Kategorie: Vybrané články » Praktická elektronika
Počet zobrazení: 71885
Komentáře k článku: 5

Jednoduchý adaptér RS-232 - proudová smyčka

Adaptér pro připojení počítače PC a řadičů s rozhraním aktuální smyčky. Nevyžaduje vzácné díly, je k dispozici pro výrobu i doma.

V roce 1969, American Electronic Industries Association vyvinula komunikační rozhraní RS-232C. Jeho počátečním účelem je poskytovat komunikaci mezi počítači, které jsou vzdálené na velkou vzdálenost.

Analog tohoto rozhraní v Rusku se nazývá „Joint S2“. Komunikace mezi počítači se provádí pomocí modemů, ale současně byla k počítači připojena zařízení jako „myš“, která se také nazývala „komovskaya“, jakož i skenery a tiskárny, a to prostřednictvím rozhraní RS-232C. Samozřejmě, všichni měli být schopni se připojit přes rozhraní RS-232C.

V současné době jsou taková zařízení zcela mimo provoz, ačkoli RS-232C je stále v poptávce: toto rozhraní mají i některé nové modely notebooků. Příkladem takového notebooku je průmyslový model notebooku TS Strong @ Master 7020T Series Core2Duo. Takový notebook v obchodech "Domácí počítač", samozřejmě neprodávají.

Některé průmyslové regulátory mají rozhraní proudové smyčky. Pro připojení počítače s rozhraním RS-232C a podobným ovladačem se používají různé adaptéry. Tento článek popisuje jednu z nich.

Adaptér RS-232 - Current Loop byl vyvinut specialisty našeho podniku a během provozu vykazoval vysokou spolehlivost. Jeho charakteristickou vlastností je, že poskytuje úplnou galvanickou izolaci počítače a řídicí jednotky. Taková konstrukce obvodu značně snižuje pravděpodobnost selhání obou zařízení. Kromě toho je snadné se sami vyrobit za výrobních podmínek: schéma nemá velký objem, neobsahuje vzácné části a zpravidla nevyžaduje úpravu.

Pro vysvětlení fungování tohoto obvodu je třeba alespoň obecně připomenout provoz rozhraní RS-232C a proudové smyčky. Jediné, co je spojuje, je sériový přenos dat.

Rozdíl je v tom, že signály mají různé fyzické úrovně. Kromě toho má rozhraní RS-232C kromě skutečných datových přenosových vedení několik dalších řídicích signálů určených pro práci s modemem.

Proces přenosu dat na vedení TxD je znázorněn na obrázku 1. (TxD je vedení vysílače. Data z něj jsou postupně vydávána z počítače).

Nejprve je třeba poznamenat, že data jsou přenášena pomocí bipolárního napětí: úroveň logické nuly v řádku odpovídá napětí + 3 ... + 12V a úroveň logické jednotky -3 ... 12V. Podle terminologie, která vycházela z telegrafické technologie, se stav logické nuly někdy nazývá SPASE nebo „deprese“, zatímco logická jednotka se nazývá MARK - „press“.

Obrázek 1

U obvodů CONTROL odpovídá kladné napětí logické jednotce (zapnuto) a záporné napětí logické nule (vypnuto). Všechna měření se provádějí s ohledem na kontakt SG (informační země).

Skutečný přenos dat se provádí v režimu start-stop sekvenční asynchronní metodou. Použití této metody nevyžaduje přenos žádných dalších synchronizačních signálů, a tedy ani dalších linek pro jejich přenos.

Informace jsou přenášeny v bajtech (osmibitové binární číslo), které jsou doplněny režijní informací. Nejprve je to startovací bit (bit je jeden binární bit), po kterém následuje osm datových bitů. Přímo za nimi přichází paritní bit a po tom všem stop stop. Může existovat několik stop bitů. (Bit je zkratka anglické binární číslice - binární číslice).

Při neexistenci přenosu dat je vedení ve stavu logické jednotky (napětí v vedení je -3 ... 12 V). Počáteční bit zahájí přenos a nastaví řádek na logickou nulovou úroveň. Přijímač připojený k této lince po přijetí startovacího bitu spustí čítač, který počítá časové intervaly určené pro vysílání každého bitu. Ve správný čas, zpravidla, uprostřed intervalu přijímač staví stav linky a pamatuje si svůj stav. Tato metoda přečte informace z řádku.

Pro ověření spolehlivosti přijaté informace se používá bit kontroly parity: pokud je počet jednotek obsažených v přenášeném bajtu lichý, přidá se k nim ještě jedna jednotka - bit kontroly parity. (Tato jednotka však může přidávat bajty naopak, dokud není lichá. Vše záleží na přijatém protokolu přenosu dat).

Na straně příjemce je parita zkontrolována a pokud je detekován lichý počet jednotek, program chybu opraví a přijme opatření k její odstranění. Může například požadovat opakovaný přenos selhaného bajtu. Je pravda, že kontrola parity není vždy aktivována, tento režim lze jednoduše vypnout a kontrolní bit v tomto případě není přenášen.

Přenos každého bajtu končí stop bity. Jejich účelem je zastavit provoz přijímače, který podle prvního z nich čeká na příští bajt, přesněji jeho počáteční bit. Úroveň stop bitů je vždy logická 1, stejně jako úroveň v přestávkách mezi přenosy slov. Proto změnou počtu stop bitů můžete upravit trvání těchto pauzy, což umožňuje dosáhnout spolehlivé komunikace s minimálním trváním.

Celý algoritmus sériového rozhraní v počítači provádějí speciální řadiče bez účasti centrálního procesoru. Ten konfiguruje tyto ovladače pouze pro určitý režim a odesílá do něj data pro přenos nebo přijímá přijatá data.

Při práci s modemem poskytuje rozhraní RS-232C nejen datové vedení, ale také další řídicí signály. V tomto článku je jejich podrobný rozbor jednoduše nedává smysl, protože v navrhovaném obvodu adaptéru jsou použity pouze dva. To bude popsáno níže v popisu schématu zapojení.

Kromě RS-232C je velmi rozšířené sériové rozhraní IRPS (Radial Interface with Serial Communication). Jeho druhé jméno je Current Loop. Toto rozhraní logicky odpovídá RS-232C: stejný princip sériového přenosu dat a stejný formát: startovací bit, datový bajt, paritní bit a stop bit.

Rozdíl od RS-232C spočívá pouze ve fyzické implementaci komunikačního kanálu. Logické úrovně nejsou přenášeny napětím, ale proudy. Podobné schéma umožňuje organizovat komunikaci mezi zařízeními nacházejícími se ve vzdálenosti jednoho a půl kilometru.

Navíc „proudová smyčka“ na rozdíl od RS-232C nemá žádné řídicí signály: ve výchozím nastavení se předpokládá, že jsou všechny v aktivním stavu.

Aby odpor dlouhých komunikačních linek neovlivňoval úrovně signálu, jsou linky napájeny proudovými stabilizátory.

Obrázek níže ukazuje velmi zjednodušený diagram rozhraní současné smyčky. Jak již bylo zmíněno, vedení je napájeno ze zdroje proudu, který může být instalován buď do vysílače nebo do přijímače, na čem nezáleží.

Obrázek 2

Logická jednotka v řádku odpovídá proudu 12 ... 20 mA a logická nula odpovídá nedostatku proudu, přesněji ne více než 2 mA. Proto je výstupní stupeň vysílače „proudové smyčky“ jednoduchý tranzistorový spínač.

Jako přijímač se používá tranzistorový optočlen, který zajišťuje galvanické oddělení od komunikační linky. Aby komunikace byla obousměrná, je nutná jedna stejná smyčka (dvě komunikační linky), ačkoli způsoby přenosu jsou známy ve dvou směrech a na jednom krouceném páru.

Použitelnost komunikačního kanálu je velmi snadné zkontrolovat, zda do mezery jednoho z obou vodičů, nejlépe číselníku, přidáte milimetr. Pokud není přenos dat, měl by ukazovat proud blízký 20 mA, a pokud jsou data přenášena, může být zaznamenáno mírné záškuby šipky. (Pokud přenosová rychlost není vysoká, ale samotný přenos je v paketech).

Schéma zapojení adaptéru RS-232C - „Current loop“ je na obrázku 3.

Obrázek 3. Schematický diagram adaptéru RS-232C - „Aktuální smyčka“ (kliknutím na obrázek se diagram otevře ve větším formátu)

V počátečním stavu je signál Rxd ve stavu logické jednotky (viz obrázek 1), tj. Napětí na něm je -12 V, což vede k otevření tranzistorového optočlenu DA2, as ním tranzistor VT1, kterým proud 20 mA protéká stabilizátorem proudu a optočlenem LED přijímač řadiče, jak je znázorněno na obrázku 4. Pro "aktuální smyčku" je to stav logické jednotky.

Když signál Rxd vezme logickou nulovou hodnotu (napětí + 12V), optočlen DA2 je uzavřen a tranzistor VT1 je s ním spojen, takže proud se stane nulou, což plně vyhovuje požadavkům rozhraní „Current loop“. Tímto způsobem budou sériová data přenesena z počítače do řídicí jednotky.

Data z kontroléru do počítače jsou přenášena pomocí optočlenu DA1 a tranzistoru VT2: když je proudová smyčka ve stavu logické jednotky (proud 20 mA), optočlen otevře tranzistor VT2 a na vstupu přijímače RS-232C se objeví napětí -12 V, což je podle obrázku 1 logická úroveň jednotek. To odpovídá pauze mezi datovými přenosy.

Pokud je na komunikační lince aktuální smyčky nulová (logická nula), optočlen DA1 a tranzistor VT2 jsou uzavřeny na vstupu RxD, bude napětí + 12V - odpovídá úrovni logické nuly.

Pro příjem bipolárního napětí na vstupu RxD se používají signály DTR Data Terminal Ready a RTS Request to Send.

Tyto signály jsou navrženy pro práci s modemem, ale v tomto případě se používají jako zdroj napájení pro RxD linku, takže není nutný další zdroj. Programově jsou tyto signály nastaveny tímto způsobem: DTR = + 12V, RTS = -12V. Tato napětí jsou od sebe izolována diodami VD1 a VD2.

Pro nezávislou výrobu adaptéru budete potřebovat následující podrobnosti.

Seznam položek.

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

Pokud se místo domácích optočlenů AOT128 použije import 4N35, což je s největší pravděpodobností na současném trhu s rádiem, měly by být rezistory R2, R4 nastaveny na 820 K ... 1M.

Připojení ovladače k počítači je znázorněno na obrázku 4. (Proudové stabilizátory jsou umístěny v kontroléru).