Układy portu szeregowego RS−232.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

Klub Konstruktorów

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).

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

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: