Adaptador RS-232 simple: lazo de corriente

Un adaptador para conectar una computadora PC y controladores con una interfaz de bucle actual. No requiere piezas escasas, está disponible para su fabricación incluso en casa.

En 1969, la American Electronic Industries Association desarrolló la interfaz de comunicaciones RS-232C. Su propósito inicial es proporcionar comunicación entre computadoras que son remotas a larga distancia.

Un análogo de esta interfaz en Rusia se llama "Joint S2". La comunicación entre computadoras se realiza mediante módems, pero al mismo tiempo, dispositivos como un "mouse", que también se llamaba "komovskaya", así como escáneres e impresoras, se conectaron a las computadoras a través de la interfaz RS-232C. Por supuesto, todos ellos deberían haber podido conectarse a través de la interfaz RS-232C.

Actualmente, tales dispositivos están completamente fuera de uso, aunque RS-232C todavía está en demanda: incluso algunos modelos nuevos de computadoras portátiles tienen esta interfaz. Un ejemplo de este tipo de computadora portátil es el modelo de computadora portátil industrial TS Strong @ Master serie 7020T Core2Duo. Tal computadora portátil en las tiendas "Home Computer", por supuesto, no se venden.

Algunos controladores industriales tienen una interfaz de bucle de corriente. Para conectar una computadora con una interfaz RS-232C y un controlador similar, se utilizan varios adaptadores. Este artículo describe uno de ellos.

El adaptador RS-232 - Current Loop fue desarrollado por los especialistas de nuestra empresa y durante la operación mostró una alta confiabilidad. Su característica distintiva es que proporciona un aislamiento galvánico completo de la computadora y el controlador. Tal diseño de circuito reduce en gran medida la probabilidad de falla de ambos dispositivos. Además, es fácil hacerlo usted mismo en condiciones de producción: el esquema no es de gran volumen, no contiene piezas escasas y, por regla general, no es necesario ajustarlo.

Para explicar el funcionamiento de este circuito, es necesario recordar, al menos en términos generales, el funcionamiento de las interfaces RS-232C y Current Loop. Lo único que los une es la transmisión de datos en serie.

La diferencia es que las señales tienen diferentes niveles físicos. Además, la interfaz RS-232C, además de las líneas de transmisión de datos reales, tiene varias señales de control adicionales diseñadas para funcionar con el módem.

El proceso de transmisión de datos en la línea TxD se muestra en la Figura 1. (TxD es la línea del transmisor. Los datos de esta se emiten secuencialmente desde la computadora).

En primer lugar, debe tenerse en cuenta que los datos se transmiten utilizando voltaje bipolar: el nivel de cero lógico en la línea corresponde a un voltaje de + 3 ... + 12V, y el nivel de una unidad lógica de -3 ... 12V. Según la terminología que proviene de la tecnología telegráfica, el estado de un cero lógico a veces se llama SPASE o "deprimir", mientras que la unidad lógica se llama MARCA - "presionar".

Figura 1

Para los circuitos de CONTROL, un voltaje positivo corresponde a una unidad lógica (encendido) y un voltaje negativo a un cero lógico (apagado). Todas las mediciones se realizan con respecto al contacto SG (información de tierra).

La transferencia de datos real se realiza en modo start-stop por un método asincrónico secuencial. La aplicación de este método no requiere la transmisión de señales de sincronización adicionales y, en consecuencia, líneas adicionales para su transmisión.

La información se transmite en bytes (número binario de ocho bits), que se complementan con información general. En primer lugar, es un bit de inicio (un bit es un bit binario), después del cual siguen ocho bits de datos. Directamente detrás de ellos viene el bit de paridad y, después de todo eso, el bit de parada. Puede haber varios bits de parada. (Un bit es la abreviatura de un dígito binario en inglés, un dígito binario).

En ausencia de transmisión de datos, la línea está en el estado de una unidad lógica (el voltaje en la línea es -3 ... 12V). El bit de inicio inicia la transmisión y establece la línea en un nivel cero lógico. Un receptor conectado a esta línea, después de haber recibido el bit de inicio, inicia un contador que cuenta los intervalos de tiempo destinados a la transmisión de cada bit. En el momento adecuado, como regla, en el medio del intervalo, el receptor activa el estado de la línea y recuerda su estado. Este método lee información de la línea.

Para verificar la confiabilidad de la información recibida, se usa el bit de verificación de paridad: si el número de unidades contenidas en el byte transmitido es impar, entonces se les agrega una unidad más: el bit de verificación de paridad. (Sin embargo, esta unidad puede agregar bytes por el contrario hasta que sea impar. Todo depende del protocolo de transferencia de datos aceptado).

En el lado del receptor, se verifica la paridad y si se detecta un número impar de unidades, el programa reparará el error y tomará medidas para eliminarlo. Por ejemplo, puede solicitar una retransmisión del byte fallido. Es cierto que la verificación de paridad no siempre se activa, este modo simplemente se puede desactivar y el bit de verificación en este caso no se transmite.

La transmisión de cada byte termina con bits de parada. Su propósito es detener la operación del receptor, que, según el primero de ellos, va a esperar el siguiente byte, o más bien, su bit de inicio. El nivel de bit de parada siempre es lógico 1, al igual que el nivel en las pausas entre transferencias de palabras. Por lo tanto, al cambiar el número de bits de parada, puede ajustar la duración de estas pausas, lo que hace posible lograr una comunicación confiable con una duración mínima.

Todo el algoritmo de interfaz serial en la computadora es realizado por controladores especiales sin la participación de un procesador central. Este último solo configura estos controladores para un determinado modo y carga datos para su transmisión o recibe los datos recibidos.

Cuando se trabaja con un módem, la interfaz RS-232C proporciona no solo líneas de datos, sino también señales de control adicionales. En este artículo, considerarlos en detalle simplemente no tiene sentido, ya que solo dos de ellos se usan en el circuito adaptador propuesto. Esto se discutirá a continuación en la descripción del diagrama del circuito.

Además de RS-232C, la interfaz serial IRPS (Interfaz radial con comunicación serial) está muy extendida. Su segundo nombre es Current Loop. Esta interfaz corresponde lógicamente a RS-232C: el mismo principio de transmisión de datos en serie y el mismo formato: bit de inicio, byte de datos, bit de paridad y bit de parada.

La diferencia con RS-232C está solo en la implementación física del canal de comunicación. Los niveles lógicos se transmiten no por voltajes, sino por corrientes. Un esquema similar le permite organizar la comunicación entre dispositivos ubicados a una distancia de un kilómetro y medio.

Además, el "bucle de corriente", a diferencia del RS-232C, no tiene ninguna señal de control: por defecto, se supone que todos están en un estado activo.

Para que la resistencia de las líneas de comunicación largas no afecte los niveles de señal, las líneas se alimentan a través de estabilizadores de corriente.

La figura a continuación muestra un diagrama muy simplificado de la interfaz de bucle actual. Como ya se mencionó, la línea se alimenta de una fuente de corriente, que puede instalarse en el transmisor o en el receptor, lo que no importa.

Figura 2

Una unidad lógica en la línea corresponde a una corriente de 12 ... 20 mA, y un cero lógico corresponde a una falta de corriente, más precisamente, no más de 2 mA. Por lo tanto, la etapa de salida del "bucle de corriente" del transmisor es un simple interruptor de transistor.

Se utiliza un optoacoplador de transistor como receptor, que proporciona aislamiento galvánico de la línea de comunicación. Para que la comunicación sea bidireccional, se necesita un mismo bucle más (dos líneas de comunicación), aunque los métodos de transmisión se conocen en dos direcciones y en un par trenzado.

La capacidad de servicio del canal de comunicación es muy simple de verificar si incluye un miliamperímetro en el espacio de cualquiera de los dos cables, preferiblemente un medidor de cuadrante. En ausencia de transmisión de datos, debe mostrar una corriente cercana a 20 mA, y si se transmiten datos, se puede notar un ligero movimiento de la flecha. (Si la velocidad de transmisión no es alta, pero la transmisión misma está en paquetes).

El diagrama del circuito del adaptador RS-232C - "Circuito de corriente" se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Diagrama esquemático del adaptador RS-232C - “Circuito actual” (al hacer clic en la imagen se abrirá el diagrama en un formato más grande)

En el estado inicial, la señal Rxd está en el estado de una unidad lógica (consulte la Figura 1), es decir, el voltaje en ella es -12 V, lo que conduce a la apertura del transistor optoacoplador DA2, y con él el transistor VT1, a través del cual fluye una corriente de 20 mA a través del estabilizador de corriente y el LED del optoacoplador controlador receptor, como se muestra en la Figura 4. Para el "bucle de corriente", este es el estado de la unidad lógica.

Cuando la señal Rxd toma un valor cero lógico (voltaje + 12V), el optoacoplador DA2 se cierra y el transistor VT1 se conecta con él, por lo que la corriente se convierte en cero, lo que cumple totalmente con los requisitos de la interfaz "Current loop". De esta manera, los datos en serie se transferirán de la computadora al controlador.

Los datos del controlador a la computadora se transmiten a través del optoacoplador DA1 y el transistor VT2: cuando la línea de bucle de corriente está en el estado de una unidad lógica (corriente 20 mA), el optoacoplador abre el transistor VT2 y aparece un voltaje de -12 V en la entrada del receptor RS-232C, que, según la Figura 1, es el nivel lógico unidades. Esto corresponde a una pausa entre transferencias de datos.

Cuando el bucle de corriente es cero (cero lógico) en la línea de comunicación del bucle de corriente, el optoacoplador DA1 y el transistor VT2 están cerrados en la entrada RxD, habrá un voltaje de + 12V - corresponde al nivel de cero lógico.

Para recibir voltaje bipolar en la entrada RxD, se utilizan las señales DTR Data Terminal Ready y RTS Request to Send.

Estas señales están diseñadas para funcionar con el módem, pero en este caso se utilizan como fuente de alimentación para la línea RxD, por lo que no se requiere una fuente adicional. Programáticamente, estas señales se configuran de esta manera: DTR = + 12V, RTS = -12V. Estos voltajes están aislados entre sí por los diodos VD1 y VD2.

Para la fabricación independiente del adaptador, necesita los siguientes detalles.

Lista de artículos.

DA, DA = 2xAOT128

R1 = 1x4.7K

R2, R4 = 2x100K

R3 = 1x200

R6, R7 = 2x680

R8, R9, R10 = 3x1M

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

VT1, VT2 = 2xKT814G

Si, en lugar de los optoacopladores domésticos AOT128, se utiliza la importación 4N35, que es muy probable en el mercado de radio actual, las resistencias R2, R4 deben configurarse en 820K ... 1M.

La conexión del controlador a la computadora se muestra en la Figura 4. (Los estabilizadores de corriente se encuentran en el controlador).

Figura 4

La Figura 5 muestra la placa adaptadora terminada.

Figura 5 Gadaptador de placa base

La conexión a una computadora se realiza utilizando un conector tipo DB-9 estándar (parte hembra) utilizando un cable de puerto serie estándar.

A veces, los cables de apariencia similar del UPS (ininterrumpible) permanecen. Tienen un cableado específico y no son adecuados para conectar un adaptador.

Las líneas de interfaz de bucle actuales se conectan mediante pinzas de terminal.

Boris Aladyshkin