dwukierunkowy interfejs RS232 - RS 485.pdf - Komputer - tutenchamon007

Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485

P R O J E K T Y

Dwukierunkowy interfejs

RS232/RS485

AVT−5006

Przedstawiamy opis

prostego interfejsu, za pomoc¹

ktÛrego moøna m.in. po³¹czyÊ

ze sob¹ dwa odleg³e

komputery lub do³¹czyÊ

dowolne urz¹dzenie

wyposaøone w†interfejs

szeregowy RS485.

Szeregowy inter-

fejs RS232 s³uøy do przesy-

³ania danych pomiÍdzy dwoma

urz¹dzeniami. W†taki uk³ad wej-

úcia/wyjúcia - port komunikacyjny

- wyposaøone s¹ chyba wszystkie

komputery (najczÍúciej w†dwa por-

ty), komputerowe myszy, modemy,

niektÛre drukarki i†pamiÍci maso-

we, a†takøe wiele urz¹dzeÒ prze-

mys³owych. Zalet¹ interfejsu, szcze-

gÛlnie w†uproszczonej wersji, jest

jego powszechnoúÊ. Jeøeli jednak

trzeba po³¹czyÊ urz¹dzenia znajdu-

j¹ce siÍ w†odleg³oúci wiÍkszej niø

kilka metrÛw, konieczne staje siÍ

zastosowanie innego standardu

przesy³ania sygna³Ûw, np. RS485.

RÛønice pomiÍdzy obydwoma

interfejsami polegaj¹ m.in. na

przyjÍtym sposobie przesy³ania

sygna³u. W†RS232 bity danych s¹

przesy³ane przez zmianÍ pozio-

mÛw napiÍcia. Okreúlone s¹ dwa

poziomy logiczne linii Tx (linia

transmisji danych z†nadajnika) i†li-

nii Rx (linia odbioru danych).

Stanowi logicznemu ì0î odpowia-

da napiÍcie +6..+12V natomiast

logicznej ì1î napiÍcie -12V..-6V.

W†interfejsie RS485 do okreú-

lenia wartoúci logicznej transmi-

towanego bitu uøyto, zamiast po-

ziomu napiÍcia linii, wartoúci na-

piÍcia rÛønicowego miÍdzy linia-

mi, czyli napiÍcie na ich obci¹-

øeniu o†okreúlonej impedancji.

O†ile w†interfejsie RS232, w†jego

minimalnej konfiguracji, do trans-

misji sygna³Ûw wystarcz¹ trzy prze-

wody (Tx, Rx i†masa), to w†RS485

niezbÍdne s¹ 4 przewody. Jedn¹

dwuprzewodow¹ pÍtl¹ przesy³ane

s¹ sygna³y nadawane (Tx), a†drug¹

sygna³y odbierane (Rx).

Poniewaø przesy³anie sygna³u

za pomoc¹ pÍtli rÛønicowo-pr¹do-

wej jest bardziej odporne na za-

k³Ûcenia, d³ugoúÊ linii RS485 moøe

siÍgaÊ setek, a†nawet tysiÍcy met-

rÛw. Dodatkowo, stosuj¹c odpo-

wiedni protokÛ³ transmisji, czyli

zbiÛr regu³, ktÛremu podporz¹dku-

je siÍ zarÛwno urz¹dzenie nadaw-

cze, jak i†odbiorcze, moøna za

poúrednictwem jednej linii trans-

mitowaÊ zarÛwno sygna³y Tx, jak

i†Rx. Co wiÍcej, do jednej linii

moøe byÊ pod³¹czonych nawet

kilkadziesi¹t urz¹dzeÒ wyposaøo-

nych w†interfejs RS485, co pozwa-

la stworzyÊ sieÊ wymiany danych

pomiÍdzy wieloma urz¹dzeniami.

DosyÊ ³atwo moøna skonstruo-

waÊ najprostszy interfejs zamienia-

j¹cy sygna³ standardu RS232 na

RS485. Na rys. 1 pokazano uk³ad,

dziÍki ktÛremu moøna np. po³¹-

czyÊ dwa odleg³e komputery wy-

posaøone w RS232 tak, aby syg-

Elektronika Praktyczna 4/2001

Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485

na³y by³y przesy³ane za pomoc¹

pÍtli pr¹dowej. Uk³ady scalone U3

i†U4 pe³ni¹ rolÍ poúrednika zamie-

niaj¹cego sygna³ o poziomach

RS232 z†wyjúcia COM komputera

na sygna³ o†poziomie TTL. Z†kolei

sygna³ ten jest podawany na uk³a-

dy bÍd¹ce interfejsami linii RS485.

Droga sygna³Ûw jest nastÍpuj¹ca.

1. Sygna³ Tx z†gniazda komputera

podawany jest na wejúcie U4-8.

2. Po konwersji na poziom

TTL sygna³ z†wyjúcia U4-9 poda-

wany jest na wejúcie U1-4 inter-

fejsu RS485 skonfigurowanego ja-

ko nadajnik.

3. Z†kolei sygna³ Rx podawany

jest na gniazdo COM komputera

z†wyprowadzenia U4-7 i†U5-1 skon-

figurowanego jako odbiornik RS485.

Linia transmisyjna ³¹czy wy-

prowadzenia sygna³u Tx jednego

komputera z†wejúciem Rx drugie-

go. Tak samo jest w†przypadku

drugiej pary sygna³Ûw. Jak to

widaÊ na rysunku, obie linie

danych krzyøuj¹ siÍ.

Jeøeli chcielibyúmy do portu

RS232 do³¹czyÊ lini¹ dwuprzewo-

dow¹ urz¹dzenie z portem RS485,

to taki interfejs musi byÊ zbudo-

wany inaczej i zawieraÊ nieco

ìinteligencjiî.

nych (w przeciwnym wy-

padku procesor ponowi

prÛbÍ transmisji po okre-

sie wyczekiwania).

2. Wymiana nastÍpuje

po ustawieniu linii TRF

w†stan niski przez proce-

sor przesy³aj¹cy, a†trans-

mitowany bajt pojawia

siÍ na porcie P1.

3. Procesor odbieraj¹cy

bajt potwierdza ten fakt

ustawieniem linii ACKF

na poziomie niskim.

4. Nadawca, maj¹c

pewnoúÊ, øe bajt zosta³

odebrany, zwalnia P1

i†ustawia na linii TRF

z†powrotem poziom wy-

soki.

5. Z†kolei procesor od-

bieraj¹cy przywraca, po

odebraniu bajtu, poziom

wysoki na linii ACKF.

Taki sposÛb wymiany

danych nazywa siÍ prze-

s³aniem z†potwierdze-

niem i†zapewnia ich bez-

b³Ídn¹ wymianÍ.

Uwaøny Czytelnik

moøe zapytaÊ, po co dwa

procesory i†komplikacje

z†wymian¹ danych, sko-

ro pokazany na rys.

1†uk³ad dobrze pracowa³

bez øadnego procesora?

Bierze to siÍ z†koniecz-

noúci rozwi¹zania prob-

lemÛw, ktÛre powstaj¹,

gdy chce siÍ przesy³aÊ

dane pomiÍdzy dwiema

jednokierunkowymi li-

niami Rx i†Tx portu

RS232 i†jedn¹ dwukie-

runkow¹ lini¹ portu

RS485. Dobrym przyk³a-

dem podobnej sytuacji

jest sytuacja w ruchu

drogowym, gdy na sku-

tek remontu pojazdy ja-

d¹ce dwupasmow¹ drog¹

musz¹ przez pewien

odcinek jechaÊ tylko jed-

nym pasem. Øeby ca³ko-

wicie nie zablokowaÊ ta-

kiego przejazdu, jedynym

rozwi¹zaniem pozostaje

ruch wahad³owy i†úwiat-

³a pe³ni¹ce z†obu stron

przewÍøenia rolÍ semafo-

ra. RolÍ takiego semafora

pe³ni w†tym przypadku

kombinacja sygna³Ûw na

liniach TRF i† ACKF .

Opis uk³adu

Schemat takiego interfejsu po-

kazano na rys. 2 . S³uøy on do

dwustronnej transmisji pomiÍdzy

portem RS232 a†dwuprzewodow¹

lini¹ RS485. Jest on wyposaøony

w†bufory danych Rx i†Tx, sygna-

lizuje bieø¹cy kierunek transmisji,

potrafi takøe jednoczeúnie praco-

waÊ z†rÛønymi szybkoúciami trans-

misji po stronie RS232 i†RS485.

Uk³ad oparto na dwÛch proce-

sorach U2 i†U3 typu AT89C2051,

ktÛre steruj¹ przep³ywem danych

w†obydwie strony. Jeúli ktÛryú z†pro-

cesorÛw odbierze ze swojej linii

danych kompletny bajt, przesy³a go

s¹siadowi, korzystaj¹c z†poúrednict-

wa portu P1. Do zapewnienia bez-

kolizyjnej wymiany danych pomiÍ-

dzy procesorami s³uø¹ dwie linie

sygna³owe P3.5 ACKF i†P3.7 TRF .

Wymiana danych przebiega na-

stÍpuj¹co:

1. Procesor chc¹cy przes³aÊ

s¹siadowi bajt danych sprawdza

najpierw stan linii TRF. Jeøeli jest

na niej poziom wysoki, to ozna-

cza, øe s¹siedni procesor jest

gotÛw przyj¹Ê przesy³any bajt da-

Rys. 1. Schemat elektryczny prostego interfejsu.

Elektronika Praktyczna 4/2001

Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485

Zastosowanie dwÛch proceso-

rÛw wynika takøe z†pewnych ogra-

niczeÒ uk³adÛw AT89C2051. OtÛø

posiadaj¹ one wsparcie tylko dla

jednego portu transmisji szerego-

wej, z†ktÛrym wspÛ³pracuj¹ wypro-

wadzenia P3.0 i†P3.1. oznaczone

dodatkowo symbolami RXD i†TXD.

Poniewaø trzeba obs³uøyÊ dwa por-

ty (RS232 i†RS485), potrzebne s¹

dwa procesory. OprÛcz niew¹tpli-

wego podniesienia kosztÛw, daje to

takøe pewne korzyúci. Po pierwsze,

obie linie RS232, jak i†RS485 mog¹

pracowaÊ z†rÛønymi szybkoúciami

transmisji, a†uk³ad pe³ni wtedy rolÍ

inteligentnego konwertera. SzybkoúÊ

transmisji kaødego z†procesorÛw

ustalana jest bezpoúrednio po w³¹-

czeniu napiÍcia zasilaj¹cego. Oba

procesory badaj¹ wtedy stan swo-

jego portu P1, do ktÛrego do³¹czo-

nych jest szeúÊ prze³¹cznikÛw kon-

figuracyjnych S1. Prze³¹czniki te,

poprzez diody D10...D15, po³¹czo-

ne s¹ z†wyjúciem portu P3.4 pro-

cesora U3, ktÛre bezpoúrednio po

zerowaniu ma stan niski. Zwarcie

ktÛregokolwiek z†prze³¹cznikÛw po-

woduje, øe odpowiadaj¹ca mu linia

portÛw P1 obydwu procesorÛw

znajdzie siÍ takøe na niskim po-

ziomie. Kaødemu prze³¹cznikowi

przypisana jest szybkoúÊ transmisji,

z†jak¹ bÍdzie wspÛ³pracowa³ z†por-

tem szeregowym procesor. I†tak:

19200 bd øaden prze³¹cznik

nie jest zwarty

9600 bd 1 prze³¹cznik zwarty

4800 bd 2 prze³¹cznik zwarty

2400 bd 3 prze³¹cznik zwarty

1200 bd 4 prze³¹cznik zwarty

600 bd 5 prze³¹cznik zwarty

Prze³¹cznik 6 zastosowano do

ustawiania rÛønych prÍdkoúci

transmisji dla RS232 i RS485.

Jeøeli bezpoúrednio po w³¹czeniu

zasilania prze³¹cznik ten pozosta-

nie rozwarty, oba procesory usta-

wi¹ jednakowe szybkoúci transmi-

sji wyznaczone ustawieniem prze-

³¹cznikÛw 1...5. W†takim przypad-

ku diody LED D1 i†D2 mign¹

dwukrotnie, informuj¹c o†gotowoú-

ci uk³adu do normalnej pracy.

Jeøeli jednak prze³¹cznik 6†bÍdzie

zwarty, po zerowaniu zaúwieci siÍ

dioda D1, sygnalizuj¹c zaprogra-

mowania prÍdkoúci transmisji pro-

cesora U2 obs³uguj¹cego liniÍ

RS485. PrÍdkoúÊ ta bÍdzie zaleøna

od ustawieÒ prze³¹cznikÛw 1...5.

NastÍpnie naleøy ustawiÊ tymi

prze³¹cznikami prÍdkoúÊ transmi-

Rys. 2. Schemat elektryczny interfejsu „inteligentnego”.

Elektronika Praktyczna 4/2001

Dwukierunkowy interfejs RS232/RS485

sji procesora U3 obs³uguj¹cego

linie RS232. Po rozwarciu prze-

³¹cznika 6†procesor U3 zostanie

zaprogramowany wybran¹ szyb-

koúci¹ i†na chwilÍ zaúwieci siÍ

dioda LED D2. Potem obie diody

dwukrotnie mign¹, co oznacza

gotowoúÊ uk³adu do pracy.

Drug¹ korzyúci¹ z zastosowania

dwÛch procesorÛw jest moøliwoúÊ

buforowania pewnej liczby danych

w†przypadku, gdyby by³y one w†tej

samej chwili transmitowane zarÛ-

wno lini¹ RS232, jak i†RS485.

DziÍki temu pomimo kolizji (lini¹

RS485 moøna w†danym momencie

przes³aÊ dane tylko w†jedn¹ stro-

nÍ) transmitowane dane nie zosta-

n¹ stracone, poniewaø po zwolnie-

niu linii procesor je wyúle, korzys-

taj¹c z†zapisu w†buforze. Bufor ma

rozmiar jedynie 16 bajtÛw, jednak

z†pewnymi ograniczeniami moøli-

wa jest dziÍki temu symulacja

transmisji dupleksowej.

Uk³ad U4 jest standardowym

interfejsem sygna³Ûw RS232. Kilka

s³Ûw opisu poúwiÍcimy uk³adowi

U5, umoøliwiaj¹cemu dwukierun-

kow¹ transmisjÍ lini¹ RS485. Uk³ad

zawiera kompletne bloki nadawcze

i†odbiorcze do³¹czone do wspÛl-

nych wyprowadzeÒ rÛønicowych

A i† B . O†tym, ktÛry z†tych blokÛw

do³¹czony jest do wyprowadzeÒ

decyduje poziom sygna³Ûw steru-

j¹cych na wejúciach /RE i† DE .

Niski poziom na wyprowadzeniu

/RE oznacza przy³¹czenie do

wyprowadzeÒ A i† B odbiornika,

a†dane odebrane z†linii RS485 bÍ-

d¹ dostÍpne na wyprowadzeniu

RO . Wysoki poziom wy³¹cza od-

biornik. Z†kolei wysoki poziom na

wyprowadzeniu DE spowoduje

w³¹czenie nadajnika i†transmisjÍ

danych, ktÛre s¹ podawane na

wejúcie DI . Poziom niski wy³¹cza

nadajnik. Naleøy dodaÊ, øe wypro-

wadzenia A i† B powinny siÍ ³¹-

czyÊ z†analogicznymi wyprowadze-

niami po drugiej stronie linii,

czyli A z† A i† B z† B (po³¹czenia nie

mog¹ siÍ krzyøowaÊ). Dodatkowo,

wejúcia A i† B moøna zabezpieczyÊ

przed przepiÍciem szybk¹ dwu-

stronn¹ diod¹ D3 oraz dopasowaÊ

opornoúÊ wejúciow¹ do opornoúci

falowej linii przesy³owej oporni-

kiem R5 o†dobranej opornoúci.

Oba procesory pracuj¹ z†takim

samym programem i†s¹ taktowane

takim samym sygna³em zegaro-

wym stabilizowanym kwarcem X1.

Zapewnia to odpowiedni¹ syn-

chronizacjÍ konieczn¹ przy wy-

mianie danych miÍdzy procesora-

mi. Jednak synchronizacja ta

w†pewnym przypadku mog³aby

byÊ k³opotliwa. Moøe zaistnieÊ

sytuacja, gdy oba procesory bÍd¹

chcia³y w†tym samym momencie

przes³aÊ sobie dane. Gdyby dzia-

³a³y idealnie synchronicznie, mog-

³yby wpaúÊ w†niekoÒcz¹c¹ siÍ

pÍtlÍ oczekiwania i†uk³ad po pros-

tu przesta³by dzia³aÊ. Z†tego po-

wodu kaødy z†procesorÛw ma in-

ny czas oczekiwania na zwolnie-

nie siÍ linii TRF. Jak jednak jest

to moøliwe, skoro oba pracuj¹

z†takim samym programem? Jest

to moøliwe dziÍki zwarciu do

masy wyprowadzenia P3.4 proce-

sora U2. To samo wyprowadzenie

w†drugim procesorze po procedu-

rze programowania szybkoúci

transmisji pozostanie na poziomie

wysokim, dziÍki czemu ten

sam program jest w†stanie roz-

poznaÊ, w†ktÛrym procesorze

pracuje i†dostosowuje do tego

swÛj czas oczekiwania na zwol-

nienie linii TRF .

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R2, R6: 10k

R3, R4: 1k

Ω

Kondensatory

C1, C2: 27pF

C3, C9, C11, C12: 100nF

C4..C8: 47

F/16V

C10: 220

F/40V

F/25V

Półprzewodniki

D1, D2, D5: LED np. czerwona,

zielona, żółta

D3: 1.5KE6 dwustronna szybka

dioda zabezpieczająca

D4: mostek prostowniczy

D10..D15: dowolne diody

U1: MCP101 lub DS1812

U2, U3: AT89C2051 zaprogramo−

wane

U4: MAX232 lub odpowiednik

U5: MAX485, SN75176 lub

odpowiednik

U6: 7805

Różne

JP2, JP1: ARK2

P1: złącze DB9 żeńskie do druku

S1: SW DIP−6

X1: 11,059MHz

i†linii RS485. Przed zamontowa-

niem uk³adÛw scalonych warto

sprawdziÊ, czy stabilizator dostar-

cza napiÍcia +5V. Uk³ad moøna

zasilaÊ napiÍciem sta³ym lub

zmiennym w†szerokim przedziale

wartoúci, od 8 do 24V. Jest to

moøliwe dziÍki temu, øe pobÛr

pr¹du nie przekracza 50mA i†sta-

bilizator zbytnio siÍ nie nagrzewa

nawet przy wyøszym napiÍciu

zasilaj¹cym. Po w³¹czeniu zasila-

nia diody powinny mign¹Ê dwu-

krotnie. OznaczaÊ to bÍdzie goto-

woúÊ uk³adu do pracy.

W†uk³adzie bez zmiany úcie-

øek p³ytki drukowanej moøna

zastosowaÊ procesory AT90S2313.

Moøna wtedy osi¹gn¹Ê wiÍksze

szybkoúci transmisji z†przedzia³u

2400...115200 bd. Oczywiúcie, na-

leøy wtedy napisaÊ odpowiedni

dla tego procesora program.

Ryszard Szymaniak, AVT

ryszard.szymaniak@ep.com.pl

Montaø i†uruchomienie

Montaø uk³adu i†uruchomie-

nie s¹ bardzo proste. Elementy

na p³ytce drukowanej (schemat

montaøowy pokazano na rys.

3 ) moøna lutowaÊ w†dowolnej

kolejnoúci, chociaø najlepiej na

pocz¹tku zamontowaÊ te naj-

mniejsze. Gniazdo P1 to gniaz-

do RS232 typu DB9 øeÒskie do

druku. Pozosta³e gniazda s¹

typu ARK2 i†umoøliwiaj¹ przy-

krÍcenie przewodÛw zasilania

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów

na płytce drukowanej.

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

?pdf/kwiecien01.htm oraz na p³ycie

CD-EP04/2001B w katalogu PCB .

Elektronika Praktyczna 4/2001

R5: 120

C13: 100

dwukierunkowy interfejs RS232 - RS 485.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: