Для долговременного хранения информации в ЭВМ используют самые различные устройства. Наиболее распространенными являются устройства, в которых для записи и хранения информации применяют магнитные носители: магнитные ленты, магнитные диски и т. д. Обычно эти устройства из-за своей сложности имеют высокую стоимость, поэтому с появлением дешевых микро-ЭВМ для долговременного хранения информации стали все чаще и чаше использовать кассетные магнитофоны. Для этой цели были разработаны как специализированные цифровые магнитофоны, так и устройства сопряжения с бытовыми кассетными магнитофонами.

В этой статье вы познакомитесь с описанием модуля сопряжения бытового кассетного магнитофона с микроЭВМ, Модуль позволяет записывать и считывать информацию со скоростью 1500 бит/с. Плотность записи при этом составляет около 32 бит на миллиметр. Совместно с модулем авторы используют кассетный магнитофон "Романтик-306" и кассеты МК-60-2. однако возможно использование любого другого близкого по параметрам монофонического или стереофонического кассетного магнитофона. При указанной скорости записи и чтения данных на одну кассету МК-60-2 с двух сторон можно записать до 600 килобайт информации.

Используя метод двухфазного кодирования, можно так преобразовать (закодировать) поток данных, что он не будет содержать постоянной составляющей. Это позволит записывать данные (двухфазные коды) на магнитную ленту непосредственно без предварительной модуляции.

На границе двух одинаковых по значению смежных битов (моменты времени Тr) также всегда происходит изменение значения двухфазного кода. На границе разных по значению смежных битов изменение двухфазного кода не происходит.

Подобным образом должны быть закодированы все биты информации, записываемые на ленту. Период времени Тслед, выбран равным 0,666 мс. При этом скорость записи-считывания равна 1500 бит/с. Опыт показал, что при такой скорости можно обеспечить надежное. практически безошибочное считывание информации.

После распознавания и запоминания принятого бита происходит задержка в работе программы, равная 0,75 Тслед, и весь процесс считывания информации начинается вновь.

Рассмотрим, каким образом описанный алгоритм работы модуля сопряжения реализован аппаратно и программно.

При записи на магнитную ленту на D - триггере D4 очередной бит данных хранится до прихода следующего сигнала записи в устройство с адресом 01Н. С выхода триггера D4 через инвертор D3.3 и фильтр нижних частот закодированный бит данных поступает на вход "запись с звукоснимателя" кассетного магнитофона.

При воспроизведении сигнал с линейного выхода магнитофона через фильтр нижних частот поступает на вход операционного усилителя А1. На выходе усилителя формируются прямоугольные импульсы амплитудой ±5 В. Диод V1 срезает отрицательную составляющую сигнала. Далее считанный и сформированный сигнал через микросхему D1 поступает на шину данных микро-ЭВМ.

Программное обеспечение блока сопряжения выполняет следующие функции:

• при записи данных сначала производит преобразование записываемого байта на параллельного в последовательный вид. т. е. все биты одного записываемого байта последовательно заносятся в триггер D4;
• затем каждый записываемый бит кодирует в соответствии с методом двух-фазного кодирования, который был описан выше;

• и наконец, формирует соответствующие временные интервалы.

На рис.4 представлен текст подпрограммы записи ЗПМАГ. Эта подпрограмма производит запись одного байта информации. Для записи последовательности байтов необходимо несколько раз обратиться к этой подпрограмме. Для этого основная программа помещает байт информации, который необходимо записать, в регистр А и после этого вызывает подпрограмму по команде CALL ЗПМАГ.

Рис. 4

Перед началом своей работы подпрограмма "сохраняет" содержимое всех регистров микропроцессора в стеке, а по окончании - восстанавливает содержимое регистров. Параллельно-последовательное преобразование происходит при выполнении команды циклического сдвига содержимого аккумулятора - RLC. При этом в младший разряд аккумулятора при каждом выполнении этой команды оказывается записанным очередной бит данных, начиная со старшего бита записываемого байта данных.

Двухфазное кодирование реализовать очень просто, если использовать операцию "исключающее ИЛИ" над содержимым аккумулятора и какого-либо внутреннего регистра микропроцессора.

Напомним, что при выполнении операции "исключающее ИЛИ" над двумя битами в результате будет "1" в том и только в том случае, если входные величины имеют разные значения. Первые полпериода (0,5Тслед), в этот временный интервал формирует специальная подпрограмма "ЗАДР05", выполняется операция "исключающее ИЛИ" над передаваемым битом и "1", вторые полпериода аналогичная операция выполняется с "0".

В поле комментариев приведены соответствующие разъяснения для каждой команды.

Подпрограмма чтения несколько сложнее подпрограммы записи и вот по каким причинам. Во-первых, информация записывается на ленту в виде сплошного потока битов, а нам важно выделить из этого потока отдельные байты, так как разрядность микроЭВМ равна 8 битам, т.е. 1 байту, поэтому для достижения байтовой синхронизации должны быть предусмотрены дополнительные меры. Во-вторых, общая проблема при использовании метода двухфазного кодирования - это задача распознавания: не является ли считанный сигнал инвертированным (в магнитофоне сигнал может инвертироваться как четное, так и нечетное число раз).

Рис. 5

Обе эти задачи решены следующим образом. Перед записью блока информации на ленту сначала записывают специальный байт синхронизации. Его значение в данном случае Е6Н. При чтении программа прежде всего определяет, равен ли считанный байт байту синхронизации. Возврат в основную программу не происходит, пока на ленте не будет обнаружен либо байт синхронизации, либо его инверсное значение (19Н). Если обнаруженный байт синхронизации инвертирован, то перед возвратом из подпрограммы инвертируются и все остальные считываемые байты.

Текст подпрограммы чтения "ЧТМАГ" приведен на рис.5. Основная программа вызывает подпрограмму "ЧТМАГ", помещая в аккумулятор величину FFH, что "говорит ей" о необходимости поиска байта синхронизации, или величину 08Н - указатель того, что синхронизация уже была достигнута ранее. Подпрограмма "ЧТМАГ" не изменяет содержимого регистров микропроцессора, за исключением содержимого регистра А, в котором при возврате из подпрограммы находится байт информации, считанный с ленты. Подпрограмма производит считывание информации с ленты бит за битом, пока не будут "накоплены" все 8 битов одного байта.

Рис. 7

Для временного хранения результата использован регистр С, в который первоначально записывают величину 00Н. В начале роботы подпрограммы "ЧТМАГ" происходит считывание информации из порта 01Н до тех пор, пока не произойдет изменение сигнала из "0" в "1" или наоборот из "1" в "0". После этого выполняется операция логического сложения (ИЛИ) считанного бита и предыдущего результата, находящегося в регистре С, содержимое которого предварительно должно быть сдвинуто влево, для освобождения места для нового бита. Далее происходит задержка работы программы на 0,75Тслед (подпрограмма "ЗАДР75"). Это необходимо для уверенного считывания данных в середине "полубита".

После декодирования принятого бита программа всегда проверяет: была ли синхронизация достигнута или нет. Об этом можно узнать по содержимому аккумулятора, которое определяется основной программой, как было описано выше. Если синхронизация не достигнута, то после приема каждого бита происходит сравнение результата с байтом синхронизации (Е6Н) или его инверсией (19Н) до тех пор, пока байт синхронизации не будет принят. Если он инвертирован, то в специально отведенную ячейку памяти "ИНВЕРС" записывается величина FFH - признак инверсии, в противном случае в эту ячейку записывается 00Н. Если синхронизация уже достигнута и в ячейке "ИНВЕРС" записан код FFH, то "собранный" в аккумуляторе байт перед возвратом в основную программу инвертируется. Напомним, что константу. определяющую время работы подпрограммы "ЗАДР75", необходимо изменить, если частота сигналов С1 и С2 отличается от 2 МГц. Дополнительные разъяснения по программе даны в поле комментариев.

Подпрограммы "ЧТМАГ" и "ЗПМАГ" входят в состав основной управляющей программы микро-ЭВМ. Приведенные на рис.4 и 5 подпрограммы специально оттранслированы для работы в той части адресов памяти, где в нашей микро-ЭВМ находится ОЗУ. Подпрограммы можно ввести в ОЗУ с помощью описанного ранее отладочного модуля и использовать для тестирования модуля сопряжении. Кроме этих подпрограмм, нам потребуются еще две небольшие программы. На рис.6 приведена программа, позволяющая записать на ленту длинную серию байтов, имеющих значение 22Н. С помощью этой программы можно получить "тест-ленту" для проверки модуля сопряжения.

При работе с основной управляющей программой микро-ЭВМ информация на ленту записывается в определенном формате. Кроме полезной информации, на ленту записываются и специальные служебные байты. Формат, таких записей будет подробно рассмотрен при описании основной управляющей программы микро-ЭВМ.

Описанный модуль сопряжения отличают простота, высокая достоверность и большая скорость записи-считывания информации.

Г. ЭЕЛЕНКО, В. ПАНОВ, С. ПОПОВ