Простой адаптер RS-232 — «Токовая петля»

05.09.2024 Andrey 0 Comments

Адаптер для подключения ПК к контроллеру с интерфейсом «токовая петля». Не требуется никаких дефицитных деталей, и его можно даже сделать дома.

В 1969 году Американская ассоциация электронной промышленности разработала интерфейс связи RS-232C. Его первоначальная цель заключалась в обеспечении связи между удаленными компьютерами на больших расстояниях.

Российский аналог этого интерфейса называется «Джойнт С2». Связь между компьютерами происходит с помощью модемов, но при этом к компьютеру через интерфейс RS-232C подключаются такие устройства, как «мышь» (так называемая «Комовская»), а также сканеры и принтеры. Разумеется, все они должны иметь возможность подключения через интерфейс RS-232C.

В настоящее время такие устройства полностью вышли из употребления, но потребность в RS-232C все еще существует: этот интерфейс есть даже в некоторых новых моделях ноутбуков. Примером ноутбука такого типа является промышленная модель ноутбука серии TS Strong@Master 7020T Core2Duo. Конечно, такой ноутбук не будет продаваться в магазине домашних компьютеров.

Некоторые промышленные контроллеры имеют интерфейсы токовой петли. Для подключения компьютеров и аналогичных контроллеров с интерфейсом RS-232C необходимы различные адаптеры. В этой статье представлен один из них.

Адаптер RS-232 — «Токовая петля» разработан специалистами нашей компании и показывает высокую надежность в процессе эксплуатации. Его отличительной особенностью является то, что он обеспечивает полную гальваническую развязку компьютера и контроллера. Такая схемотехника значительно снижает вероятность выхода из строя обоих устройств. Кроме того, его легко изготовить самостоятельно в производственных условиях: схема не громоздка, не содержит дефицитных деталей и обычно не требует наладки.

Чтобы объяснить работу этой схемы, необходимо хотя бы вкратце рассмотреть работу интерфейсов RS-232C и «токовой петли». Единственное, что у них общего, — это последовательная передача данных.

Разница в том, что сигналы имеют разные физические уровни. Дополнительно интерфейс RS-232C имеет несколько дополнительных управляющих сигналов, предназначенных для использования с модемами, помимо самой линии передачи данных.

Процесс передачи данных по линии TxD показан на рисунке 1. (TxD — линия передачи, по которой данные выводятся с компьютера в последовательном виде).

Прежде всего, важно отметить, что данные передаются с использованием биполярных напряжений: уровень логического 0 в линии соответствует напряжению +3…+12В, а уровень логической 1 соответствует -3.. Напряжение 0,12 В. Согласно терминологии телеграфной техники, состояние логического нуля иногда называют СПАЗОМ или «нажатым», при этом логическую единицу называют МАРК – «нажатым».

Для цепей управления положительное напряжение соответствует логической единице (включено), а отрицательное напряжение соответствует логическому нулю (выключено). Все измерения производятся относительно вывода СГ (информационная земля).

Фактическая передача данных происходит в режиме старт-стоп с использованием последовательного асинхронного метода. Использование этого метода не требует передачи каких-либо дополнительных сигналов синхронизации, поэтому не требуются дополнительные линии для передачи.

Информация передается в байтах (восьмибитных двоичных числах) и дополняется служебной информацией. Сначала идет стартовый бит (один бит — двоичное число), за которым следуют восемь битов данных. За ним следует бит четности и, наконец, стоповый бит. Остановок может быть несколько. (Бит — это аббревиатура двоичных чисел на английском языке).

При отсутствии передачи данных линия находится в состоянии логической единицы (напряжение линии -3…12В). Стартовый бит начинает передачу, устанавливая линию на уровень логического нуля. После получения стартового бита приемник, подключенный к линии, запускает счетчик, отсчитывающий временной интервал передачи каждого бита. В подходящий момент, обычно в середине интервала, приемник стробирует состояние линии и запоминает ее состояние. Этот метод считывает информацию из строки.

Для проверки достоверности полученной информации используется бит четности: если количество переданных байт нечетное число, к нему добавляется еще один — бит четности. (Однако при этом может быть добавлен противоположный байт по нечетной четности. Все зависит от используемого протокола передачи данных).

На принимающей стороне проверяется четность, и если обнаружено нечетное число, программа регистрирует ошибку и предпринимает действия по ее устранению. Например, он может запросить повторную передачу ошибочных байтов. Правда, контроль четности не всегда включен, режим можно просто отключить и биты четности в этом случае не передаются.

Читайте также статью: Как делаются афролоконы

Передача каждого байта заканчивается стоповым битом. Их назначение сводится к остановке работы приемника, который согласно первому продолжает ожидать приема следующего байта, точнее, его стартового бита. Уровень стопового бита всегда равен логической 1, точно такой же, как уровень паузы между передачами слов. Следовательно, изменяя количество стоповых битов, продолжительность этих пауз можно регулировать так, чтобы можно было обеспечить надежную связь с наименьшей длительностью.

Весь алгоритм последовательного интерфейса в компьютере выполняется выделенным контроллером без участия центрального процессора. Последний просто настраивает эти контроллеры на определенный режим и загружает в них данные для передачи, либо принимает полученные данные.

При использовании модема интерфейс RS-232C обеспечивает не только линию передачи данных, но и дополнительные сигналы управления. В данной работе нет необходимости рассматривать их подробно, поскольку в предлагаемой схеме адаптера используются только два из них. Об этом будет сказано ниже при описании принципиальной схемы.

Помимо RS-232C, также очень распространен последовательный интерфейс ИРПС (радиальный интерфейс с последовательной связью). Второе его название – «текущий тираж». Этот интерфейс логически соответствует RS-232C: тот же принцип последовательной передачи данных и тот же формат: стартовый бит, байт данных, бит четности и стоповый бит.

Единственное отличие от RS-232C — физическая реализация канала связи. Логические уровни передаются не через напряжение, а через ток. Данное решение позволяет организовать связь между устройствами, находящимися на расстоянии до полутора километров.

Кроме того, в отличие от RS-232C, «токовая петля» не имеет никаких управляющих сигналов: все они по умолчанию считаются активными.

Чтобы сопротивление длинных линий связи не влияло на уровень сигнала, линии питаются через стабилизаторы тока.

На рисунке ниже показана очень упрощенная схема интерфейса токовой петли. Как уже говорилось, линия питается от источника тока, который может быть установлен в передатчике или приемнике, не важно.

логическая 1 в линии соответствует току 12…20 мА, логический 0 соответствует отсутствию тока, точнее не более 2 мА. Таким образом, выходной каскад передатчика с «токовой петлей» представляет собой простой транзисторный переключатель.

В качестве приемника используется транзисторная оптопара, обеспечивающая гальваническую развязку от линий связи. Для реализации двунаправленной связи необходим еще один аналогичный шлейф (две линии связи), хотя известны способы передачи в обоих направлениях и по одной витой паре.

доступность канала связи можно легко проверить, если подключить миллиамперметр (лучше стрелочный индикатор) в разрыв между любыми двумя проводами. Если передача данных не происходит, он должен показывать около 20 мА, если передача данных происходит, вы можете заметить легкое подергивание стрелки. (Если скорость передачи не высокая и сама передача происходит пакетами).

Принципиальная схема адаптера RS-232C – «токовая петля» представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема адаптера RS-232C — «Токовая петля» (нажмите на изображение, чтобы увеличить его)

В исходном состоянии сигнал Rxd находится в состоянии логической 1 (см рисунок 1), т.е напряжение на нем равно -12В, что приводит к открытию транзисторной оптопары DA2, а затем и транзистора VT1, через который протекает ток 20мА. Стабилизатор и оптопара светодиодного контроллера приемника, как показано на рисунке 4. Для «токовой петли» это состояние логической 1.

Когда сигнал Rxd принимает значение логического нуля (напряжение +12В), оптопара DA2 отключается, транзистор VT1 закрывается, и ток становится равным нулю, что полностью соответствует требованиям интерфейса «токовая петля». Таким образом, последовательные данные будут передаваться с компьютера на контроллер.

Данные от контроллера к компьютеру передаются через оптопару DA1 и транзистор VT2: при нахождении линии токовой петли в состоянии логической 1 (ток 20мА) оптопара включает транзистор VT2, и на вход контроллера. Приемник RS-232C, согласно рисунку 1, представляет собой блок логического уровня. Это соответствует паузе между передачами данных.

Видео: Кабель USB RS232

Когда ток в линии связи токовой петли станет нулевым (логический ноль), оптопара DA1 и транзистор VT2 закрываются и на входе RxD появится напряжение +12В – уровень, соответствующий логическому нулю.

Для получения биполярного напряжения на входе RxD используйте готовый терминал данных DTR и запрос RTS для отправки сигналов).

Эти сигналы предназначены для использования с модемом, но в этом случае они используются в качестве питания для линий RxD, поэтому дополнительная мощность не требуется. Эти сигналы задаются программно следующим образом: DTR=+12В, RTS=-12В. Эти напряжения изолированы друг от друга диодами VD1 и VD2.

Чтобы сделать адаптер своими руками, вам потребуются следующие детали.

ВД1, ВД2, ВД3, ВД4, ВД5 =5хКД522

VT1, VT2=2хКТ814Г

В случае применения импортного 4Н35 взамен наиболее распространенной на современном радиорынке отечественной оптопары АОТ128 следует устанавливать резисторы R2 и R4 номиналом 820К…1М.

Соединение контроллера и компьютера показано на рисунке 4. (Стабилизатор тока находится внутри контроллера).

На рис. 5 показана готовая плата адаптера.

Рисунок 5. Готовая плата адаптера

Подключитесь к компьютеру с помощью стандартного разъема DB-9 (гнездо) и стандартного последовательного кабеля.

Иногда похожие на вид кабели для UPS (источников бесперебойного питания) еще есть на складе. Они имеют специфическую проводку и не подходят для подключения адаптеров.

Интерфейсный кабель токовой петли подключается с помощью клеммных зажимов.

простой логический пробник
Использование оптопары для ввода информации в контроллер
Использование компьютера для создания печатных плат

Надеюсь, эта статья была вам полезна. См также «Электрическая энергия в повседневной жизни и работе» Другие статьи в категории «Практическая электроника

Подписывайтесь на наш Telegram-канал об электронике для профессионалов и любителей: Полезная электроника для повседневного использования

Поделитесь этой статьей с друзьями: