предусмотреть меры для обеспечения совместимости ПЭВМ и принтера по кодовым таблицам.