Einfacher RS-232-Adapter - Stromschleife

Ein Adapter zum Verbinden eines PC-Computers und von Controllern mit einer Stromschleifenschnittstelle. Es werden keine knappen Teile benötigt, es kann auch zu Hause hergestellt werden.

1969 entwickelte die American Electronic Industries Association die Kommunikationsschnittstelle RS-232C. Der ursprüngliche Zweck besteht darin, die Kommunikation zwischen Computern bereitzustellen, die über große Entfernungen entfernt sind.

Ein Analogon dieser Schnittstelle in Russland heißt „Joint S2“. Die Kommunikation zwischen Computern erfolgt über Modems. Gleichzeitig wurden Geräte wie eine „Maus“, die auch als „Komovskaya“ bezeichnet wurde, sowie Scanner und Drucker über die RS-232C-Schnittstelle mit den Computern verbunden. Natürlich sollten alle über die RS-232C-Schnittstelle eine Verbindung herstellen können.

Derzeit sind solche Geräte völlig außer Betrieb, obwohl RS-232C immer noch gefragt ist: Selbst einige neue Laptop-Modelle verfügen über diese Schnittstelle. Ein Beispiel für einen solchen Laptop ist das industrielle Laptop-Modell TS Strong @ Master 7020T der Serie Core2Duo. Ein solcher Laptop in den Läden "Home Computer" verkauft sich natürlich nicht.

Einige industrielle Steuerungen verfügen über eine Stromschleifenschnittstelle. Um einen Computer mit einer RS-232C-Schnittstelle und einem ähnlichen Controller anzuschließen, werden verschiedene Adapter verwendet. Dieser Artikel beschreibt einen von ihnen.

Der RS-232-Adapter - Current Loop wurde von den Spezialisten unseres Unternehmens entwickelt und zeigte während des Betriebs eine hohe Zuverlässigkeit. Seine Besonderheit besteht darin, dass der Computer und die Steuerung vollständig galvanisch getrennt sind. Ein solches Schaltungsdesign verringert die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls beider Geräte erheblich. Darüber hinaus ist es unter Produktionsbedingungen einfach, es selbst herzustellen: Das Schema hat kein großes Volumen, enthält keine knappen Teile und muss in der Regel nicht angepasst werden.

Um die Funktionsweise dieser Schaltung zu erläutern, muss zumindest allgemein an die Funktionsweise der Schnittstellen RS-232C und Stromschleife erinnert werden. Das einzige, was sie verbindet, ist die serielle Datenübertragung.

Der Unterschied besteht darin, dass die Signale unterschiedliche physikalische Pegel haben. Zusätzlich verfügt die RS-232C-Schnittstelle zusätzlich zu den eigentlichen Datenübertragungsleitungen über mehrere zusätzliche Steuersignale, die für die Arbeit mit dem Modem ausgelegt sind.

Der Prozess der Datenübertragung auf der TxD-Leitung ist in Abbildung 1 dargestellt. (TxD ist die Senderleitung. Die Daten von dieser werden nacheinander vom Computer ausgegeben.)

Zunächst ist zu beachten, dass die Daten mit einer bipolaren Spannung übertragen werden: Der Pegel der logischen Null in der Leitung entspricht einer Spannung von + 3 ... + 12 V und der Pegel einer logischen Einheit von -3 ... 12 V. Gemäß der Terminologie, die aus der Telegrafietechnologie stammt, wird der Zustand einer logischen Null manchmal als SPASE oder "Drücken" bezeichnet, während die logische Einheit als MARK - "Drücken" bezeichnet wird.

Abbildung 1

Bei CONTROL-Schaltkreisen entspricht eine positive Spannung einer logischen Einheit (ein) und eine negative Spannung einer logischen Null (aus). Alle Messungen werden in Bezug auf den SG-Kontakt (Informationsgrund) durchgeführt.

Die eigentliche Datenübertragung erfolgt im Start-Stopp-Modus durch ein sequentielles asynchrones Verfahren. Die Anwendung dieses Verfahrens erfordert nicht die Übertragung zusätzlicher Synchronisationssignale und folglich zusätzlicher Leitungen für deren Übertragung.

Informationen werden in Bytes (8-Bit-Binärzahl) übertragen, die durch Overhead-Informationen ergänzt werden. Erstens ist es das Startbit (ein Bit ist ein Binärbit), nach dem es acht Datenbits gibt. Direkt dahinter kommt das Paritätsbit und danach das Stoppbit. Es können mehrere Stoppbits vorhanden sein. (Ein Bit ist eine Abkürzung für englische Binärziffer - Binärziffer).

Wenn keine Datenübertragung erfolgt, befindet sich die Leitung im Zustand einer logischen Einheit (die Spannung in der Leitung beträgt -3 ... 12 V). Das Startbit startet die Übertragung und setzt die Leitung auf einen logischen Nullpegel. Ein an diese Leitung angeschlossener Empfänger, der das Startbit empfangen hat, startet einen Zähler, der die Zeitintervalle zählt, die für die Übertragung jedes Bits vorgesehen sind. Zur richtigen Zeit, in der Regel in der Mitte des Intervalls, steuert der Empfänger den Zustand der Leitung und merkt sich ihren Zustand. Diese Methode liest Informationen aus der Zeile.

Um die Zuverlässigkeit der empfangenen Informationen zu überprüfen, wird das Paritätsprüfbit verwendet: Wenn die Anzahl der im übertragenen Byte enthaltenen Einheiten ungerade ist, wird ihnen eine weitere Einheit hinzugefügt - das Paritätsprüfbit. (Dieses Gerät kann jedoch im Gegenteil Bytes hinzufügen, bis es ungerade ist. Alles hängt vom akzeptierten Datenübertragungsprotokoll ab.)

Auf der Empfängerseite wird die Parität überprüft, und wenn eine ungerade Anzahl von Einheiten erkannt wird, behebt das Programm den Fehler und ergreift Maßnahmen, um ihn zu beseitigen. Beispielsweise kann eine erneute Übertragung des fehlgeschlagenen Bytes angefordert werden. Richtig, die Paritätsprüfung ist nicht immer aktiviert, dieser Modus kann einfach ausgeschaltet werden und das Prüfbit wird in diesem Fall nicht übertragen.

Die Übertragung jedes Bytes endet mit Stoppbits. Ihr Zweck ist es, den Betrieb des Empfängers zu stoppen, der nach dem ersten von ihnen darauf wartet, dass das nächste Byte empfangen wird, genauer gesagt sein Startbit. Der Stoppbitpegel ist immer logisch 1, genau wie der Pegel in den Pausen zwischen den Wortübertragungen. Durch Ändern der Anzahl der Stoppbits können Sie daher die Dauer dieser Pausen anpassen, wodurch eine zuverlässige Kommunikation mit einer minimalen Dauer erreicht werden kann.

Der gesamte serielle Schnittstellenalgorithmus im Computer wird von speziellen Steuerungen ohne Beteiligung eines Zentralprozessors ausgeführt. Letzterer konfiguriert diese Controller nur für einen bestimmten Modus und lädt Daten zur Übertragung auf ihn hoch oder empfängt empfangene Daten.

Bei der Arbeit mit einem Modem bietet die RS-232C-Schnittstelle nicht nur Datenleitungen, sondern auch zusätzliche Steuersignale. In diesem Artikel ist es einfach nicht sinnvoll, sie im Detail zu betrachten, da nur zwei von ihnen in der vorgeschlagenen Adapterschaltung verwendet werden. Dies wird nachstehend in der Beschreibung des Schaltplans erörtert.

Neben RS-232C ist die serielle Schnittstelle IRPS (Radial Interface with Serial Communication) sehr verbreitet. Sein zweiter Name ist Current Loop. Diese Schnittstelle entspricht logischerweise RS-232C: das gleiche serielle Datenübertragungsprinzip und das gleiche Format: Startbit, Datenbyte, Paritätsbit und Stoppbit.

Der Unterschied zu RS-232C besteht nur in der physischen Implementierung des Kommunikationskanals. Logische Pegel werden nicht durch Spannungen, sondern durch Ströme übertragen. Mit einem ähnlichen Schema können Sie die Kommunikation zwischen Geräten organisieren, die sich in einer Entfernung von anderthalb Kilometern befinden.

Außerdem hat die „Stromschleife“ im Gegensatz zum RS-232C keine Steuersignale: Standardmäßig wird davon ausgegangen, dass sich alle in einem aktiven Zustand befinden.

Damit der Widerstand langer Kommunikationsleitungen die Signalpegel nicht beeinflusst, werden die Leitungen über Stromstabilisatoren mit Strom versorgt.

Die folgende Abbildung zeigt ein sehr vereinfachtes Diagramm der Stromschleifenschnittstelle. Wie bereits erwähnt, wird die Leitung von einer Stromquelle gespeist, die entweder im Sender oder im Empfänger installiert werden kann, was keine Rolle spielt.

Abbildung 2

Eine logische Einheit in der Leitung entspricht einem Strom von 12 ... 20 mA, und eine logische Null entspricht einem Strommangel, genauer gesagt nicht mehr als 2 mA. Daher ist die Ausgangsstufe der "Stromschleife" des Senders ein einfacher Transistorschalter.

Als Empfänger wird ein Transistor-Optokoppler verwendet, der eine galvanische Trennung von der Kommunikationsleitung bietet. Damit die Kommunikation in beide Richtungen erfolgt, ist eine weitere gleiche Schleife erforderlich (zwei Kommunikationsleitungen), obwohl Übertragungsverfahren in zwei Richtungen und auf einem verdrillten Paar bekannt sind.

Die Wartungsfreundlichkeit des Kommunikationskanals ist sehr einfach zu überprüfen, ob Sie ein Milliamperemeter in den Spalt eines der beiden Drähte einbauen, vorzugsweise einen Messuhr. Wenn keine Datenübertragung erfolgt, sollte ein Strom nahe 20 mA angezeigt werden. Wenn Daten übertragen werden, kann ein leichtes Zucken des Pfeils festgestellt werden. (Wenn die Übertragungsgeschwindigkeit nicht hoch ist, die Übertragung selbst jedoch in Paketen erfolgt).

Das Schaltbild des RS-232C-Adapters - „Stromschleife“ ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3. Schematische Darstellung des RS-232C-Adapters - „Stromschleife“ (durch Klicken auf das Bild wird das Diagramm in einem größeren Format geöffnet)

Im Ausgangszustand befindet sich das Signal Rxd im Zustand einer logischen Einheit (siehe Abbildung 1), dh die Spannung an diesem beträgt -12 V, was zur Öffnung des Transistoroptokopplers DA2 und damit des Transistors VT1 führt, durch den ein Strom von 20 mA durch den Stromstabilisator und die Optokoppler-LED fließt Controller-Empfänger, wie in Abbildung 4 dargestellt. Für die "Stromschleife" ist dies der Status der logischen Einheit.

Wenn das Signal Rxd einen logischen Nullwert (Spannung + 12 V) annimmt, wird der Optokoppler DA2 geschlossen und der Transistor VT1 damit verbunden, so dass der Strom Null wird, was den Anforderungen der Schnittstelle "Stromschleife" vollständig entspricht. Auf diese Weise werden serielle Daten vom Computer zur Steuerung übertragen.

Daten von der Steuerung zum Computer werden über den Optokoppler DA1 und den Transistor VT2 übertragen: Wenn sich die Stromschleifenleitung im Zustand einer logischen Einheit befindet (Strom 20 mA), öffnet der Optokoppler den Transistor VT2 und eine Spannung von -12 V erscheint am Eingang des RS-232C-Empfängers, der gemäß 1 der logische Pegel ist Einheiten. Dies entspricht einer Pause zwischen den Datenübertragungen.

Wenn die Stromschleife auf der Kommunikationsleitung der Stromschleife Null (logische Null) ist, der Optokoppler DA1 und der Transistor VT2 am Eingang RxD geschlossen sind, liegt eine Spannung von +12 V an - entspricht dem Pegel der logischen Null.

Um eine bipolare Spannung am RxD-Eingang zu empfangen, werden die Signale DTR Data Terminal Ready und RTS Request to Send verwendet.

Diese Signale sind für die Verwendung mit dem Modem ausgelegt. In diesem Fall werden sie jedoch als Stromquelle für die RxD-Leitung verwendet, sodass keine zusätzliche Quelle erforderlich ist. Programmatisch werden diese Signale folgendermaßen eingestellt: DTR = + 12V, RTS = -12V. Diese Spannungen sind durch die Dioden VD1 und VD2 voneinander isoliert.

Für die unabhängige Herstellung des Adapters benötigen Sie die folgenden Details.

Liste der Artikel.

DA, DA = 2xAOT128

R1 = 1 × 4,7 K.

R2, R4 = 2 × 100 K.

R3 = 1x200

R6, R7 = 2 × 680

R8, R9, R10 = 3 × 1 M.

VD1, VD2, VD3, VD4, VD5 = 5xKD522

VT1, VT2 = 2xKT814G

Wenn anstelle von inländischen AOT128-Optokopplern der Import 4N35 verwendet wird, was auf dem aktuellen Funkmarkt am wahrscheinlichsten ist, sollten die Widerstände R2, R4 auf 820K ... 1M eingestellt werden.

Die Verbindung des Controllers mit dem Computer ist in Abbildung 4 dargestellt. (Stromstabilisatoren befinden sich im Controller).

Abbildung 4

Abbildung 5 zeigt die fertige Adapterplatine.

Abbildung 5 G.Motherboard-Adapter

Die Verbindung zu einem Computer erfolgt über einen Standardstecker vom Typ DB-9 (Buchse) über ein Standardkabel mit serieller Schnittstelle.

Manchmal bleiben ähnlich aussehende Kabel von der USV (unterbrechungsfrei) erhalten. Sie haben eine bestimmte Verkabelung und sind nicht zum Anschließen eines Adapters geeignet.

Die Stromschleifenschnittstellenleitungen werden über Klemmenklemmen verbunden.

Boris Aladyshkin