kategória: Najlepšie články » Praktická elektronika
Počet zobrazení: 71885
Komentáre k článku: 5

Jednoduchý adaptér RS-232 - prúdová slučka

Adaptér na pripojenie PC počítača a radičov s rozhraním aktuálnej slučky. Nevyžaduje vzácne diely, je k dispozícii na výrobu aj doma.

V roku 1969 Asociácia amerického elektronického priemyslu vyvinula komunikačné rozhranie RS-232C. Jeho pôvodným účelom je poskytnúť komunikáciu medzi počítačmi, ktoré sú vzdialené na veľkú vzdialenosť.

Analóg tohto rozhrania v Rusku sa nazýva „Joint S2“. Komunikácia medzi počítačmi sa uskutočňuje pomocou modemov, ale súčasne sa k počítačom prostredníctvom rozhrania RS-232C pripájali zariadenia ako „myš“, ktorá sa tiež nazývala „komovskaya“, ako aj skenery a tlačiarne. Samozrejme, všetci mali byť schopní sa pripojiť cez rozhranie RS-232C.

V súčasnosti sa takéto zariadenia úplne nepoužívajú, hoci RS-232C je stále žiadaný: toto rozhranie majú aj niektoré nové modely prenosných počítačov. Príkladom takého notebooku je priemyselný model prenosného počítača TS Strong @ Master 7020T Series Core2Duo. Takýto laptop v obchodoch "domáci počítač", samozrejme, nepredávajú.

Niektoré priemyselné regulátory majú rozhranie s prúdovou slučkou. Na pripojenie počítača s rozhraním RS-232C a podobným ovládačom sa používajú rôzne adaptéry. Tento článok popisuje jeden z nich.

Adaptér RS-232 - Current Loop bol vyvinutý odborníkmi nášho podniku a počas prevádzky vykazoval vysokú spoľahlivosť. Jeho charakteristickou črtou je, že poskytuje úplnú galvanickú izoláciu počítača a ovládača. Takáto konštrukcia obvodu značne znižuje pravdepodobnosť zlyhania oboch zariadení. Okrem toho je ľahké dostať sa za výrobných podmienok: schéma nie je veľká, neobsahuje žiadne vzácne časti a spravidla nevyžaduje úpravu.

Na vysvetlenie činnosti tohto obvodu je potrebné, prinajmenšom všeobecne, pripomenúť činnosť rozhraní RS-232C a prúdovej slučky. Jediné, čo ich spája, je sériový prenos údajov.

Rozdiel je v tom, že signály majú rôzne fyzické úrovne. Okrem toho má rozhranie RS-232C okrem skutočných vedení na prenos údajov aj niekoľko ďalších riadiacich signálov určených na prácu s modemom.

Proces prenosu dát na vedení TxD je znázornený na obrázku 1. (TxD je prenosové vedenie. Dáta z neho sa postupne prenášajú z počítača).

Najskôr je potrebné poznamenať, že údaje sa prenášajú pomocou bipolárneho napätia: úroveň logickej nuly v riadku zodpovedá napätiu + 3 ... + 12 V a úroveň logickej jednotky -3 ... 12 V. Podľa terminológie, ktorá vychádza z telegrafickej technológie, sa stav logickej nuly niekedy nazýva SPASE alebo „release“, zároveň sa logická jednotka nazýva MARK - „click“.

Obrázok 1

Pre obvody CONTROL kladné napätie zodpovedá logickej jednotke (zapnuté) a záporné napätie logickej nule (vypnuté). Všetky merania sa vykonávajú s ohľadom na kontakt SG (informačná pôda).

Skutočný prenos údajov sa vykonáva v režime štart-stop sekvenčnou asynchrónnou metódou. Použitie tohto spôsobu nevyžaduje prenos akýchkoľvek ďalších synchronizačných signálov, a teda ani ďalšie linky na ich prenos.

Informácie sa prenášajú v bajtoch (osem bitové binárne číslo), ktoré sú doplnené režijnými informáciami. Po prvé, je to počiatočný bit (bit je jeden binárny bit), po ktorom nasleduje osem dátových bitov. Priamo za nimi prichádza paritný bit a po tom všetkom stop bit. Môže existovať niekoľko stop bitov. (Bit je skratka pre anglickú binárnu číslicu - binárnu číslicu).

Bez prenosu dát je vedenie v stave logickej jednotky (napätie v vedení je -3 ... 12 V). Počiatočný bit začína prenos a nastavuje linku na logickú nulovú úroveň. Prijímač pripojený k tejto linke po prijatí počiatočného bitu spustí počítadlo, ktoré počíta časové intervaly určené na prenos každého bitu. V pravý čas spravidla uprostred intervalu prijímač vráti stav linky a zapamätá si jej stav. Táto metóda načíta informácie z riadku.

Na overenie spoľahlivosti prijatých informácií sa používa bit kontroly parity: ak je počet jednotiek obsiahnutých vo vysielanom bajte nepárny, pridá sa k nim ešte jedna jednotka - bit kontroly parity. (Táto jednotka však môže pridávať bajty naopak, až kým nie je nepárne. Všetko záleží na akceptovanom protokole prenosu údajov).

Na strane prijímača sa kontroluje parita a ak sa zistí nepárny počet jednotiek, program chybu opraví a podnikne opatrenia na jej odstránenie. Napríklad môže požadovať opakovaný prenos zlyhaného bajtu. Je pravda, že kontrola parity nie je vždy aktivovaná, tento režim sa dá jednoducho vypnúť a kontrolný bit sa v tomto prípade neprenáša.

Prenos každého bajtu končí zastavovacími bitmi. Ich účelom je zastaviť činnosť prijímača, ktorý podľa prvého z nich čaká na ďalší bajt alebo skôr na jeho začiatočný bit. Úroveň stop bitov je vždy logická 1, rovnako ako úroveň v prestávkach medzi prenosmi slov. Preto zmenou počtu stop bitov môžete upraviť trvanie týchto pauzy, čo umožňuje dosiahnuť spoľahlivú komunikáciu s minimálnym trvaním.

Celý algoritmus sériového rozhrania v počítači vykonávajú špeciálne kontroléry bez účasti centrálneho procesora. Posledne menovaná konfiguruje tieto radiče iba pre určitý režim a do nich ukladá údaje na prenos alebo prijíma prijaté údaje.

Pri práci s modemom poskytuje rozhranie RS-232C nielen dátové vedenia, ale aj ďalšie riadiace signály. V tomto článku ich podrobné preskúmanie jednoducho nedáva zmysel, pretože iba dva z nich sa používajú v navrhovanom obvode adaptéra. Toto bude popísané nižšie v opise schémy zapojenia.

Okrem RS-232C je veľmi rozšírené sériové rozhranie IRPS (radiálne rozhranie so sériovou komunikáciou). Jeho druhé meno je Current Loop. Toto rozhranie logicky zodpovedá RS-232C: rovnaký princíp prenosu sériových údajov a rovnaký formát: počiatočný bit, dátový bajt, paritný bit a stop bit.

Rozdiel od RS-232C spočíva iba vo fyzickej implementácii komunikačného kanála. Logické úrovne nie sú prenášané napätím, ale prúdmi. Podobná schéma umožňuje organizovať komunikáciu medzi zariadeniami nachádzajúcimi sa vo vzdialenosti jeden a pol kilometra.

Okrem toho „aktuálna slučka“ na rozdiel od RS-232C nemá žiadne riadiace signály: v predvolenom nastavení sa predpokladá, že sú všetky v aktívnom stave.

Aby odpor dlhých komunikačných vedení neovplyvnil úrovne signálu, sú vedenia napájané prúdovými stabilizátormi.

Obrázok nižšie ukazuje veľmi zjednodušený diagram rozhrania aktuálnej slučky. Ako už bolo uvedené, vedenie je napájané z prúdového zdroja, ktorý môže byť inštalovaný buď do vysielača alebo do prijímača, na čom nezáleží.

Obrázok 2

Logická jednotka v riadku zodpovedá prúdu 12 ... 20 mA a logická nula zodpovedá nedostatku prúdu, presnejšie nie viac ako 2 mA. Preto je výstupným stupňom „prúdovej slučky“ vysielača jednoduchý tranzistorový spínač.

Tranzistorový optočlen sa používa ako prijímač, ktorý poskytuje galvanické oddelenie od komunikačnej linky. Aby komunikácia bola obojsmerná, je potrebná jedna rovnaká slučka (dve komunikačné linky), hoci spôsoby prenosu sú známe v dvoch smeroch a na jednom skrútenom páre.

Použiteľnosť komunikačného kanála je veľmi jednoduchá na kontrolu, či ste do medzery jedného z dvoch vodičov, pokiaľ možno číselník, zaradili miliameter. Ak nie je prenos údajov, mal by ukazovať prúd takmer 20 mA, a ak prebieha prenos údajov, môžete si všimnúť mierne šklbanie šípky. (Ak prenosová rýchlosť nie je vysoká, ale samotný prenos je v paketoch).

Schéma zapojenia adaptéra RS-232C - „Current loop“ je na obrázku 3.

Obrázok 3. Schematický diagram adaptéra RS-232C - „Aktuálna slučka“ (kliknutím na obrázok sa schéma otvorí vo väčšom formáte)

V počiatočnom stave je signál Rxd v stave logickej jednotky (pozri obrázok 1), to znamená, že napätie na ňom je -12 V, čo vedie k otvoreniu tranzistorového optočlena DA2, a s ním tranzistor VT1, ktorým prúdi prúd 20 mA cez stabilizátor prúdu a optočlen LED. Prijímač radiča, ako je znázornené na obrázku 4. V prípade „prúdovej slučky“ je to stav logickej jednotky.

Keď signál Rxd vezme logickú nulovú hodnotu (napätie + 12V), optočlen DA2 sa uzavrie a tranzistor VT1 je s ním spojený, takže prúd sa stane nulou, čo plne vyhovuje požiadavkám rozhrania „Current loop“. Týmto spôsobom budú sériové dáta prenášané z počítača do riadiacej jednotky.

Dáta z kontroléra do počítača sa prenášajú cez optočlen DA1 a tranzistor VT2: keď je prúdová slučka v stave logickej jednotky (prúd 20 mA), optočlen otvorí tranzistor VT2 a na vstupe prijímača RS-232C sa objaví napätie -12 V, ktoré je podľa obrázku 1 logickou úrovňou jednotkou. To zodpovedá prestávke medzi dátovými prenosmi.

Ak je prúdová slučka na komunikačnej linke prúdovej slučky nula (logická nula), optočlen DA1 a tranzistor VT2 sú na vstupe RxD uzavreté, napätie +12V - zodpovedá úrovni logickej nuly.

Na príjem bipolárneho napätia na vstupe RxD sa používajú signály DTR Data Terminal Ready a RTS Request to Send.

Tieto signály sú navrhnuté tak, aby pracovali s modemom, ale v tomto prípade sa používajú ako zdroj energie pre vedenie RxD, takže nie je potrebný ďalší zdroj. Programovo sa tieto signály nastavujú týmto spôsobom: DTR = + 12V, RTS = -12V. Tieto napätia sú navzájom izolované diódami VD1 a VD2.

Pre nezávislú výrobu adaptéra budete potrebovať nasledujúce podrobnosti.

Zoznam položiek.

DA, DA = 2xAOT128

R1 = 1x4,7 K

R2, R4 = 2x100K

R3 = 1x200

R6, R7 = 2x680

R8, R9, R10 = 3x1 M

VD1, VD2, VD3, VD4, VD5 = 5xKD522

VT1, VT2 = 2xKT814G

Ak sa namiesto domácich optočlenov AOT128 použije import 4N35, čo je najpravdepodobnejšie na súčasnom trhu s rádiom, rezistory R2, R4 by mali byť nastavené na 820 K ... 1M.

Pripojenie radiča k počítaču je znázornené na obrázku 4. (Prúdové stabilizátory sú umiestnené v kontroléri).