فئات: مقالات مميزة » إلكترونيات عملية
مرات المشاهدة: 71885
تعليقات على المقال: 5

بسيط RS-232 محول - حلقة الحالية

محول لتوصيل جهاز الكمبيوتر وأجهزة التحكم مع واجهة حلقة الحالية. لا يتطلب أجزاء شحيحة ، وهو متاح للتصنيع حتى في المنزل.

في عام 1969 ، طورت جمعية الصناعات الإلكترونية الأمريكية واجهة الاتصالات RS-232C. الغرض الأساسي منه هو توفير اتصال بين أجهزة الكمبيوتر البعيدة على مسافة طويلة.

يسمى التماثلية لهذه الواجهة في روسيا "Joint S2". يتم الاتصال بين أجهزة الكمبيوتر باستخدام أجهزة المودم ، ولكن في الوقت نفسه ، تم توصيل أجهزة مثل "الماوس" ، والتي كانت تسمى أيضًا "komovskaya" ، وكذلك الماسحات الضوئية والطابعات ، بأجهزة الكمبيوتر عبر واجهة RS-232C. بالطبع ، كان يجب أن يكونوا قادرين على الاتصال عبر واجهة RS-232C.

حاليًا ، هذه الأجهزة غير صالحة للاستخدام تمامًا ، على الرغم من أن RS-232C لا تزال مطلوبة: حتى بعض طرز الكمبيوتر المحمول الجديدة لديها هذه الواجهة. مثال على مثل هذا الكمبيوتر المحمول هو طراز الكمبيوتر المحمول الصناعي TS Strong @ Master 7020T سلسلة Core2Duo. مثل جهاز كمبيوتر محمول في مخازن "الكمبيوتر المنزلي" ، بطبيعة الحال ، لا تبيع.

بعض وحدات التحكم الصناعية لديها واجهة حلقة الحالية. لتوصيل جهاز كمبيوتر بواجهة RS-232C ووحدة تحكم مماثلة ، يتم استخدام محولات متعددة. يصف هذا المقال واحد منهم.

تم تطوير محول RS-232 - حلقة الحالية من قبل المتخصصين في مؤسستنا وأظهرت أثناء التشغيل موثوقية عالية. ميزته المميزة هي أنه يوفر عزلًا كلفانيًا كاملاً للكمبيوتر وجهاز التحكم. مثل تصميم الدوائر يقلل بدرجة كبيرة من احتمال فشل كلا الجهازين. بالإضافة إلى ذلك ، من السهل أن تصنعها بنفسك في ظل ظروف الإنتاج: المخطط ليس كبير الحجم ، ولا يحتوي على أجزاء نادرة ، وكقاعدة عامة ، لا يحتاج إلى تعديل.

من أجل شرح تشغيل هذه الدائرة ، من الضروري أن نتذكر ، على الأقل بشكل عام ، تشغيل واجهات RS-232C و Current Loop. الشيء الوحيد الذي يوحدهم هو نقل البيانات التسلسلي.

الفرق هو أن الإشارات لها مستويات فيزيائية مختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي واجهة RS-232C ، بالإضافة إلى خطوط نقل البيانات الفعلية ، على العديد من إشارات التحكم الإضافية المصممة للعمل مع المودم.

يوضح الشكل 1. عملية إرسال البيانات على خط TxD (TxD هو خط المرسل. يتم إخراج البيانات منه بالتتابع من الكمبيوتر).

بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى أن البيانات تنتقل باستخدام الجهد ثنائي القطب: مستوى الصفر المنطقي في الخط يناظر الجهد من + 3 ... + 12V ، ومستوى وحدة منطقية من -3 ... 12V. وفقًا للمصطلحات التي جاءت من تقنية التلغراف ، فإن حالة الصفر المنطقي تسمى أحيانًا SPASE أو "depress" ، بينما تسمى الوحدة المنطقية MARK - "press".

الشكل 1

بالنسبة لدارات التحكم ، يقابل الجهد الإيجابي وحدة منطقية (تشغيل) ، والجهد السلبي يساوي الصفر المنطقي (إيقاف). يتم إجراء جميع القياسات فيما يتعلق بجهة اتصال SG (أرض المعلومات).

يتم إجراء نقل البيانات الفعلي في وضع بدء التشغيل عن طريق طريقة غير متزامنة متتابعة. لا يتطلب تطبيق هذه الطريقة إرسال أي إشارات التزامن إضافية ، وبالتالي ، خطوط إضافية لإرسالها.

يتم إرسال المعلومات بالبايت (الرقم الثنائي ثمانية بت) ، والتي تكملها المعلومات العامة. أولاً ، إنها بت البداية (بت هي بت ثنائية واحدة) ، وبعدها تتبع ثمانية بتات للبيانات. وراءهم مباشرة تأتي بت التعادل وبعد كل ذلك ، بت وقف. يمكن أن يكون هناك عدة بت توقف. (القليل هو اختصار للأرقام الثنائية الإنجليزية - رقم ثنائي).

في حالة عدم نقل البيانات ، يكون الخط في حالة وحدة منطقية (الجهد في الخط هو -3 ... 12V). تبدأ بت البداية الإرسال ، وتعيين الخط إلى مستوى الصفر المنطق. يبدأ المتلقي المتصل بهذا الخط ، بعد تلقيه بت البدء ، عدادًا يقوم بحساب الفواصل الزمنية المخصصة لإرسال كل بت. في الوقت المناسب ، وكقاعدة عامة ، في منتصف الفاصل ، بوابات المتلقي حالة الخط ويتذكر حالته. هذه الطريقة تقرأ المعلومات من الخط.

من أجل التحقق من موثوقية المعلومات المستلمة ، يتم استخدام بتات التحقق من التكافؤ: إذا كان عدد الوحدات الموجودة في البايتة المرسلة غريبًا ، تتم إضافة وحدة أخرى إليها - بتات التحقق من التماثل. (ومع ذلك ، يمكن لهذه الوحدة إضافة وحدات البايت على العكس حتى تكون غريبة. كل هذا يتوقف على بروتوكول نقل البيانات المقبول).

على جانب المتلقي ، يتم التحقق من التكافؤ وإذا تم اكتشاف عدد فردي من الوحدات ، فسيقوم البرنامج بإصلاح الخطأ واتخاذ التدابير اللازمة للقضاء عليه. على سبيل المثال ، قد يطلب إعادة إرسال البايتة الفاشلة. صحيح أن فحص التكافؤ لا يتم تنشيطه دائمًا ، ويمكن ببساطة إيقاف تشغيل هذا الوضع ولا يتم إرسال جزء التحقق في هذه الحالة.

انتقال كل بايت ينتهي بت توقف. والغرض من ذلك هو إيقاف تشغيل جهاز الاستقبال ، الذي يذهب ، حسب الأول منهم ، إلى انتظار البايت التالي ، أو بالأحرى ، بت البدء. يكون مستوى بت إيقاف التشغيل دائمًا منطقيًا 1 ، تمامًا مثل المستوى في التوقف المؤقت بين عمليات نقل الكلمات. لذلك ، من خلال تغيير عدد بتات التوقف ، يمكنك ضبط مدة هذه الإيقاف المؤقت ، مما يجعل من الممكن تحقيق اتصال موثوق به بحد أدنى لمدة.

يتم تنفيذ خوارزمية الواجهة التسلسلية بأكملها في الكمبيوتر بواسطة وحدات تحكم خاصة دون مشاركة معالج مركزي. يقوم الأخير بتكوين وحدات التحكم هذه فقط لوضع معين ، ويقوم بتحميل البيانات إليها لإرسالها أو استقبال البيانات المستلمة.

عند العمل مع المودم ، توفر واجهة RS-232C ليس فقط خطوط البيانات ، ولكن أيضًا إشارات تحكم إضافية. في هذه المقالة ، ليس من المنطقي النظر في هذه التفاصيل بالتفصيل ، حيث يتم استخدام اثنتين منها فقط في دائرة المحول المقترحة. سيتم مناقشة هذا أدناه في وصف مخطط الدائرة.

بالإضافة إلى RS-232C ، واجهة تسلسلية IRPS (واجهة شعاعي مع الاتصالات التسلسلية) على نطاق واسع للغاية. اسمه الثاني هو حلقة الحالية. هذه الواجهة تتوافق منطقياً مع RS-232C: نفس مبدأ نقل البيانات التسلسلي ونفس التنسيق: بت البدء ، بايت البيانات ، بت التماثل و بت التوقف.

الفرق من RS-232C هو فقط في التنفيذ المادي لقناة الاتصال. تنتقل المستويات المنطقية ليس عن طريق الفولتية ، ولكن عن طريق التيارات. يسمح لك نظام مماثل بتنظيم الاتصال بين الأجهزة الموجودة على مسافة كيلومتر ونصف.

بالإضافة إلى ذلك ، لا تحتوي "الحلقة الحالية" ، على عكس RS-232C ، على أي إشارات تحكم: بشكل افتراضي ، من المفترض أن تكون جميعها في حالة نشطة.

بحيث لا تؤثر مقاومة خطوط الاتصال الطويلة على مستويات الإشارة ، يتم تشغيل الخطوط من خلال مثبتات التيار.

يوضح الشكل أدناه مخططًا مبسطًا للغاية لواجهة الحلقة الحالية. كما ذكرنا سابقًا ، يتم تشغيل الخط من مصدر حالي ، يمكن تثبيته إما في جهاز الإرسال أو في جهاز الاستقبال ، وهو أمر لا يهم.

الشكل 2

الوحدة المنطقية في الخط تقابل تيارًا من 12 ... 20 مللي أمبير ، والصفر المنطقي يتوافق مع نقص التيار ، بشكل أكثر دقة ، لا يزيد عن 2 مللي أمبير. لذلك ، فإن مرحلة إخراج "الحلقة الحالية" للمرسل هي مفتاح ترانزستور بسيط.

يتم استخدام optocoupler الترانزستور كمستقبل ، والذي يوفر عزل كلفاني من خط الاتصال. من أجل أن يكون الاتصال في اتجاهين ، هناك حاجة إلى حلقة واحدة أخرى (خطان للاتصال) ، على الرغم من أن طرق الإرسال معروفة في اتجاهين وعلى زوج واحد ملتوي.

إن قابلية الصيانة لقناة الاتصال بسيطة للغاية للتحقق مما إذا كنت تدرج ملليمترا في فجوة أي من السلكين ، ويفضل أن يكون عداد الطلب. في حالة عدم وجود نقل البيانات ، يجب أن يظهر حاليًا ما يقرب من 20 مللي أمبير ، وإذا كان نقل البيانات قيد التقدم ، فيمكنك ملاحظة ارتعاش طفيف للسهم. (إذا كانت سرعة النقل ليست عالية ، ولكن ناقل الحركة نفسه في حزم).

يظهر الشكل 3 مخطط الرسم البياني لمحول RS-232C - "الحلقة الحالية".

الشكل 3. رسم تخطيطي لمحول RS-232C - "الحلقة الحالية" (النقر على الصورة سيفتح الرسم في تنسيق أكبر)

في الحالة الأولية ، تكون الإشارة Rxd في حالة وحدة منطقية (انظر الشكل 1) ، أي أن الجهد عليها هو -12 فولت ، مما يؤدي إلى فتح optocoupler الترانزستور DA2 ، ومعه الترانزستور VT1 ، الذي يتدفق عبره تيار 20 مللي أمبير عبر المثبت الحالي و LED optocoupler مستقبل وحدة التحكم ، كما هو مبين في الشكل 4. بالنسبة إلى "الحلقة الحالية" ، هذه هي حالة الوحدة المنطقية.

عندما تأخذ الإشارة Rxd قيمة الصفر المنطقي (الجهد + 12V) ، يتم إغلاق optocoupler DA2 ويتصل الترانزستور VT1 به ، بحيث يصبح التيار صفرًا ، والذي يتوافق تمامًا مع متطلبات واجهة "الحلقة الحالية". بهذه الطريقة ، سيتم نقل البيانات التسلسلية من الكمبيوتر إلى وحدة التحكم.

يتم إرسال البيانات من وحدة التحكم إلى الكمبيوتر من خلال optocoupler DA1 والترانزستور VT2: عندما يكون خط الحلقة الحالي في حالة وحدة منطقية (الحالية 20 مللي أمبير) ، يفتح optocoupler الترانزستور VT2 ويظهر جهد -12 V عند دخل مستقبل RS-232C ، والذي وفقًا للشكل 1 ، الوحدة. هذا يتوافق مع توقف مؤقت بين عمليات نقل البيانات.

عندما تكون الحلقة الحالية صفرًا (صفر منطقي) على خط الاتصال الخاص بالحلقة الحالية ، يتم إغلاق optocoupler DA1 و الترانزستور VT2 عند دخل RxD ، فإن الجهد سيكون +12 فولت - يتوافق مع مستوى الصفر المنطقي.

من أجل الحصول على جهد ثنائي القطب عند دخل RxD ، يتم استخدام إشارات DTR Data Terminal Ready و RTS Request to Send.

تم تصميم هذه الإشارات للعمل مع المودم ، ولكن في هذه الحالة يتم استخدامها كمصدر طاقة لخط RxD ، لذلك لا يلزم وجود مصدر إضافي. برمجياً ، يتم تعيين هذه الإشارات بهذه الطريقة: DTR = + 12V ، RTS = -12V. يتم عزل هذه الفولتية عن بعضها البعض بواسطة الثنائيات VD1 و VD2.

لتصنيع المحول بشكل مستقل ، ستحتاج إلى التفاصيل التالية.

قائمة العناصر.

DA ، DA = 2xAOT128

R1 = 1x4.7K

R2 ، R4 = 2x100K

R3 = 1x200

R6 ، R7 = 2x680

R8 ، R9 ، R10 = 3x1M

VD1 ، VD2 ، VD3 ، VD4 ، VD5 = 5xKD522

VT1 ، VT2 = 2xKT814G

إذا تم استخدام import 4N35 بدلاً من optocouplers المحلي ، وهو الأكثر احتمالا في سوق الراديو الحالي ، يجب ضبط المقاومات R2 ، R4 على 820K ... 1M.

يوضح الشكل 4. اتصال وحدة التحكم بالكمبيوتر (توجد مثبتات التيار في وحدة التحكم).