Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2006 №5

Современные аппаратные средства связи микроконтроллера с компьютером по интерфейсу RS-232. Часть 3

Кузьминов Алексей


Все статьи цикла:

1.4.1. Простой гальванически изолированный интерфейс RS-232 на базе микросхем развязки ADUM1201, преобразователя SN75155 и оптронов

На рис. 18 показана схема сопряжения компьютера с микроконтроллером (например, из семейства MSC12XX) с помощью гальванически изолированного интерфейса RS-232. Сам микроконтроллер показан условно в правой нижней части схемы.

Рис. 18. Схема гальванически изолированного интерфейса RS-232 на базе развязки ADUM1201 и преобразователя интерфейса SN75155 для микроконтроллеров семейств MSC12XX
Рис. 18. Схема гальванически изолированного интерфейса RS-232 на базе развязки ADUM1201 и преобразователя интерфейса SN75155 для микроконтроллеров семейств MSC12XX

В схеме в качестве гальванических развязок помимо двунаправленной развязки ADUM1201 (DD2) используются широко известные, доступные и дешевые оптроны H11L1 (DD3) и TLP521 (DD4). В схеме также применена известная высокоскоростная микросхема одноканального приемопередатчика SN75155 (DD1) от Texas Instruments, которая редко используется из-за повышенного энергопотребления. Ток потребления части схемы со стороны компьютера составляет около 12 мА; из них 11 мА потребляет SN75155. Для питания части схемы со стороны компьютера используется DC/DC-конвертор RQD-0512 (DD5) компании Recom мощностью 1 Вт, преобразующий входное напряжение +5 В в два напряжения +12 В и –12 В. Он выдает ток по 42 мА на каждое напряжение питания (с лихвой перекрывающий энергию, требующуюся для питания развязки). Микроконтроллер показан схематично; к нему подходят сигналы данных RS-232 — TxDM и RxDM и сигналы управления — RST и PSEN.

В прямоугольнике, очерченном пунктирной линией, показана схема кабеля связи с компьютером. Линия RxD соединена с линией DSR непосредственно в разъеме DB9M, который подключается к COM-порту компьютера. Таким образом, драйвер SN75155 (2-й и 7-й вывод) работает сразу на два входа (на два приемника RS-232). Для получения напряжения питания +5 В (питание ADUM1201) используется малопотребляющий и достаточно прецизионный стабилизатор LP2950CZ5.0 (DD6). Схема идеально работает на скорости обмена 115 200 бод на расстоянии между компьютером и микроконтроллером до 15 м.

Микросхема ADUM1201 выпускается в корпусе SOIC8, который неудобен для ручного макетирования. Для удобства работы с этой микросхемой при ручном макетировании автор рекомендует изготовить платупереходник SOIC8→DIP8, вариант разводки которой приведен на рис. 19.

Рис. 19. Вариант разводки платы-переходника SOIC8→DIP8 для развязки ADUM1201 (слева — верхний слой монтажа микросхемы, справа — нижний слой платы)
Рис. 19. Вариант разводки платы-переходника SOIC8→DIP8 для развязки ADUM1201 (слева — верхний слой монтажа микросхемы, справа — нижний слой платы)

В плате-переходнике в качестве «ножек» используются штырьки, которые легко «отламываются» от линейки из 40 двусторонних штырьков круглого сечения диаметром около 0,5–0,7 мм. Верхняя часть штырька (меньшего диаметра) впаивается в плату-переходник (лишняя его часть откусывается), а нижняя служит ножкой. Штырек, связанный с 1 выводом микросхемы, можно не откусывать; по нему удобно ориентировать плату-переходник при установке ее в панельку.

Необходимо отметить, что расстояние между центрами ножек (штырьков), находящихся на одной линии, но с противоположных сторон платы-переходника (например, между центрами 1-й и 8-й ножек), составляет по стандарту корпуса DIP 0,3 дюйма или 7,62 мм. Учитывая толщину штырька, а также погрешность монтажа, расстояние между штырьками может составить чуть менее 6 мм. Максимальное же расстояние между концами ножек, находящихся на одной линии, но с противоположных сторон микросхемы в корпусе SOIC8 (например, между концами 1-й и 8-й ножек), составляет 6,2 мм. Поэтому микросхема в корпусе SOIC8 «не влезет» на плату-переходник с топологией, показанной на рис. 19 (в левой нижней части рисунка).

Рис. 20. Процедура «подгибания» ножек микросхемы под ее «дно»
Рис. 20. Процедура «подгибания» ножек микросхемы под ее «дно»

Если же «подогнуть» ножки микросхемы под ее «дно», как показано на рис. 20, то она свободно умещается на плату-переходник, и еще даже остается свободное пространство, что намного упрощает пайку. Для того чтобы более прояснить ситуацию, напомним, что, как известно, аналогичное расположение выводов имеют все конденсаторы, резисторы и диоды, предназначенные для поверхностного монтажа, а также микросхемы в корпусах QFN. Следует также отметить, что процедуру «подгибания» можно производить только один раз, иначе ножки могут сломаться.

Фотография платы-переходника SOIC8→DIP8 для развязки ADUM1201 показана на рис. 21. Как можно убедиться, микросхема ADUM1201 (с подогнутыми ножками) очень удачно «вписывается» в топологию платы. На фотографии можно заметить, что штырек, связанный с 1 выводом микросхемы, не откусан и служит для удобства ориентации (как уже говорилось ранее).

Рис. 21. Фотография платы-переходника SOIC8→DIP8 для развязки ADUM1201
Рис. 21. Фотография платы-переходника SOIC8→DIP8 для развязки ADUM1201

1.4.2. Гальванически изолированный интерфейс RS-232 на базе микросхем развязок ADUM1201, ADUM1200 и преобразователей ADM3202 и MAX3181

На рис. 22 приведена схема гальванически изолированного интерфейса RS-232 на базе двух микросхем развязок ADUM1201(DD2), ADUM1200(DD3) и преобразователей ADM3202(DD1), MAX3181(DD5). Схема, как и предыдущая (рис. 18), формирует четыре сигнала — TxDM, RxDM, RST и PSEN для сопряжения компьютера с микроконтроллерами семейства MSC12XX, поэтому условное изображение микроконтроллера не нужно.

Рис 22. Схема гальванической развязки на базе ADUM1201, ADUM1200 и преобразователя интерфейса ADM3202 для микроконтроллеров семейства MSC12XX
Рис 22. Схема гальванической развязки на базе ADUM1201, ADUM1200 и преобразователя интерфейса ADM3202 для микроконтроллеров семейства MSC12XX

В связи с тем, что преобразователь ADM3202 имеет два передатчика (10–7 и 11–14 выводы DD1), линии RxD и DSR разнесены. Это значительно повышает надежность передатчиков, так как каждый из них работает на один вход. Схема кабеля сопряжения с компьютером показана в прямоугольнике, очерченном пунктиром. Как можно увидеть, для каждой из линий RxD и DSR предусмотрен отдельный провод, хотя эти два сигнала формируются преобразователем ADM3202 из одного и того же сигнала (RxDa), для генерации которого используется единственный канал развязки ADUM1201 (2–7 выводы DD2). Часть схемы, непосредственно контактирующая с интерфейсом компьютера (слева от пунктирной линии, условно показывающей изоляционный барьер), питается от единственного источника питания напряжением +5 В (сигнал «+5A»), формируемым DC/DC-преобразователем RQS-0505 мощностью всего 0,25 Вт. Размер корпуса RQS-0505 (и соответственно стоимость) меньше, чем у RQD-0512, использованном в предыдущей схеме (рис. 18). Кроме того, отпадает необходимость в дополнительном стабилизаторе +5 В (DD6 на рис. 18).

Для более удобного макетирования устройств, использующих обе развязки ADUM1201 и ADUM1200, автор рекомендует изготовить плату-переходник 2×SOIC8→DIP12, схема и вариант разводки которой приведен на рис. 23. Для того чтобы микросхемы «вписались» в топологию платы-переходника, их ножки следует подогнуть так же, как и для переходника SOIC8→DIP8 (см. рис. 20, 21).

Рис. 23. Вариант разводки платы-переходника 2×SOIC8→DIP12 для двух развязок ADUM1201 и ADUM1200
Рис. 23. Вариант разводки платы-переходника 2×SOIC8→DIP12 для двух развязок ADUM1201 и ADUM1200

Микросхема приемника RS-232 MAX3181 (DD5 на рис. 22) выпускается в планарном корпусе SOT23-5, который, как и корпус SOIC8 неудобен для макетирования, поэтому автор рекомендует изготовить переходник SOT23-6→DIP6 аналогично переходнику SOIC8→DIP8, показанному на рис. 19 (схема и вариант разводки не приводятся ввиду их простоты). Благодаря малым размерам микросхемы MAX3181 она свободно умещается на плате-переходнике без процедуры «подгибания» ножек.

На рис. 24 приведены фотографии вышеуказанных двух плат переходников: 2×SOIC8→DIP12 и SOT-23-6→DIP6.

Рис. 24. Фотографии плат-переходников 2×SOIC8→DIP12 для двух развязок ADUM1201 и ADUM1200 (а) и SOT-23-6→DIP6 (б) для приемника MAX3181
Рис. 24. Фотографии плат-переходников 2×SOIC8→DIP12 для двух развязок ADUM1201 и ADUM1200 (а) и SOT-23-6→DIP6 (б) для приемника MAX3181

Кроме того, следует отметить, что микросхема приемника MAX3181 труднодоступна (в малых количествах), поэтому вместо нее можно применить КМОП-транзистор 2N7000. Схема замены микросхемы MAX3181 на транзистор 2N7000 приведена в прямоугольнике, очерченном пунктиром, в левой нижней части рис. 22.

Несколько слов о достоинствах схемы рис. 22. Схема достаточно проста, в ней применены относительно доступные (и дешевые) компоненты, и она не содержит ни одного резистора (если использовать приемник MAX3181). Кроме того, схема идеально работает на скорости 115 200 бод, так как максимальные скорости работы ADM3202 и MAX3181 значительно выше и составляют 460 кбод и 1,5 Мбод соответственно. Длина кабеля связи с компьютером может достигать 20 м. Автор рекомендует эту схему гальванических развязок для большинства применений (не только для микроконтроллеров семейств MSC12XX).

1.4.3. Гальванически изолированный интерфейс RS-232 на базе микросхем развязок ADUM1201, ADUM1200 и преобразователя MAX1406

Рис. 25. Схема гальванической развязки на базе ADUM1201, ADUM1200 и преобразователя интерфейса MAX1406 для микроконтроллеров семейства MSC12XX
Рис. 25. Схема гальванической развязки на базе ADUM1201, ADUM1200 и преобразователя интерфейса MAX1406 для микроконтроллеров семейства MSC12XX

На рис. 25 приведена еще одна схема гальванически изолированного интерфейса RS-232 на базе развязок ADUM1201 и ADUM1200. Схема несколько проще, чем предыдущая (рис. 22), так как в ней применена единственная микросхема преобразователя интерфейса MAX1406 (DD1), включающая три приемника и три передатчика. В связи с этим отпадает необходимость в дополнительном приемнике (MAX3181, как в схеме на рис. 22). Правда, возникает необходимость в дополнительном стабилизаторе +5 В (DD5 — LP2950Z5.0) и, кроме того, требуется DC/DC-преобразователь с двумя (+12 В и –12 В) выходными напряжениями питания (DD4 — RQD-0512). Схема достаточно скрупулезно тестировалась автором и отлично работала на скорости 115 200 бод (как было упомянуто ранее, максимальная скорость работы MAX1406 составляет 230 кбод). Размах сигнала драйвера повышен и составляет около ±11,5 В на нагрузке в 5 кОм, что является несомненным преимуществом микросхемы MAX1406 перед упоминавшейся ранее ADM3202 (размах сигнала составляет ±10 В при питании +5 В). Длина кабеля связи (на такой скорости работы схемы) может достигать 20 м. Еще одно достоинство схемы в том, что она более удобна для макетирования, чем предыдущая (рис. 22), если использовать микросхему MAX1406 в корпусе DIP16 (MAX1406CPE). Правда, стоимость такой микросхемы (при малом количестве) довольно высока — почти $5.

И последнее, что необходимо отметить по поводу MAX1406. Эта микросхема была выпущена компанией MAXIM для прямой замены более старых микросхем MC145406 производства Motorola и SN75C1406 от Texas Instruments в устройствах, где требуется высокая скорость обмена в 115 200 бод, поскольку ни MC145406, ни SN75C1406 такую скорость обмена не поддерживают. Автор настоятельно рекомендует ни в коем случае не применять две последние микросхемы в качестве преобразователей интерфейса RS-232 (в схеме рис. 25). Эксперименты, проведенные автором с этими микросхемами, показали, что скорость обмена свыше 38 400 бод от них получить невозможно; кроме того, даже на такой скорости обмена они работают нестабильно, что приводит к частым «зависаниям» компьютера.

1.4.4. Гальванически изолированный интерфейс RS-232 на базе микросхем развязок ADUM1201, ADUM1200 и преобразователей MAX3190 и MAX3181

Малый размер микросхем гальванических развязок ADUM1201 и ADUM1200 и крошечный размер преобразователей MAX3190, MAX3181 и MAX3183 позволяют конструировать очень компактные устройства гальванически развязанного интерфейса RS-232, которые могут свободно умещаться на плате размером с обычную микросхему в DIP-корпусе. Такая плата, оснащенная «ножками», подобными ножкам микросхем в DIP-корпусах, может представлять собой что-то типа гибридной микросхемы в DIP-корпусе, которую, с одной стороны, можно легко сконфигурировать под ту или иную задачу, и с другой — очень удобно использовать для макетирования. Впоследствии такая «микросхема» после тестирования может быть установлена уже в готовое изделие. Ниже приводится два варианта подобных «гибридных микросхем» гальванически изолированного интерфейса, предназначенного для программирования и штатного режима работы микроконтроллеров семейства MSC12XX (1-й вариант) и семейств P89LPC9XX (2-й вариант).

1.4.4.1. Плата гальванически изолированного интерфейса на базе развязок ADUM1201, ADUM1200, MAX3181 иMAX3190 для микроконтроллеров семейства MSC12XX

Рис. 26. Схема гальванически изолированного преобразователя интерфейса ADUMAX на базе ADUM1201, ADUM1200, MAX3181 и MAX3190
Рис. 26. Схема гальванически изолированного преобразователя интерфейса ADUMAX на базе ADUM1201, ADUM1200, MAX3181 и MAX3190

На рис. 26 приведена схема гальванически изолированного преобразователя интерфейса на базе ADUM1201, ADUM1200, MAX3181 и MAX3190. Как видно из рисунка, схема состоит из трех инвертирующих приемников RS-232 — MAX3181 (DD4, DD5 и DD6), одного инвертирующего передатчика RS-232—MAX3190 (DD3), одной двухканальной двунаправленной развязки ADUM1201 (DD1) и одной двухканальной однонаправленной развязки ADUM1200 (DD2). Назовем условно такое устройство ADUMAX.

Рис 27. Вариант разводки платы гальванически изолированного преобразователя интерфейса ADUMAX на базе ADUM1201, ADUM1200, MAX3181 и MAX3190
Рис 27. Вариант разводки платы гальванически изолированного преобразователя интерфейса ADUMAX на базе ADUM1201, ADUM1200, MAX3181 и MAX3190

На рис. 27 приведен вариант разводки платы с размещением компонентов с двух сторон. На одной стороне платы (верхняя часть) находится двунаправленная развязка ADUM1201 (DD1) совместно с инвертирующим передатчиком MAX3190 (DD3) и инвертирующим приемником MAX3181 (DD4), на другой (нижняя часть) — двухканальная однонаправленная развязка ADUM1200 (DD2) и два инвертирующих приемника MAX3181 (DD5 и DD6).

На рис. 28 показаны фотографии платы «микросхемы» ADUMAX.

Рис. 28. Фотографии платы гальванически изолированного преобразователя интерфейса ADUMAX на базе ADUM1201, ADUM1200, MAX3181 и MAX3190 а) верхняя часть платы, б) — нижняя
Рис. 28. Фотографии платы гальванически изолированного преобразователя интерфейса ADUMAX на базе ADUM1201, ADUM1200, MAX3181 и MAX3190 а) верхняя часть платы, б) — нижняя

Здесь можно увидеть, что такая топология разводки компонентов позволила расположить 6 микросхем, 5 конденсаторов и 14 штырьков, которые являются «ножками» «микросхемы», на довольно ограниченном пространстве, соответствующем площади стандартной микросхемы в корпусе DIP16. На фотографии (рис. 28а) можно заметить явно выступающий (не откусанный) штырек, соответствующий 1 выводу «микросхемы» ADUMAX, по которому легко ориентировать плату при установке в панельку.

На рис. 29 приведена схема гальванической развязки на базе ADUMAX для микроконтроллеров семейства MSC12XX.

Рис. 29. Схема гальванической развязки на базе ADUMAX для микроконтроллеров семейства MSC12XX
Рис. 29. Схема гальванической развязки на базе ADUMAX для микроконтроллеров семейства MSC12XX

Как видно из рис. 29, схема формирует сигналы для микроконтроллера RxDM, RST и PSEN из сигналов интерфейса RS-232 соответственно TxD, DTR и RTS, а сигнал интерфейса RxD формируется сигналом микроконтроллера TxDM. Пунктиром показан изоляционный барьер. Схема тестировалась на скорости обмена 115 200 бод и показала отличные результаты. Длина кабеля связи с компьютером может достигать 20 м. В прямоугольнике, очерченном пунктиром, показана схема кабеля связи с компьютером.

Схема развязки достаточно проста и занимает мало места на плате.

1.4.4.2. Плата гальванически изолированного интерфейса на базе развязок ADUM1201, ADUM1200, MAX3181, MAX3183 и MAX3190 для микроконтроллеров семейства P89LPC9XX

Рис. 30. Схема гальванически изолированного преобразователя интерфейса ADUMAX1 на базе ADUM1201, ADUM1200, MAX3181, MAX3183 и MAX3190
Рис. 30. Схема гальванически изолированного преобразователя интерфейса ADUMAX1 на базе ADUM1201, ADUM1200, MAX3181, MAX3183 и MAX3190

На рис. 30 приведена схема платы гальванически изолированного интерфейса на базе развязок ADUM1201, ADUM1200, MAX3181, MAX3183 и MAX3190. Назовем такую плату «микросхемой» ADUMAX1. Из рис. 30 можно заметить, что ADUMAX1 отличается от ADUMAX (рис. 26) только тем, что два инвертирующих приемника ADUMAX — MAX3181(DD5 и DD6)—заменены на два неинвертирующих приемника MAX3183 (тe же DD5 и DD6). В остальном схемы и разводка плат идентичны.

Рис. 31. Схема гальванической развязки на базе ADUMAX1 для микроконтроллеров семейств P89LPC9XX
Рис. 31. Схема гальванической развязки на базе ADUMAX1 для микроконтроллеров семейств P89LPC9XX

На рис. 31 приведена схема гальванической развязки на базе ADUMAX1 для микроконтроллеров семейства P89LPC9XX. Как видно из рисунка, схема формирует сигналы для микроконтроллера RxDM, RST и Vcc из сигналов интерфейса RS-232 соответственно TxD, DTR и RTS, а сигнал интерфейса RxD формируется сигналом микроконтроллера TxDM. Сигнал Vcc формируется на стоке КМОП-транзистора BS250 (T1), исток которого соединен с источником питания +3,3 В, а на затвор подается сигнал ТТЛ-уровня с выхода приемника ADUMAX1 (выводы 10 и 16). На вход этого же приемника подается сигнал RTS с интерфейса RS-232. Пунктиром показан изоляционный барьер. Схема тестировалась на скорости обмена в 115 200 бод и показала отличные результаты. Длина кабеля связи с компьютером может достигать 20 м. В прямоугольнике, очерченном пунктиром, показана схема кабеля связи с компьютером. Схема достаточно проста и занимает мало места на плате.

1.4.5. Новейшие микросхемы гальванических развязок

В марте 2006 года компания Silicon Laboratories анонсировала выпуск новых гальванических развязок Si8440/1/2, работающих по тому же принципу, что и развязки iCoupler от Analog Devices (например, ADUM1200/1), о которых рассказывалось в предыдущей главе. Внутренняя структура развязок приведена на рис. 32, а принцип работы и цоколевка корпуса SOIC16 — на рис. 33.

Рис. 32. Внутренняя логическая структура микросхем Si8440/1/2
Рис. 32. Внутренняя логическая структура микросхем Si8440/1/2
Рис. 33. Микросхема Si8440/1/2 а) принцип работы и б) цоколевка
Рис. 33. Микросхема Si8440/1/2 а) принцип работы и б) цоколевка

Развязки Si8440/1/2 имеют три градации скоростей: A — 0–1 Мбод, B — 0–10 Мбод и C— 0–150 Мбод. Так, например, микросхема Si8441-A-IS работает на скоростях 0–1 Мбод. Потребление тока этой развязки составляет чуть менее 5 мА на канал. Для сравнения укажем, что потребление тока развязки ADUM1200/1AR (0÷1 Мбод) составляет около 1 мА, то есть примерно в 5 раз меньше. Однако максимальная скорость работы развязок ADUM1200/1 составляет только 25 Мбод (ADUM1200/1CR). Поскольку интерфейс RS-232 работает на скоростях до 0,1 Мбод (115 200 бод), максимальная скорость развязок Si8440/1/2-C (150 Мбод) не представляет особого интереса. Кроме того, корпус у Si8440/1/2 — «широкий» SOIC (16-Pin Wide Body SOIC) шириной 7,5 мм, тогда как корпус у ADUM1200/1 — «узкий» SOIC (ширина — 4 мм). Тем не менее, развязки Si8440/1/2, по мнению автора, заслуживают внимания, особенно если их стоимость (на канал передачи) будет ниже, чем у ADUM1200/1.

В том же марте 2006 года Analog Devices анонсировала еще одно семейство своих гальванических развязок ADUM5240/1/2, которое в буквальном смысле перевернуло общее представление (в том числе и автора) о применении DC/DC-конверторов в таких развязках. Развязки ADUM5240/1/2 имеют встроенный DC/DC-конвертор! Это уникальное свойство позволяет вообще отказаться от использования DC/DC-конверторов в гальванических развязках и таким образом сэкономить, с одной стороны, $6–12, с другой — дополнительное место на плате.

Рис. 34. Внутренняя логическая структура микросхем ADUM5240/1/2
Рис. 34. Внутренняя логическая структура микросхем ADUM5240/1/2

На рис. 34 приведены структурные схемы развязок ADUM5240/1/2, а на рис. 35 — цоколевка корпусов SOIC8 (узких).

Рис. 35. Цоколевка корпусов SOIC8 (узких)
Рис. 35. Цоколевка корпусов SOIC8 (узких)

Развязки ADUM5240/1/2 имеют максимальную скорость работы 10 Мбод (ADUM5240BR), а на скорости до 1 Мбод потребляют около 5 мА (на оба канала). Встроенный DC/DC-конвертор имеет КПД около 10%, то есть при выходном токе в 10 мА (5 В) входной ток составляет около 100 мА. Это, однако, не является таким уж большим недостатком, поскольку блоки питания современных компьютеров способны выдавать ток до 20 А, и лишние 100 мА совершенно не являются проблемой.

Остается только ждать, когда такие развязки появятся в продаже и у нас.

1.5. Что делать, если длина линии связи интерфейса RS-232 превышает 20 м?

Иногда возникает задача «удлинить» линию связи для интерфейса RS-232; при этом задача поставлена так, что нельзя изменять ни схему устройства на базе микроконтроллера, ни его программное обеспечение, ни программное обеспечение компьютера, с которым этот микроконтроллер связан по интерфейсу RS-232. С подобными задачами автор сталкивался достаточно часто.

Ниже приведен пример подобной ситуации и, на взгляд автора, достаточно простое решение возникшей проблемы, которая некоторых разработчиков может поставить в тупик.

Задача была поставлена следующим образом.

Имеется прибор (на базе микроконтроллера), который сопрягается с компьютером всего двумя линиями интерфейса RS-232— TxD и RxD и, естественно, «землей» — сигналом SG. Причем, связь между компьютером и прибором по интерфейсу RS-232 должна быть дуплексной (как это обычно делается в интерфейсе RS-232), то есть передатчик и приемник должны работать независимо друг от друга (так было написано программное обеспечение для компьютера и микроконтроллера в приборе).

Прибор располагался непосредственно на месте снятия показаний, а компьютер был расположен на расстоянии около одного километра от прибора (≈900м). Программное обеспечение, имеющееся на компьютере, по снятию показаний прибора было давно куплено и оплачено, поэтому его изменить уже было невозможно; кроме того, отсутствовала возможность как-то изменить программное обеспечение и в приборе, так как прибор был разработан достаточно давно. Попытки заказчика применить стандартный преобразователь интерфейса RS-232 в интерфейсе RS-485 ни к чему не привели ввиду того, что в преобразователе интерфейса RS-485 была предусмотрена только полудуплексная связь, которая обычно осуществляется в этом интерфейсе.

Для решения задачи автор использовал достаточно известные преобразователи RS-485/RS-422↔TTL (ADM488), работающие в дуплексном режиме, и уже упоминавшийся преобразователь интерфейса RS-232 ADM3202. Схема устройства приведена на рис. 36. Как видно из рис. 36, все сигналы интерфейсов и питание схемы выведены на клеммы (K01–K08). Для индикации включения питания используется светодиод VD1. Для питания устройства применяется достаточно дешевый стабилизированный источник питания +5 В, 200 мА.

Рис. 36. Схема двунаправленного преобразователя RS-232↔RS-485/RS-422
Рис. 36. Схема двунаправленного преобразователя RS-232↔RS-485/RS-422

На рис. 37 приведены расположение элементов (а) и вариант разводки платы (б, в) устройства преобразователя интерфейсов. Использование микросхем в корпусах DIP существенно облегчает производство устройства. Для распайки компонентов не требуется высокой квалификации монтажника (вся работа по монтажу плат была довольно ловко проделана школьником 9-го класса).

Рис. 37. Вариант разводки платы двунаправленного преобразователя RS-232↔RS-485/RS-422
Рис. 37. Вариант разводки платы двунаправленного преобразователя RS-232↔RS-485/RS-422

На рис. 38 показана фотография устройства. Как видно из рисунка, размеры платы выбраны таким образом, что она легко умещается в обыкновенную телефонную розетку и прикручивается к ней 8 саморезами, служащими одновременно крепежом клемм к плате. В крышке розетки просверлено отверстие, через которое наружу выведена верхняя часть светодиода.

Рис. 38. Фотография устройства преобразователя RS-232↔RS-485/RS-422
Рис. 38. Фотография устройства преобразователя RS-232↔RS-485/RS-422

На рис. 39 приведена фотография общего вида двух устройств — преобразователей RS-232↔RS-485/RS-422. Слева показано устройство в собранном виде, предназначенное для сопряжения с компьютером (на фотографии можно увидеть кабель с разъемом DB9M, который подключается к COM-порту компьютера), справа — устройство со снятой крышкой.

Рис. 39. Фотография общего вида двух устройств — преобразователей RS-232↔RS-485/RS-422
Рис. 39. Фотография общего вида двух устройств — преобразователей RS-232↔RS-485/RS-422

На рис. 40 приведена схема сопряжения прибора с компьютером с помощью двух устройств — преобразователей RS-232↔RS-485/RS-422.

Рис. 39. Фотография общего вида двух устройств — преобразователей RS-232↔RS-485/RS-422
Рис. 40. Схема сопряжения прибора с компьютером с помощью двунаправленного преобразователя RS-232↔RS-485/RS-422

Для сопряжения устройств с компьютером и прибором используется обыкновенный (неэкранированный) 4-жильный телефонный провод длиной 1–1,5 м. Линия связи между двумя устройствами представляет собой достаточно дешевый провод, состоящий из двух неэкранированных витых пар в одной общей оплетке.

Тестирование устройств показало отличную их работу в дуплексном режиме на скорости в 115 200 бод на линии связи длиной в 1 км.

Литература

  1. Кузьминов А. Ю. Интерфейс RS-232. Связь между компьютером и микроконтроллером. М.: Радио и связь. 2004.
  2. Кузьминов А.Ю. Интерфейс RS-232. Связь между компьютером и микроконтроллером. От DOS к Windows98/XP. М.: ДМК-ПРЕСС. 2006 (в печати).
  3. Кузьминов А. Ю. Универсальная система сбора и обработки данных АСИР-3. // Мир ПК. 1996. № 6.
  4. Кузьминов А. Ю.Удаленные системы сбора информации с датчиков на базе однокристальных микро-ЭВМ // Автоматизация и производство. 1996. № 3.
  5. Кузьминов А. Ю. Однокристальные микроЭВМ—основа удаленных систем сбора и обработки сигналов, поступающих с датчиков // Электроника и компоненты. 1998. № 2.
  6. Кузьминов А. Ю. Новые MCS51-совместимые микроконтроллеры и их применение в системах сбора информации с датчиков // Контрольно-измерительные приборы и системы. 1997. № 6. 1998. № 7.
  7. www.analog.com
  8. www.atmel.com
  9. www.maxim-ic.com
  10. www.semiconductor-philips.com
  11. www.silabs.com
  12. www.ti.com
  13. www.msdn.microsoft.com/library
  14. www.gapdev.com

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке