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Adattatore RS-232 semplice - Current Loop
Un adattatore per il collegamento di un computer PC e controller con un'interfaccia loop corrente. Non richiede parti scarse, è disponibile per la produzione anche a casa.
Nel 1969, l'American Electronic Industries Association ha sviluppato l'interfaccia di comunicazione RS-232C. Il suo scopo iniziale è quello di fornire comunicazioni tra computer remoti a lunga distanza.
Un analogo di questa interfaccia in Russia si chiama "Joint S2". La comunicazione tra computer avviene tramite modem, ma allo stesso tempo dispositivi come un "mouse", chiamato anche "komovskaya", nonché scanner e stampanti, sono stati collegati ai computer tramite l'interfaccia RS-232C. Naturalmente, tutti avrebbero dovuto essere in grado di connettersi tramite l'interfaccia RS-232C.
Attualmente, tali dispositivi sono completamente fuori uso, sebbene RS-232C sia ancora richiesto: anche alcuni nuovi modelli di laptop hanno questa interfaccia. Un esempio di tale laptop è il modello di laptop industriale TS Strong @ Master serie 7020T Core2Duo. Tale laptop nei negozi "Home Computer", ovviamente, non vende.
Alcuni controller industriali hanno un'interfaccia loop corrente. Per collegare un computer con un'interfaccia RS-232C e un controller simile, vengono utilizzati vari adattatori. Questo articolo ne descrive uno.
L'adattatore RS-232 - Current Loop è stato sviluppato dagli specialisti della nostra azienda e durante il funzionamento ha mostrato un'elevata affidabilità. La sua caratteristica distintiva è che fornisce un completo isolamento galvanico del computer e del controller. Una tale progettazione del circuito riduce notevolmente la probabilità di guasto di entrambi i dispositivi. Inoltre, è facile realizzarlo da soli in condizioni di produzione: lo schema non è di grandi dimensioni, non contiene parti scarse e, di regola, non ha bisogno di essere modificato.
Per spiegare il funzionamento di questo circuito, è necessario ricordare, almeno in termini generali, il funzionamento delle interfacce RS-232C e Current Loop. L'unica cosa che li unisce è la trasmissione seriale dei dati.
La differenza è che i segnali hanno diversi livelli fisici. Inoltre, l'interfaccia RS-232C, oltre alle linee di trasmissione dati effettive, ha diversi segnali di controllo aggiuntivi progettati per funzionare con il modem.
Il processo di trasmissione dei dati sulla linea TxD è mostrato nella Figura 1. (TxD è la linea del trasmettitore. I dati da essa vengono emessi in sequenza dal computer).
Innanzitutto, va notato che i dati vengono trasmessi utilizzando la tensione bipolare: il livello di zero logico nella linea corrisponde a una tensione di + 3 ... + 12V e il livello di un'unità logica di -3 ... 12V. Secondo la terminologia derivante dalla tecnologia telegrafica, lo stato di uno zero logico viene talvolta chiamato SPASE o "depress", mentre l'unità logica viene chiamata MARK - "press".
Figura 1
Per i circuiti CONTROL, una tensione positiva corrisponde a un'unità logica (attiva) e una tensione negativa a uno zero logico (disattivata). Tutte le misurazioni vengono eseguite rispetto al contatto SG (terra delle informazioni).
Il trasferimento effettivo dei dati viene eseguito in modalità start-stop mediante un metodo asincrono sequenziale. L'applicazione di questo metodo non richiede la trasmissione di ulteriori segnali di sincronizzazione e, di conseguenza, linee aggiuntive per la loro trasmissione.
Le informazioni vengono trasmesse in byte (numero binario a otto bit), integrate da informazioni generali. Innanzitutto, si tratta di un bit iniziale (un bit è un bit binario), dopodiché seguono otto bit di dati. Direttamente dietro di loro arriva il bit di parità e, dopo tutto, il bit di stop. Possono esserci più bit di stop. (Un bit è un'abbreviazione per una cifra binaria inglese - una cifra binaria).
In assenza di trasmissione dei dati, la linea è nello stato di un'unità logica (la tensione nella linea è -3 ... 12V). Il bit di avvio avvia la trasmissione, impostando la linea su un livello zero logico. Un ricevitore collegato a questa linea, dopo aver ricevuto il bit di avvio, avvia un contatore che conta gli intervalli di tempo previsti per la trasmissione di ciascun bit. Al momento giusto, di regola, nel mezzo dell'intervallo, il ricevitore cancella lo stato della linea e ricorda il suo stato. Questo metodo legge le informazioni dalla riga.
Per verificare l'affidabilità delle informazioni ricevute, viene utilizzato il bit di controllo di parità: se il numero di unità contenute nel byte trasmesso è dispari, viene aggiunta un'altra unità ad esse - il bit di controllo di parità. (Tuttavia, questa unità può aggiungere byte al contrario fino a quando non è dispari. Tutto dipende dal protocollo di trasferimento dati accettato).
Sul lato ricevitore, viene verificata la parità e se viene rilevato un numero dispari di unità, il programma correggerà l'errore e adotterà misure per eliminarlo. Ad esempio, potrebbe richiedere una ritrasmissione del byte non riuscito. È vero, il controllo di parità non è sempre attivato, questa modalità può essere semplicemente disattivata e il bit di controllo in questo caso non viene trasmesso.
La trasmissione di ciascun byte termina con bit di stop. Il loro scopo è quello di fermare il funzionamento del ricevitore, che, secondo il primo di essi, va ad aspettare che il prossimo byte venga ricevuto, più precisamente, il suo bit di avvio. Il livello del bit di stop è sempre logico 1, proprio come il livello nelle pause tra i trasferimenti di parole. Pertanto, modificando il numero di bit di stop, è possibile regolare la durata di queste pause, il che consente di ottenere una comunicazione affidabile con una durata minima.
L'intero algoritmo dell'interfaccia seriale nel computer viene eseguito da controller speciali senza la partecipazione di un processore centrale. Quest'ultimo configura questi controller solo per una determinata modalità e carica i dati su di esso per la trasmissione o riceve i dati ricevuti.
Quando si lavora con un modem, l'interfaccia RS-232C fornisce non solo linee dati, ma anche segnali di controllo aggiuntivi. In questo articolo, considerarli in dettaglio semplicemente non ha senso, dal momento che solo due di essi vengono utilizzati nel circuito adattatore proposto. Questo sarà discusso di seguito nella descrizione dello schema elettrico.
Oltre a RS-232C, l'interfaccia seriale IRPS (Radial Interface with Serial Communication) è molto diffusa. Il suo secondo nome è Current Loop. Questa interfaccia corrisponde logicamente a RS-232C: lo stesso principio di trasmissione dati seriale e lo stesso formato: bit di avvio, byte di dati, bit di parità e bit di stop.
La differenza da RS-232C sta solo nell'implementazione fisica del canale di comunicazione. I livelli logici non vengono trasmessi dalle tensioni, ma dalle correnti. Uno schema simile consente di organizzare la comunicazione tra dispositivi situati a una distanza di un chilometro e mezzo.
Inoltre, il "loop corrente", diversamente dall'RS-232C, non ha segnali di controllo: per impostazione predefinita, si presume che siano tutti in uno stato attivo.
In modo che la resistenza delle lunghe linee di comunicazione non influisca sui livelli del segnale, le linee sono alimentate tramite stabilizzatori di corrente.
La figura seguente mostra un diagramma molto semplificato dell'interfaccia del loop corrente. Come già accennato, la linea è alimentata da una fonte di corrente, che può essere installata nel trasmettitore o nel ricevitore, non importa.
Figura 2
Un'unità logica nella linea corrisponde a una corrente di 12 ... 20 mA e uno zero logico corrisponde a una mancanza di corrente, più precisamente, non più di 2 mA. Pertanto, lo stadio di uscita del "circuito di corrente" del trasmettitore è un semplice interruttore a transistor.
Un accoppiatore ottico a transistor viene utilizzato come ricevitore, che fornisce l'isolamento galvanico dalla linea di comunicazione. Affinché la comunicazione sia bidirezionale, è necessario un altro loop (due linee di comunicazione), sebbene i metodi di trasmissione siano noti in due direzioni e su una coppia intrecciata.
La facilità di manutenzione del canale di comunicazione è molto semplice da verificare se si include un milliamperometro nello spazio di uno dei due fili, preferibilmente un comparatore. In assenza di trasmissione dei dati, dovrebbe mostrare una corrente prossima a 20 mA e, se i dati vengono trasmessi, si può notare un leggero spasmo della freccia. (Se la velocità di trasmissione non è elevata, ma la trasmissione stessa è in pacchetti).
Lo schema circuitale dell'adattatore RS-232C - "Current loop" è mostrato in Figura 3.
Figura 3. Diagramma schematico dell'adattatore RS-232C - "Current loop" (facendo clic sull'immagine si aprirà il diagramma in un formato più grande)
Nello stato iniziale, il segnale Rxd è nello stato di un'unità logica (vedi Figura 1), ovvero la tensione su di esso è -12 V, che porta all'apertura dell'accoppiatore ottico transistor DA2, e con esso il transistor VT1, attraverso il quale scorre una corrente di 20 mA attraverso lo stabilizzatore di corrente e il LED dell'accoppiatore ottico ricevitore del controller, come mostrato nella Figura 4. Per il "loop corrente", questo è lo stato dell'unità logica.
Quando il segnale Rxd assume un valore zero logico (tensione + 12V), il fotoaccoppiatore DA2 viene chiuso e il transistor VT1 è collegato con esso, quindi la corrente diventa zero, che soddisfa pienamente i requisiti dell'interfaccia "Current loop". In questo modo, i dati seriali verranno trasferiti dal computer al controller.
I dati dal controller al computer vengono trasmessi attraverso il fotoaccoppiatore DA1 e il transistor VT2: quando la linea di loop corrente è nello stato di un'unità logica (corrente 20 mA), il fotoaccoppiatore apre il transistor VT2 e una tensione di -12 V appare all'ingresso del ricevitore RS-232C, che, secondo la Figura 1, è il livello logico unità. Ciò corrisponde a una pausa tra i trasferimenti di dati.
Quando il loop di corrente è zero (zero logico) sulla linea di comunicazione del loop di corrente, il fotoaccoppiatore DA1 e il transistor VT2 sono chiusi sull'ingresso RxD, ci sarà una tensione di + 12V - corrisponde al livello di zero logico.
Per ricevere la tensione bipolare all'ingresso RxD, vengono utilizzati i segnali DTR Data Terminal Ready e RTS Request to Send.
Questi segnali sono progettati per funzionare con il modem, ma in questo caso vengono utilizzati come fonte di alimentazione per la linea RxD, quindi non è necessaria una fonte aggiuntiva. A livello di programmazione, questi segnali vengono impostati in questo modo: DTR = + 12V, RTS = -12V. Queste tensioni sono isolate l'una dall'altra dai diodi VD1 e VD2.
Per la produzione indipendente dell'adattatore, sono necessari i seguenti dettagli.
Elenco di articoli.
DA, DA = 2xAOT128
R1 = 1x4,7 K.
R2, R4 = 2x100K
R3 = 1x200
R6, R7 = 2x680
R8, R9, R10 = 3x1M
VD1, VD2, VD3, VD4, VD5 = 5xKD522
VT1, VT2 = 2xKT814G
Se, invece degli accoppiatori ottici AOT128 domestici, viene utilizzata l'importazione 4N35, che è molto probabilmente nell'attuale mercato radio, i resistori R2, R4 dovrebbero essere impostati su 820K ... 1M.
La connessione del controller al computer è mostrata nella Figura 4. (Gli stabilizzatori di corrente si trovano nel controller).
Figura 4
La Figura 5 mostra la scheda adattatore finita.
Figura 5 Dadattatore per scheda madre
La connessione a un computer viene effettuata utilizzando un connettore standard di tipo DB-9, (parte femmina) utilizzando un cavo della porta seriale standard.
A volte, rimangono simili cavi di aspetto dall'UPS (senza interruzioni). Hanno un cablaggio specifico e non sono adatti per il collegamento di un adattatore.
Le linee di interfaccia del loop corrente sono collegate mediante morsetti.
Boris Aladyshkin
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