Απλός προσαρμογέας RS-232 - Βρόχος ρεύματος

Ένας προσαρμογέας για τη σύνδεση ενός υπολογιστή υπολογιστή και ελεγκτών με μια διεπαφή ρεύματος βρόχου. Δεν απαιτεί σπάνια εξαρτήματα, είναι διαθέσιμο για κατασκευή ακόμη και στο σπίτι.

Το 1969, η American Electronic Industries Association ανέπτυξε τη διασύνδεση επικοινωνιών RS-232C. Ο αρχικός σκοπός του είναι να παρέχει επικοινωνία μεταξύ υπολογιστών που είναι απομακρυσμένοι σε μεγάλη απόσταση.

Ένα ανάλογο αυτής της διασύνδεσης στη Ρωσία ονομάζεται "Joint S2". Η επικοινωνία μεταξύ των υπολογιστών πραγματοποιείται με τη χρήση μόντεμ, αλλά συγχρόνως συσκευές όπως το "ποντίκι", που ονομάζεται επίσης "komovskaya", καθώς και σαρωτές και εκτυπωτές, συνδέθηκαν με υπολογιστές μέσω της διασύνδεσης RS-232C. Φυσικά, όλοι θα μπορούσαν να συνδεθούν μέσω της διασύνδεσης RS-232C.

Επί του παρόντος, τέτοιες συσκευές είναι εντελώς εκτός χρήσης, αν και RS-232C είναι ακόμη σε ζήτηση: ακόμη και ορισμένα νέα μοντέλα φορητών υπολογιστών έχουν αυτή τη διεπαφή. Ένα παράδειγμα ενός τέτοιου φορητού υπολογιστή είναι το μοντέλο φορητού φορητού υπολογιστή TS Strong @ Master 7020T Core2Duo. Ένα τέτοιο laptop στα καταστήματα "Home Computer", φυσικά, δεν πωλούν.

Ορισμένοι βιομηχανικοί ελεγκτές έχουν μια διεπαφή ρεύματος βρόχου. Για να συνδέσετε έναν υπολογιστή με μια διασύνδεση RS-232C και έναν παρόμοιο ελεγκτή, χρησιμοποιούνται διάφοροι προσαρμογείς. Αυτό το άρθρο περιγράφει ένα από αυτά.

Ο προσαρμογέας RS-232 - Current Loop αναπτύχθηκε από τους ειδικούς της επιχείρησής μας και κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του έδειξε υψηλή αξιοπιστία. Χαρακτηριστικό χαρακτηριστικό του είναι ότι παρέχει πλήρη γαλβανική απομόνωση του υπολογιστή και του ελεγκτή. Ένας τέτοιος σχεδιασμός κυκλώματος μειώνει σημαντικά την πιθανότητα βλάβης και των δύο συσκευών. Επιπλέον, είναι εύκολο να το κάνετε μόνοι σας υπό συνθήκες παραγωγής: το σχήμα δεν είναι μεγάλο σε όγκο, δεν περιέχει σπάνια μέρη και, κατά κανόνα, δεν χρειάζεται να προσαρμοστεί.

Για να εξηγήσουμε τη λειτουργία αυτού του κυκλώματος, είναι απαραίτητο να υπενθυμίσουμε τουλάχιστον γενικά τη λειτουργία των διεπαφών RS-232C και Current Loop. Το μόνο που τους ενώνει είναι η μετάδοση σειριακών δεδομένων.

Η διαφορά είναι ότι τα σήματα έχουν διαφορετικά φυσικά επίπεδα. Επιπλέον, η διασύνδεση RS-232C, εκτός από τις πραγματικές γραμμές μεταφοράς δεδομένων, διαθέτει αρκετά πρόσθετα σήματα ελέγχου σχεδιασμένα να λειτουργούν με το μόντεμ.

Η διαδικασία μετάδοσης δεδομένων στη γραμμή TxD φαίνεται στο Σχήμα 1. (TxD είναι η γραμμή πομπού. Τα δεδομένα από αυτό εξάγονται διαδοχικά από τον υπολογιστή).

Καταρχήν, πρέπει να σημειωθεί ότι τα δεδομένα μεταδίδονται με τη χρήση διπολικής τάσης: το επίπεδο του λογικού μηδενός στη γραμμή αντιστοιχεί σε τάση + 3 ... + 12V και το επίπεδο μιας λογικής μονάδας -3 ... 12V. Σύμφωνα με την ορολογία που προέκυψε από την τηλεγραφική τεχνολογία, η κατάσταση ενός λογικού μηδενός καλείται μερικές φορές SPASE ή "depress", ενώ η λογική μονάδα ονομάζεται MARK - "press".

Σχήμα 1

Για τα κυκλώματα CONTROL, μια θετική τάση αντιστοιχεί σε μια λογική μονάδα (on) και μια αρνητική τάση σε ένα λογικό μηδέν (off). Όλες οι μετρήσεις γίνονται σε σχέση με την επαφή SG (πληροφοριακό έδαφος).

Η πραγματική μεταφορά δεδομένων πραγματοποιείται σε κατάσταση διακοπής εκκίνησης με μια διαδοχική ασύγχρονη μέθοδο. Η εφαρμογή αυτής της μεθόδου δεν απαιτεί τη μετάδοση οποιωνδήποτε επιπρόσθετων σημάτων συγχρονισμού και, κατά συνέπεια, επιπλέον γραμμές για τη μετάδοσή τους.

Οι πληροφορίες μεταδίδονται σε bytes (ο δυαδικός δυαδικός αριθμός), οι οποίοι συμπληρώνονται από πληροφορίες εναέριας κυκλοφορίας. Πρώτον, είναι το bit έναρξης (ένα bit είναι ένα δυαδικό ψηφίο), μετά το οποίο υπάρχουν οκτώ bit δεδομένων. Ακριβώς πίσω από αυτά έρχεται το κομμάτι ισοτιμίας και μετά από όλα αυτά, το stop bit. Μπορούν να υπάρχουν πολλά bits stop. (Ένα κομμάτι είναι μια συντομογραφία για το δυαδικό ψηφίο της Αγγλίας - ένα δυαδικό ψηφίο).

Ελλείψει μετάδοσης δεδομένων, η γραμμή βρίσκεται σε κατάσταση λογικής μονάδας (η τάση στη γραμμή είναι -3 ... 12V). Το bit έναρξης ξεκινά τη μετάδοση, ρυθμίζοντας τη γραμμή σε λογικό μηδενικό επίπεδο. Ένας δέκτης συνδεδεμένος σε αυτή τη γραμμή, έχοντας λάβει το bit έναρξης, ξεκινά έναν μετρητή ο οποίος μετράει τα χρονικά διαστήματα που προορίζονται για τη μετάδοση κάθε μπιτ. Την κατάλληλη στιγμή, κατά κανόνα, στη μέση του διαστήματος, ο δέκτης μετρά την κατάσταση της γραμμής και θυμάται την κατάστασή της. Αυτή η μέθοδος διαβάζει πληροφορίες από τη γραμμή.

Για να επιβεβαιωθεί η αξιοπιστία των ληφθέντων πληροφοριών, χρησιμοποιείται το bit ελέγχου ισοτιμίας: εάν ο αριθμός μονάδων που περιέχονται στο μεταφερόμενο byte είναι παράξενο, τότε προστίθεται μία ακόμη μονάδα - το bit ελέγχου ισοτιμίας. (Ωστόσο, αυτή η μονάδα μπορεί να προσθέσει bytes αντίθετα μέχρι να είναι περίεργη. Όλα εξαρτώνται από το αποδεκτό πρωτόκολλο μεταφοράς δεδομένων).

Από την πλευρά του παραλήπτη, ελέγχεται η ισοτιμία και αν ανιχνευθεί ένας αριθμός μονάδων, το πρόγραμμα θα διορθώσει το σφάλμα και θα λάβει μέτρα για την εξάλειψή του. Για παράδειγμα, μπορεί να ζητήσει αναμετάδοση του αποτυχημένου byte. Είναι αλήθεια ότι ο έλεγχος ισοτιμίας δεν ενεργοποιείται πάντα, αυτή η λειτουργία μπορεί απλά να απενεργοποιηθεί και το bit ελέγχου σε αυτή την περίπτωση δεν μεταδίδεται.

Η μετάδοση κάθε byte τελειώνει με bits stop. Σκοπός τους είναι να σταματήσουν τη λειτουργία του δέκτη, η οποία, σύμφωνα με την πρώτη από αυτές, πηγαίνει να περιμένει για να ληφθεί το επόμενο byte, πιο συγκεκριμένα, το bit αρχής του. Το επίπεδο bit stop είναι πάντα λογικό 1, ακριβώς όπως το επίπεδο στις παύσεις μεταξύ των μεταφορών λέξεων. Επομένως, αλλάζοντας τον αριθμό των bits stop, μπορείτε να προσαρμόσετε τη διάρκεια αυτών των παύσεων, πράγμα που καθιστά δυνατή την επίτευξη αξιόπιστης επικοινωνίας με ελάχιστη διάρκεια.

Ολόκληρος ο αλγόριθμος σειριακής διεπαφής στον υπολογιστή εκτελείται από ειδικούς ελεγκτές χωρίς τη συμμετοχή ενός κεντρικού επεξεργαστή. Ο τελευταίος ρυθμίζει μόνο αυτούς τους ελεγκτές για έναν συγκεκριμένο τρόπο και μεταφορτώνει δεδομένα σε αυτό για μετάδοση ή λαμβάνει τα λαμβανόμενα δεδομένα.

Όταν εργάζεστε με ένα μόντεμ, η διεπαφή RS-232C παρέχει όχι μόνο γραμμές δεδομένων, αλλά και πρόσθετα σήματα ελέγχου. Σε αυτό το άρθρο, η εξέταση τους λεπτομερώς απλά δεν έχει νόημα, αφού μόνο δύο από αυτά χρησιμοποιούνται στο προτεινόμενο κύκλωμα προσαρμογέα. Αυτό θα συζητηθεί παρακάτω στην περιγραφή του κυκλώματος.

Εκτός από το RS-232C, η σειριακή διεπαφή IRPS (Radial Interface με σειριακή επικοινωνία) είναι πολύ διαδεδομένη. Το δεύτερο όνομα του είναι το Current Loop. Αυτή η διεπαφή λογικά αντιστοιχεί στο RS-232C: η ίδια αρχή μετάδοσης σειριακών δεδομένων και η ίδια μορφή: bit έναρξης, byte δεδομένων, bit ισοτιμίας και bit τερματισμού.

Η διαφορά από το RS-232C είναι μόνο στη φυσική εφαρμογή του καναλιού επικοινωνίας. Τα λογικά επίπεδα μεταδίδονται όχι από τάσεις, αλλά από ρεύματα. Ένα παρόμοιο σχήμα σας επιτρέπει να οργανώσετε την επικοινωνία μεταξύ συσκευών που βρίσκονται σε απόσταση ενός και μισού χιλιομέτρου.

Επιπλέον, ο "τρέχων βρόχος", σε αντίθεση με το RS-232C, δεν έχει σήματα ελέγχου: από προεπιλογή, θεωρείται ότι είναι όλα σε ενεργή κατάσταση.

Έτσι ώστε η αντίσταση των μεγάλων γραμμών επικοινωνίας να μην επηρεάζει τα επίπεδα σήματος, οι γραμμές τροφοδοτούνται μέσω των σημερινών σταθεροποιητών.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα πολύ απλοποιημένο διάγραμμα της διασύνδεσης του τρέχοντος βρόχου. Όπως ήδη αναφέρθηκε, η γραμμή τροφοδοτείται από μια πηγή ρεύματος, η οποία μπορεί να εγκατασταθεί είτε στον πομπό είτε στον δέκτη, πράγμα που δεν έχει σημασία.

Σχήμα 2

Μια λογική μονάδα στη γραμμή αντιστοιχεί σε ένα ρεύμα 12 ... 20 mA και ένα λογικό μηδέν αντιστοιχεί σε έλλειψη ρεύματος, ακριβέστερα όχι περισσότερο από 2 mA. Επομένως, το στάδιο εξόδου του "βρόχου ρεύματος" του πομπού είναι ένας απλός διακόπτης τρανζίστορ.

Χρησιμοποιείται ένας οπτοπλέκτης τρανζίστορ ως δέκτης, ο οποίος παρέχει γαλβανική απομόνωση από τη γραμμή επικοινωνίας. Προκειμένου η επικοινωνία να είναι αμφίδρομη, απαιτείται ένας ακόμη κύκλος (δύο γραμμές επικοινωνίας), αν και οι μέθοδοι μετάδοσης είναι γνωστές σε δύο κατευθύνσεις και σε ένα συνεστραμμένο ζεύγος.

Η δυνατότητα εξυπηρέτησης του καναλιού επικοινωνίας είναι πολύ απλή για να ελέγξετε αν συμπεριλαμβάνετε ένα χιλιοστόμετρο στο κενό ενός από τα δύο σύρματα, κατά προτίμηση ένα μετρητή κλήσης. Ελλείψει μετάδοσης δεδομένων, θα πρέπει να δείχνει ένα ρεύμα κοντά στα 20 mA, και αν διαβιβαστούν δεδομένα, μπορεί να παρατηρηθεί ελαφρά συστροφή του βέλους. (Εάν η ταχύτητα μετάδοσης δεν είναι υψηλή, αλλά η ίδια η μετάδοση είναι σε πακέτα).

Το διάγραμμα κυκλωμάτων του προσαρμογέα RS-232C - "Βρόχος ρεύματος" φαίνεται στο σχήμα 3.

Σχήμα 3. Σχηματικό διάγραμμα του προσαρμογέα RS-232C - "Current loop" (κάνοντας κλικ στην εικόνα θα ανοίξει το διάγραμμα σε μεγαλύτερη μορφή)

Στην αρχική κατάσταση, το σήμα Rxd είναι στην κατάσταση μίας λογικής μονάδας (βλέπε σχήμα 1), δηλαδή η τάση επάνω του είναι -12 V, η οποία οδηγεί στο άνοιγμα του τρανζίστορ οπτικού συζεύκτη DA2 και μαζί του το τρανζίστορ VT1 μέσω του οποίου ρέει ρεύμα 20 mA μέσω του σταθεροποιητή ρεύματος και του LED optocoupler όπως φαίνεται στο σχήμα 4. Για τον "τρέχοντα βρόχο", αυτή είναι η κατάσταση της λογικής μονάδας.

Όταν το σήμα Rxd λαμβάνει μια λογική μηδενική τιμή (τάση + 12V), ο οπτοστοιχείο DA2 είναι κλειστός και το τρανζίστορ VT1 συνδέεται με αυτό, έτσι το ρεύμα γίνεται μηδέν, το οποίο συμμορφώνεται πλήρως με τις απαιτήσεις της διασύνδεσης "Current loop". Με τον τρόπο αυτό, τα δεδομένα σειράς θα μεταφερθούν από τον υπολογιστή στον ελεγκτή.

Τα δεδομένα από τον ελεγκτή στον υπολογιστή μεταδίδονται μέσω του οπτικού συζεύκτη DA1 και του τρανζίστορ VT2: όταν η γραμμή του ρεύματος βρόχου είναι σε κατάσταση λογικής μονάδας (ρεύμα 20 mA), ο οπτοπλέκτης ανοίγει το τρανζίστορ VT2 και στην είσοδο του δέκτη RS-232C εμφανίζεται τάση -12 V, μονάδες. Αυτό αντιστοιχεί σε μια παύση μεταξύ των μεταφορών δεδομένων.

Όταν ο βρόχος ρεύματος είναι μηδέν (λογικό μηδέν) στη γραμμή επικοινωνίας του κυκλώματος ρεύματος, ο οπτικός συζεύκτης DA1 και το τρανζίστορ VT2 είναι κλειστοί στην είσοδο RxD, υπάρχει τάση + 12V - αντιστοιχεί στο επίπεδο του λογικού μηδενός.

Για την λήψη διπολικής τάσης στην είσοδο RxD, χρησιμοποιούνται τα σήματα DTR Data Terminal Ready και RTS Request to Send.

Αυτά τα σήματα έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν με το μόντεμ, αλλά στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιούνται ως πηγή ενέργειας για τη γραμμή RxD, επομένως δεν απαιτείται πρόσθετη πηγή. Προγραμματικά, αυτά τα σήματα ρυθμίζονται με αυτό τον τρόπο: DTR = + 12V, RTS = -12V. Αυτές οι τάσεις απομονώνονται η μια από την άλλη με τις διόδους VD1 και VD2.

Για την ανεξάρτητη κατασκευή του προσαρμογέα, θα χρειαστείτε τα παρακάτω στοιχεία.

Κατάλογος στοιχείων.

DA, DA = 2xAOT128

R1 = 1x4.7Κ

R2, R4 = 2χ100Κ

R3 = 1x200

R6, R7 = 2x680

R8, R9, R10 = 3x1Μ

VD1, VD2, VD3, VD4, VD5 = 5χΚϋ522

VT1, VT2 = 2xKT814G

Εάν, αντί των εγχώριων οπτικών συζευκτών AOT128, χρησιμοποιείται η εισαγωγή 4N35, η οποία είναι πιθανότατα στην τρέχουσα ραδιοφωνική αγορά, οι αντιστάσεις R2, R4 πρέπει να τεθούν σε 820K ... 1M.

Η σύνδεση του ελεγκτή με τον υπολογιστή φαίνεται στο σχήμα 4. (Οι τρέχοντες σταθεροποιητές βρίσκονται στον ελεγκτή).

Σχήμα 4

Το σχήμα 5 δείχνει την τελική πλακέτα προσαρμογέα.

Σχήμα 5 Gπροσαρμογέα μητρικής πλακέτας

Η σύνδεση σε έναν υπολογιστή γίνεται χρησιμοποιώντας έναν τυπικό σύνδεσμο τύπου DB-9 (θηλυκό τμήμα) χρησιμοποιώντας ένα τυπικό καλώδιο σειριακής θύρας.

Μερικές φορές, παρόμοια εμφάνιση καλώδια από το UPS (αδιάλειπτη) παραμένουν. Έχουν ειδική καλωδίωση και δεν είναι κατάλληλες για τη σύνδεση ενός προσαρμογέα.

Οι γραμμές διασύνδεσης του τρέχοντος βρόχου συνδέονται χρησιμοποιώντας τους σφιγκτήρες ακροδεκτών.

Μπόρις Αλαντίσκιν