Układy portu szeregowego RS−232, Elektronika PDF

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Klub Konstruktorów
Układy portu szeregowego RS−232
Klub Konstruktorów jest przeznaczo−
ny dla bardziej zaawansowanych Czytel−
ników, mających pewne doświadczenie
w konstruowaniu i wykonywaniu urzą−
dzeń elektronicznych.
Formuła Klubu jest następująca: po
zaprezentowaniu danego elementu na
łamach EdW, do końca miesiąca czeka−
my na listy, w których przedstawicie
propozycje, jak chcielibyście wykorzys−
tać dany podzespół. Osoba lub osoby,
które nadeślą najbardziej przekonujące
listy, otrzymają dany element bezpłat−
nie (ibez żadnych zobowiązań wzglę−
dem redakcji). Nie stawiamy szczegóło−
wych wymagań − Twoim zadaniem,
Czytelniku, jest przekonać nas, że dany
element należy udostępnić do ekspery−
mentów właśnie Tobie! List powinien
zawierać schemat ideowy proponowa−
nego rozwiązania układowego, plano−
wany sposób praktycznego zastosowa−
nia, ale można też napisać coś o sobie
i swoich dotychczasowych osiągnię−
ciach. Wprzeciwieństwie do Szkoły
Konstruktorów, listy te nie będą publi−
kowane, ani oceniane. Osoba, która
otrzyma dany podzespół może, ale
wcale nie jest zobowiązana, napisać
potem do redakcji EdW ialbo zaprezen−
tować samodzielnie opracowane, kom−
pletne urządzenie, albo podzielić się
swymi uwagami na temat napotkanych
trudności, albo nawet opisać okolicz−
ności uszkodzenia elementu (wiemy,
że często zdarza się to podczas ekspe−
rymentów). Najbardziej interesujące lis−
ty zawierające plon takich praktycznych
doświadczeń, zostaną opublikowane
wEdW.
Redakcja będzie też prezentować
własne rozwiązania.
Tym razem bezpłatne próbki ukła−
dów na potrzeby Klubu Konstruktorów
dostarczy firma
UNIIPROD−COMPONENTS ssp.. zzo.. o..
ull.. Sowiińsskkiiego 26
44−100 Glliiwiicce
ttell.. ((0−32)) 38−20−34
będąca krajowym przedstawicielem
między innymi firmy MAXIM.
Każdy komputer PC wyposażony jest
przynajmniej wdwa porty, wykorzystują−
ce szeregowy sposób transmisji danych.
Wpoprzednich numerach EdW (6/97
i 7/97) przedstawiony był obszerny opis
łącza szeregowej transmisji danych, zwa−
nego popularnie RS−232, albo krótko –
eresem, bądź serialem. Dwuczęściowy
artykuł pokazał, że port szeregowy kom−
putera może być wykorzystywany wbar−
dzo różnorodny sposób.
Przedstawiony materiał wyjaśnił, że
poziomy napięć w łączu RS−232 (ściślej
RS−232C) odpowiadające stanom logicz−
nym 1 i 0 są zupełnie inne, niż poziomy
występujące w układach cyfrowych po−
pularnych rodzin TTL74 oraz CMOS4000.
Choć we wspomnianym artykule po−
dano, że w wielu przypadkach wejścia
portu szeregowego prawidłowo zinter−
pretują sygnały o poziomach TTL, jed−
nak wszelkie profesjonalne urządzenia
współpracujące z komputerem w stan−
dardzie RS−232 powinny zawierać spe−
cjalizowane układy dopasowujące pozio−
my napięć.
Niniejsza edycja Klubu Konstruktorów
pokazuje, w jaki sposób dopasowuje się
poziomy napięć, i to bez konieczności
stosowania dodatkowych napięć ±12V
do zasilania kostek 1488 i1489.
Na końcu podane będą także możli−
wości nietypowego, a bardzo pożytecz−
nego wykorzystania opisanych układów.
zasilane pojedynczym napięciem +5V,
lub nawet +3V. Aby spełnić wymagania
standardu RS−232 dotyczące poziomów
napięć, należy zbudować przetwornice,
zapewniające napięcia wlinii większe niż
5V i−5V.
Co prawda amatorzy często nie prze−
jmują się tymi wymaganiami, podają na
linię napięcia o poziomach TTL, i jak po−
dano we wspomnianym artykule, łącze
pracuje poprawnie. Na takie uproszcze−
nie można jednak sobie pozwolić tylko
w urządzeniach amatorskich, budowa−
nych do własnych celów.
Wurządzeniach profesjonalnych oraz
wszędzie tam, gdzie ważna jest odpor−
ność na zakłócenia, należy pracować przy
poziomach określonych dla łącza RS−232.
Konieczna jest wtedy budowa prze−
twornic, wytwarzających zpojedynczego
napięcia +5V lub +3V, napięcia symet−
ryczne owiększej wartości.
Zadanie to wydaje się trudne, jednak
od dość dawna obecne są na rynku ukła−
dy scalone, zawierające „na pokładzie”
kilka odbiorników i nadajników a także
gotową przetwornicę dostarczającą po−
trzebnych napięć.
Najpopularniejszą kostką z tej grupy
jest układ zawierający woznaczeniu liczbę
232. Układ ten jest produkowany przez
wiele firm, spotyka się więc kostki ozna−
czone AD232A, DS232, MAX232, itp.
Wewnętrzny schemat blokowy ukła−
dów 232 oraz układ wyprowadzeń poda−
ny jest narryyssunkku 1. Jest on taki sam dla
kostek różnych firm.
Dociekliwych Czytelników EdW
zpewnością interesuje sposób uzyskiwa−
nia potrzebnych napięć. Jak widać, kost−
ka 232 zawiera pojemnościowy podwa−
jacz napięcia dodatniego, oraz układ in−
wertera tego podwojonego napięcia. Za−
sadę ich działania pokazuje rryyssunekk 2.
Układ 232
Kostki 1488 i1489 zawierające nadajni−
ki iodbiorniki linii standardu RS−232 miały
(i nadal mają) niezaprzeczalną rację bytu
wsystemach mikroprocesorowych, gdzie
dostępne są napięcia +5V oraz ±12V.
Kłopot zaczyna się wtedy, gdy
„prawdziwe” łącze RS−232 ma być ob−
sługiwane przez urządzenie przenośne,
Rys. 1. Blokowy schemat wewnętrzny i układ wyprowadzeń kostki 232
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/97
35
Klub Konstruktorów
a)
b)
Rys. 3. Układ 233 oraz 203 nie wymagający kondensatorów zewnętrznych
kostek – znać funkcje dodatkowych wy−
prowadzeń sterujących. Te szczegóły nie
mieszczą się już wramach tego artykułu.
Artykuł ma jedynie zaprezentować różne
wersje najpopularniejszej kostki o numerze
232 oraz układy najbliżej znimi spokrewnione.
Firma Maxim produkuje również now−
szy (i wolniejszy) układ MAX203 owypro−
wadzeniach i funkcjach zgodnych z ukła−
dem 233 (233A).
Wprzypadku tych kostek trzeba pa−
miętać, że choć do wyprowadzeń ozna−
czonych C nie dołącza się kondensato−
rów, to muszą być one odpowiednio po−
łączone wg rysunku 3 (także wyprowa−
dzenia oznaczone −V, czyli przy obudo−
wie DIP nóżki 12 i 17 mają być ze sobą
połączone).
Rys. 2. Zasada działania przetwornicy
Kondensatory przetwornicy
napięcia
Jak widać na rysunkach 1 i 2, prze−
twornica napięcia wymaga zastosowania
czterech kondensatorów zewnętrznych.
Dziś powszechnie spotyka się układy,
współpracujące z kondensatorami o po−
jemności 1µF, anawet 100nF.
Zmniejszenie pojemności z 1000nF do
100nF ma znaczenie zwłaszcza wurządze−
niach montowanych zelementów SMD.
Konstruktor – hobbysta natrafi whand−
lu kostki 232 (lub 232A) pochodzące zróż−
nych źródeł. Jeśli nie ma akurat katalogu
producenta posiadanych kostek, nie musi
takowego szukać. Jeśli ilość miejsca nie
jest sprawą krytyczną, można stosować
kondensatory opojemności 1µF, anawet
śmiało zwiększyć pojemność nawet do
10µF. Nie będzie to przeszkadzać wpracy
układów przystosowanych do współpracy
zmniejszymi kondensatorami.
Wyjątkiem jest tu kostka MAX220
owyprowadzeniach zgodnych zukładem
MAX232. MAX220 charakteryzuje się
bardzo małym poborem prądu w spo−
czynku (0,5mA), i zgodnie z rysun−
kiem1obowiązkowo wymaga kondensa−
torów 4,7µF oraz 10µF.
Mutacje
Układ zoznaczeniem 232, zawierający
dwa nadajniki idwa odbiorniki, od lat jest
najpopularniejszą kostką używaną przez
konstruktorów w urządzeniach wyposa−
żonych w sprzęg RS−232. Istnieje jednak
wiele podobnych kostek, zawierających
inną ilość odbiorników inadajników, apo−
nadto sam układ 232 występuje w róż−
nych odmianach iwykonaniach.
Choć występuje wiele odmian itypów,
szczegółowe parametry wszystkich kostek
nie są niezbędne dla przeciętnego elektro−
nika, chcącego je wykorzystać. Wystarczy
wiedzieć, że wszystkie kostki przeznaczo−
ne są do zasilania napięciem +5V ispełnia−
ją wymagania standardu RS−232 (ściślej
EIA−232E oraz V.28), jeśli chodzi opoziomy
napięć i prądów, a maksymalna prędkość
transmisji przekracza 20kbps (kilobitów na
sekundę). Wogromnej większości kostek,
maksymalna prędkość transmisji przekra−
cza 120kbps, w niektórych sięga powyżej
200kbps. (Warto przypomnieć, że obecnie
wwiększości przypadków stosuje się pręd−
kości od 1,2...19,2kbps, czyli 1200...19200
bitów na sekundę).
Generalnie kostki bez literki Ana koń−
cu oznaczenia (np. MAX232, DS229, itp.)
mają gwarantowaną prędkość transmisji
120kbps. Kostki zliterką Ana końcu (np.
AD232A, DS233A) mają gwarantowaną
prędkość transmisji przynajmniej
200kbps. Tak przynajmniej jest w przy−
padku kostek firmy Maxim. Wwypadku
innych firm, literka A oznacza często po
prostu nowszą, ulepszoną wersję.
Wpraktyce nie trzeba więc analizować
obszernych danych zawierających para−
metry statyczne i dynamiczne kostek.
Wystarczy znać układ ich wyprowadzeń,
a w przypadku bardziej rozbudowanych
Układy zasilane napięciem
niższym niż +5V
Obecnie coraz więcej urządzeń prze−
nośnych jest zasilanych napięciem rzędu
3V lub nawet mniejszym. Wtakim wy−
padku do uzyskania napięć wymaganych
przez standard RS−232 nie stosuje się już
przetwornicy pojemnościowej podwaja−
jącej napięcie.
Zamiast podwajacza pojemnościowe−
go stosuje się przetwornice indukcyjną,
natomiast wytwarzanie napięcia ujemne−
go nadal odbywa się na zasadzie pokaza−
nej na rysunku 2b.
Charakterystycznym przykładem jest
kostka MAX218, której schemat aplikacyjny
iwyprowadzenia pokazano na rryyssunkku 4.
Układy sprzęgające
z oddzieleniem
galwanicznym
Układy łącza RS−232 umożliwiają
transmisję danych na odległości nawet
kilkunastu metrów i większe. Przy two−
rzeniu większych systemów problemem
stają się prądy mogące przepływać przez
obwody masy – mogą one powodować
zakłócenia i błędy w transmisji. Z tego
względu, a także ze względów bezpie−
czeństwa, konieczne bywa zastosowanie
izolacji galwanicznej. Sygnały są wów−
czas przesyłane bez przeszkód, ale nie
ma bezpośredniego połączenia, umożli−
wiającego przepływ prądu między współ−
pracującymi urządzeniami.
Wprowadzenie izolacji galwanicznej
między dwoma urządzeniami sprzęgnię−
Wersje z kondensatorami
wewnętrznymi
Dążenie do jak największej miniatury−
zacji skłoniło niektórych producentów do
wypuszczenia układów, których prze−
twornica nie wymaga dołączenia zewnęt−
rznych kondensatorów – wykorzystuje je−
dynie wewnętrzne pojemności.
Przykładem jest kostka o numerze
233. Należy zauważyć, iż układ wyprowa−
dzeń, pokazany narryyssunkku 33jest inny, niż
w najpopularniejszym układzie 232 (por.
rysunek 1).
36
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/97
Klub Konstruktorów
Rys. 4. Układ MAX218 zasilany niskim napięciem
tymi łączem RS−232 bardzo często jest
pożądane, aniekiedy wręcz konieczne.
Amatorzy radzą sobie z oddzieleniem
galwanicznym, stosując różne, często
dość proste sposoby wykorzystujące
transoptory, jednak należy mieć świado−
mość, że takie półśrodki nie spełniają wy−
magań standardu i nie mogą być stoso−
wane w urządzeniach profesjonalnych.
Spełnienie wymagań standardu nie jest
wcale proste, ponieważ jeśli rzeczywiś−
cie mają być spełnione wymagania na po−
ziomy napięć w liniach łącza, układy po
obu stronach bariery muszą być zasilane
napięciami rzędu ±10V. Tymczasem jak
wiadomo, na gnieździe portu szeregowe−
go nie ma wyprowadzenia jakiegokol−
wiek napięcia zasilającego.
Dla urządzeń, gdzie konieczna jest peł−
na izolacja galwaniczna, Maxim opraco−
wał układy MAX250 i MAX251. Dwa te
układy, cztery transoptory oraz niewielki
transformator separujący na rdzeniu fer−
rytowym tworzą system skutecznie se−
parujący dwa urządzenia. Transformator
pracuje w obwodzie zasilania i jest po−
trzebny, by oba układy oddzielone galwa−
nicznie, mogły być zasilane zjednego na−
pięcia zasilającego +5V.
Nowsza kostka MAX252 zawiera
wszystkie niezbędne podzespoły (obwo−
dy cyfrowe, transoptory i transformator)
wjednej obudowie DIL40.
wania (latch−
up), okazują
się ładunki sta−
tyczne.
Ostatnio ukazały się wykonania kostek
sprzęgu RS−232, których wejścia i wy−
jścia są odporne na ładunki statyczne aż
do ±15kV.
Układy firmy Maxim otak dużej odpor−
ności na ładunki statyczne można poznać
po dodatkowej literce Ena końcu oznacze−
nia – przykładami są: MAX232E,
MAX203E. Działanie i rozkład wyprowa−
dzeń są oczywiście identyczne, jak wukła−
dach bez literki E(MAX232 iMAX203)
Kostki te generalnie przeznaczone są
do pracy wtrudnych warunkach, ale oczy−
wiście nic nie stoi na przeszkodzie stoso−
wania ich wsprzęcie standardowym.
Inne zastosowania kostek
Uważni Czytelnicy zauważyli z pew−
nością, że opisywane kostki można wy−
korzystać do nietypowych celów.
Chodzi o wykorzystanie samej tylko
przetwornicy napięć zasilających.
Bardzo często trzeba wukładzie zasila−
nym jednym, stosunkowo niskim napię−
ciem (+5V) zastosować wzmacniacze
operacyjne lub inne elementy wymagają−
ce większego (ew. symetrycznego) na−
pięcia zasilającego.
Napięcia te są dostępne wkostce 232
na nóżce nr 2(+10V) inóżce nr 6(−10V).
Wydajność prądowa wynosi kil−
ka...kilkanaście miliamperów ijest więk−
sza wkostkach zliterą Ana końcu ozna−
czenia.
Warto podkreślić, że znana kostka in−
wertera napięcia (ICL7660) może jedynie
zdanego dodatniego napięcia wytworzyć
napięcie ujemne, czyli z napięcia +5V
można uzyskać ±5V. Natomiast układy ro−
dziny 232 pozwalają znapięcia +5V uzys−
kać ±10V.
Warto praktycznie wypróbować taką
możliwość, zwłaszcza, że cena kostki
232 może się okazać taka sama lub na−
wet niższa, niż kostki 7660.
Krajowy przedstawiciel Maxima – firma
UNIIPROD−COMPONENTS ssp.. zz o.. o..
ull.. Sowiińsskkiiego 26
44−100 Glliiwiicce
ttell.. ((0−32)) 38−20−34
dostarczy dla Klubu Konstruktorów kilka−
dziesiąt kostek MAX232E, MAX202E,
MAX233 iMAX203.
Osoby zainteresowane nieodpłat−
nym otrzymaniem tych układów mogą
do końca września nadsyłać listy za−
wierające propozycje wykorzystania
tych układów. Otrzymane przez nas
próbki zostaną rozdane osobom, które
zaproponują najciekawsze ich wyko−
rzystanie.
Układy o innej liczbie
nadajników i odbiorników
Tabela zamieszczona obok zawiera
wykaz kostek do współpracy z łączem
RS−232 produkowanych przez firmę MA−
XIM.
Rubryki tabeli oznaczone SHDN okreś−
lają, czy kostkę można wyłączyć do stanu
bezprądowego „uśpienia” (shutdown),
oraz czy wtakim stanie uśpienia niektóre
wejścia RS232 są aktywne, umożliwiając
mimo wszystko przyjęcie informacji nad−
chodzącej zlinii.
Jak widać, ilość typów kostek przezna−
czonych do współpracy z łączem RS−232
jest bardzo duża. Atabela nie podaje peł−
nej oferty Maxima!
Trzeba jednak wiedzieć, że nie wszys−
tkie układy są jednakowo popularne.
Dla przeciętnego elektronika wystarczy
wiedza o najpopularniejszym układzie
zoznaczeniem 232. Szczegółów na temat
innych kostek trzeba szukać wkatalogach
albo lepiej ściągnąć informacje zInternetu.
Oto internetowy adres firmy Maxim:
httttp::////www..maaxxiim−iicc..ccom
Natomiast możliwości zakupu oraz ce−
ny poszczególnych kostek należy spraw−
dzić ukrajowego reprezentanta firmy Ma−
xim – adres itelefon na końcu artykułu.
Układy o wyższym stopniu
zabezpieczenia
Wcześniejsze wymagania na układy
nadajników i odbiorników linii do łącza
RS−232 żądały, by układy te nie zostały
uszkodzone przy podaniu na linię (czyli na
wejścia iwyjścia) „obcych” napięć rzędu
kilkudziesięciu woltów.
Część osób, które osobiście „dotykały
się” kostek rodziny 232, zwłaszcza wers−
ji „cemosowych”, ma jednak za sobą
przykre doświadczenia – układy te wcza−
sie montażu lub przy próbach niekiedy
ulegają uszkodzeniu „nie wiadomo dla−
czego”. Przyczyną uszkodzeń lub błędne−
go działania wskutek zjawiska zatrzaski−
((rred))
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/97
37
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • emaginacja.xlx.pl

    •