Prosty adapter RS-232 - pętla prądowa

Adapter do podłączenia komputera PC i sterowników za pomocą interfejsu pętli prądowej. Nie wymaga rzadkich części, jest dostępny do produkcji nawet w domu.

W 1969 r. Stowarzyszenie American Electronic Industries Association opracowało interfejs komunikacyjny RS-232C. Jego pierwotnym celem jest zapewnienie komunikacji między komputerami odległymi na duże odległości.

Analog tego interfejsu w Rosji nazywa się „Joint S2”. Komunikacja między komputerami odbywa się za pomocą modemów, ale jednocześnie urządzenia takie jak „mysz”, zwana także „komovskaya”, a także skanery i drukarki, zostały podłączone do komputerów za pośrednictwem interfejsu RS-232C. Oczywiście, wszystkie powinny być w stanie połączyć się poprzez interfejs RS-232C.

Obecnie takie urządzenia są całkowicie nieużywane, chociaż RS-232C jest nadal poszukiwany: nawet niektóre nowe modele laptopów mają ten interfejs. Przykładem takiego laptopa jest przemysłowy laptop model TS Strong @ Master 7020T z serii Core2Duo. Taki laptop w sklepach „Komputer domowy” oczywiście nie sprzedaje.

Niektóre sterowniki przemysłowe mają interfejs pętli prądowej. Do podłączenia komputera z interfejsem RS-232C i podobnym kontrolerem stosuje się różne adaptery. W tym artykule opisano jeden z nich.

Adapter RS-232 - Pętla prądowa został opracowany przez specjalistów naszego przedsiębiorstwa i podczas pracy wykazywał wysoką niezawodność. Jego charakterystyczną cechą jest to, że zapewnia pełną izolację galwaniczną komputera i kontrolera. Taka konstrukcja obwodu znacznie zmniejsza prawdopodobieństwo awarii obu urządzeń. Ponadto łatwo jest zrobić to sam w warunkach produkcji: schemat nie jest duży, nie zawiera rzadkich części i z reguły nie wymaga korekty.

Aby wyjaśnić działanie tego obwodu, należy przypomnieć, przynajmniej ogólnie, działanie interfejsów RS-232C i pętli prądowej. Jedyną rzeczą, która je łączy, jest szeregowa transmisja danych.

Różnica polega na tym, że sygnały mają różne poziomy fizyczne. Ponadto interfejs RS-232C, oprócz faktycznych linii transmisji danych, ma kilka dodatkowych sygnałów sterujących zaprojektowanych do współpracy z modemem.

Proces przesyłania danych po linii TxD pokazano na rysunku 1. (TxD to linia nadajnika. Dane z niej są kolejno wysyłane z komputera).

Przede wszystkim należy zauważyć, że dane są przesyłane za pomocą napięcia bipolarnego: poziom logicznego zera w linii odpowiada napięciu + 3 ... + 12V, a poziom jednostki logicznej -3 ... 12V. Zgodnie z terminologią pochodzącą z technologii telegraficznej, stan logicznego zera nazywany jest czasem SPASE lub „wciskaj”, natomiast jednostka logiczna to MARK - „naciśnij”.

Rycina 1

W przypadku obwodów CONTROL dodatnie napięcie odpowiada jednostce logicznej (on), a ujemne napięcie to zero logiczne (off). Wszystkie pomiary są wykonywane w odniesieniu do kontaktu SG (masa informacyjna).

Rzeczywisty transfer danych odbywa się w trybie start-stop sekwencyjną metodą asynchroniczną. Zastosowanie tej metody nie wymaga transmisji żadnych dodatkowych sygnałów synchronizacji, a w konsekwencji dodatkowych linii do ich transmisji.

Informacje są przesyłane w bajtach (ośmiobitowa liczba binarna), które są uzupełniane przez informacje ogólne. Po pierwsze, jest to bit początkowy (bit to jeden bit binarny), po którym następuje osiem bitów danych. Bezpośrednio za nimi znajduje się bit parzystości, a po wszystkim bit stopu. Może być kilka bitów stopu. (Trochę to skrót od angielskiej cyfry binarnej - cyfra binarna).

W przypadku braku transmisji danych linia znajduje się w stanie jednostki logicznej (napięcie na linii wynosi -3 ... 12V). Bit startowy rozpoczyna transmisję, ustawiając linię na logiczny poziom zerowy. Odbiornik podłączony do tej linii, po otrzymaniu bitu początkowego, uruchamia licznik, który zlicza przedziały czasowe przeznaczone do transmisji każdego bitu. W odpowiednim czasie z reguły w środku przedziału odbiornik bramkuje stan linii i zapamiętuje jej stan. Ta metoda odczytuje informacje z linii.

W celu zweryfikowania wiarygodności otrzymanych informacji wykorzystywany jest bit kontroli parzystości: jeśli liczba jednostek zawartych w przesyłanym bajcie jest nieparzysta, wówczas dodaje się do nich jeszcze jedną jednostkę - bit kontroli parzystości. (Jednak ta jednostka może dodawać bajty przeciwnie, dopóki nie będzie nieparzysta. Wszystko zależy od przyjętego protokołu przesyłania danych).

Po stronie odbiornika sprawdzana jest parzystość i jeśli zostanie wykryta nieparzysta liczba jednostek, program naprawi błąd i podejmie kroki w celu jego wyeliminowania. Na przykład może zażądać retransmisji nieudanego bajtu. To prawda, że ​​kontrola parzystości nie zawsze jest aktywowana, ten tryb można po prostu wyłączyć, a bit kontrolny w tym przypadku nie jest przesyłany.

Transmisja każdego bajtu kończy się bitami stopu. Ich celem jest zatrzymanie działania odbiornika, który, zgodnie z pierwszym z nich, czeka na następny bajt, a raczej jego bit startowy. Poziom bitu stop jest zawsze logiczny 1, podobnie jak poziom przerw między transferami słów. Dlatego zmieniając liczbę bitów stopu, można dostosować czas trwania tych pauz, co umożliwia uzyskanie niezawodnej komunikacji przy minimalnym czasie trwania.

Cały algorytm interfejsu szeregowego w komputerze jest wykonywany przez specjalne sterowniki bez udziału centralnego procesora. Ten ostatni konfiguruje tylko te kontrolery dla określonego trybu i przesyła do niego dane w celu transmisji lub odbiera otrzymane dane.

Podczas pracy z modemem interfejs RS-232C zapewnia nie tylko linie danych, ale także dodatkowe sygnały sterujące. W tym artykule ich szczegółowe rozważenie po prostu nie ma sensu, ponieważ tylko dwa z nich są używane w proponowanym obwodzie adaptera. Zostanie to omówione poniżej w opisie schematu obwodu.

Oprócz RS-232C interfejs szeregowy IRPS (Radial Interface with Serial Communication) jest bardzo rozpowszechniony. Jego drugie imię to Current Loop. Interfejs ten logicznie odpowiada RS-232C: ta sama zasada szeregowej transmisji danych i ten sam format: bit startowy, bajt danych, bit parzystości i bit stopu.

Różnica w stosunku do RS-232C polega jedynie na fizycznej realizacji kanału komunikacyjnego. Poziomy logiczne są przekazywane nie przez napięcia, ale przez prądy. Podobny schemat pozwala zorganizować komunikację między urządzeniami znajdującymi się w odległości półtora kilometra.

Ponadto „pętla prądowa”, w przeciwieństwie do RS-232C, nie ma żadnych sygnałów sterujących: domyślnie zakłada się, że wszystkie są w stanie aktywnym.

Aby rezystancja długich linii komunikacyjnych nie wpływała na poziomy sygnałów, linie są zasilane przez stabilizatory prądu.

Poniższy rysunek pokazuje bardzo uproszczony schemat interfejsu pętli prądowej. Jak już wspomniano, linia jest zasilana ze źródła prądu, które można zainstalować w nadajniku lub odbiorniku, co nie ma znaczenia.

Rycina 2

Jednostka logiczna w linii odpowiada prądowi o wartości 12 ... 20 mA, a zero logiczne odpowiada brakowi prądu, a dokładniej nie więcej niż 2 mA. Dlatego stopień wyjściowy „pętli prądowej” nadajnika jest prostym przełącznikiem tranzystorowym.

Tranzystorowy transoptor służy jako odbiornik, który zapewnia izolację galwaniczną od linii komunikacyjnej. Aby komunikacja była dwustronna, potrzebna jest jeszcze jedna taka sama pętla (dwie linie komunikacyjne), chociaż metody transmisji są znane w dwóch kierunkach i na jednej skrętce.

Przydatność kanału komunikacyjnego jest bardzo łatwa do sprawdzenia, czy w szczelinie jednego z dwóch przewodów znajduje się miliamperomierz, najlepiej miernik zegarowy. W przypadku braku transmisji danych powinien on pokazywać prąd zbliżony do 20 mA, a jeśli transmisja danych jest w toku, można zauważyć lekkie drżenie strzałki. (Jeśli prędkość transmisji nie jest wysoka, ale sama transmisja jest w pakietach).

Schemat obwodu adaptera RS-232C - „Pętla prądowa” pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3. Schemat ideowy adaptera RS-232C - „Pętla prądowa” (kliknięcie na obrazek otworzy schemat w większym formacie)

W stanie początkowym sygnał Rxd znajduje się w stanie jednostki logicznej (patrz rysunek 1), to znaczy napięcie na nim wynosi -12 V, co prowadzi do otwarcia tranzystora transoptora DA2, a wraz z nim tranzystora VT1, przez który przepływa prąd 20 mA przez stabilizator prądu i diodę transoptora odbiornik kontrolera, jak pokazano na rysunku 4. W przypadku „pętli prądowej” jest to stan jednostki logicznej.

Kiedy sygnał Rxd przyjmuje logiczną wartość zerową (napięcie + 12V), transoptor DA2 jest zamknięty, a tranzystor VT1 jest z nim połączony, więc prąd staje się zerowy, co w pełni spełnia wymagania interfejsu „Pętla prądowa”. W ten sposób dane szeregowe zostaną przesłane z komputera do kontrolera.

Dane ze sterownika do komputera są przesyłane przez transoptor DA1 i tranzystor VT2: gdy linia pętli prądowej znajduje się w stanie jednostki logicznej (prąd 20 mA), transoptor otwiera tranzystor VT2, a napięcie -12 V pojawia się na wejściu odbiornika RS-232C, który zgodnie z rys. 1 jest poziomem logicznym jednostki. Odpowiada to pauzie między transferami danych.

Kiedy pętla prądowa wynosi zero (logiczne zero) na linii komunikacyjnej pętli prądowej, transoptor DA1 i tranzystor VT2 są zamknięte na wejściu RxD, napięcie będzie wynosić + 12V - odpowiada poziomowi logicznego zera.

Aby otrzymać napięcie bipolarne na wejściu RxD, wykorzystywane są sygnały DTR Data Terminal Ready i RTS Request to Send.

Sygnały te zostały zaprojektowane do współpracy z modemem, ale w tym przypadku są one używane jako źródło zasilania dla linii RxD, więc dodatkowe źródło nie jest wymagane. Programowo sygnały te ustawia się w następujący sposób: DTR = + 12V, RTS = -12 V. Napięcia te są izolowane od siebie diodami VD1 i VD2.

Do niezależnej produkcji adaptera potrzebne będą następujące szczegóły.

Lista przedmiotów.

DA, DA = 2xAOT128

R1 = 1x4,7K

R2, R4 = 2x100 K.

R3 = 1x200

R6, R7 = 2x680

R8, R9, R10 = 3x1 M.

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

VT1, VT2 = 2xKT814G

Jeśli zamiast krajowych transoptorów AOT128 zastosowany zostanie import 4N35, co najprawdopodobniej na obecnym rynku radiowym, rezystory R2, R4 powinny być ustawione na 820K ... 1M.

Połączenie kontrolera z komputerem pokazano na rysunku 4. (Stabilizatory prądu znajdują się w kontrolerze).

Rycina 4

Rysunek 5 pokazuje gotową kartę adaptera.

Rycina 5 G.adapter płyty głównej

Połączenie z komputerem odbywa się za pomocą standardowego złącza typu DB-9 (część żeńska) za pomocą standardowego kabla portu szeregowego.

Czasami pozostają podobne kable z UPS (nieprzerwane). Mają określone okablowanie i nie nadają się do podłączenia adaptera.

Linie interfejsu pętli prądowej są połączone za pomocą zacisków.

Boris Aladyshkin