Современные аппаратные средства связи микроконтроллера с компьютером по интерфейсу RS-232 Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Окончание. Начало в № 3'2006

Современные аппаратные

Алексей КУЗЬМИНОВ

[email protected]

средства связи

микроконтроллера с компьютером по интерфейсу RS-232

1.4.1. Простой гальванически изолированный интерфейс RS-232 на базе микросхем развязки ADUM1201, преобразователя SN75155 и оптронов

На рис. 18 показана схема сопряжения компьютера с микроконтроллером (например, из семейства МвС12ХХ) с помощью гальванически изолированного интерфейса Кв-232. Сам микроконтроллер показан условно в правой нижней части схемы.

В схеме в качестве гальванических развязок помимо двунаправленной развязки Л0ИМ1201 (0Б2) используются широко известные, доступные и дешевые оптроны

H11L1 (DD3) иТЬР521 (DD4). В схеме также применена известная высокоскоростная микросхема одноканального приемопередатчика SN75155 (DD1) от Texas Instruments, которая редко используется из-за повышенного энергопотребления. Ток потребления части схемы со стороны компьютера составляет около 12 мА; из них 11 мА потребляет SN75155. Для питания части схемы со стороны компьютера используется DC/DC-конвертор RQD-0512 (DD5) компании Recom мощностью 1 Вт, преобразующий входное напряжение + 5 В в два напряжения +12 В и -12 В. Он выдает ток по 42 мА на каждое напряже-

+12

-12

DD6

+120— LP2950CZ5.0

н>

0+5А

~тС5 2,2

Х1

- 2 1

— 4 3

•— 6 5

•— 8 7

ь" 10 9

п

RTS

DTR

RxD

— IDC10P

+12 <Ъ -12 <Ь

VD2 Т ЛГЧВ КД522 —• 005

С6

47/16

ИГ

fLjL

47/16

+12 і +5

-12 !

_!_ ,

ГГ

£> +5

RQCH0512

—і —г С8

У_47/7

Микроконтроллер

DCD

RXD

TXD

DTR

SG

DSR

RTS

CTS

RI

DB9M

1 т Х2

2 RXD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3 TXD RTS

4 DTR DTR

5 SG RxD

6 TxD

7 RTS

8 IDC10M -I

Кабель связи с компьютером

TxDM TxD

RxDM RxD

RST RST

PSEN PSEN

Рис. 18. Схема гальванически изолированного интерфейса RS-232 на базе развязки ADUM1201 и преобразователя интерфейса SN75155 для микроконтроллеров семейств MSC12XX

ние питания (с лихвой перекрывающий энергию, требующуюся для питания развязки). Микроконтроллер показан схематично; к нему подходят сигналы данных И8-232 — ТхЭМ и ИхЭМ и сигналы управления — ИвТ и РвЕК

В прямоугольнике, очерченном пунктирной линией, показана схема кабеля связи с компьютером. Линия ИхБ соединена с линией ЭвИ непосредственно в разъеме БВ9М, который подключается к СОМ-порту компьютера. Таким образом, драйвер вЫ75155 (2-й и 7-й вывод) работает сразу на два входа (на два приемника Ив-232). Для получения напряжения питания +5 В (питание ЛЭиМ1201) используется малопотребляющий и достаточно прецизионный стабилизатор ЬР2950С25.0 (БЭб). Схема идеально работает на скорости обмена 115 200 бод на расстоянии между компьютером и микроконтроллером до 15 м.

Микросхема ЛБиМ1201 выпускается в корпусе вО1С8, который неудобен для ручного макетирования. Для удобства работы с этой микросхемой при ручном макетировании автор рекомендует изготовить плату-переходник в01С8^01Р8, вариант разводки которой приведен на рис. 19.

Рис. 19. Вариант разводки платы-переходника SOIC8^DIP8 для развязки ADUM1201

(слева — верхний слой монтажа микросхемы, справа — нижний слой платы)

Q,

Рис. 20. Процедура «подгибания» ножек микросхемы под ее «дно»

В плате-переходнике в качестве «ножек» используются штырьки, которые легко «отламываются» от линейки из 40 двусторонних штырьков круглого сечения диаметром около 0,5-0,7 мм. Верхняя часть штырька (меньшего диаметра) впаивается в плату-переходник (лишняя его часть откусывается), а нижняя служит ножкой. Штырек, связанный с 1 выводом микросхемы, можно не откусывать; по нему удобно ориентировать плату-переходник при установке ее в панельку.

Необходимо отметить, что расстояние между центрами ножек (штырьков), находящихся на одной линии, но с противоположных сторон платы-переходника (например, между центрами 1-й и 8-й ножек), составляет по стандарту корпуса DIP 0,3 дюйма или 7,62 мм. Учитывая толщину штырька, а также погрешность монтажа, расстояние между штырьками мо-

Рис. 21. Фотография платы-переходника SOIC8—>DIP8 для развязки ADUM1201

жет составить чуть менее б мм. Максимальное же расстояние между концами ножек, находящихся на одной линии, но с противоположных сторон микросхемы в корпусе в01С8 (например, между концами 1-й и 8-й ножек), составляет 6,2 мм. Поэтому микросхема в корпусе в01С8 «не влезет» на плату-переходник с топологией, показанной на рис. 19 (в левой нижней части рисунка).

Если же «подогнуть» ножки микросхемы под ее «дно», как показано на рис. 20, то она

свободно умещается на плату-переходник, и еще даже остается свободное пространство, что намного упрощает пайку. Для того чтобы более прояснить ситуацию, напомним, что, как известно, аналогичное расположение выводов имеют все конденсаторы, резисторы и диоды, предназначенные для поверхностного монтажа, а также микросхемы в корпусах QFN. Следует также отметить, что процедуру «подгибания» можно производить только один раз, иначе ножки могут сломаться.

Фотография платы-переходника в01С8^ Э1Р8 для развязки ЛЭИМ1201 показана на рис. 21. Как можно убедиться, микросхема ЛЭИМ1201 (с подогнутыми ножками) очень удачно «вписывается» в топологию платы. На фотографии можно заметить, что штырек, связанный с 1 выводом микросхемы, не откусан и служит для удобства ориентации (как уже говорилось ранее).

1.4.2. Гальванически изолированный интерфейс RS-232 на базе микросхем развязок ADUM1201, ADUM1200 и преобразователей ADM3202иMAX3181 На рис. 22 приведена схема гальванически изолированного интерфейса Ив-232 на базе двух микросхем развязок ЛЭиМ1201(ЭЭ2), ЛЭиМ1200(ЭЭ3) и преобразователей ЛЭМ3202(ЭЭ1), МЛХ3181(ЭЭ5). Схема, как и предыдущая (рис. 18), формирует четыре сигнала — ТхЭМ, ИхЭМ, ИвТ и PSEN для сопряжения компьютера с микроконтроллерами семейства МвС12ХХ, поэтому условное изображение микроконтроллера не нужно.

В связи с тем, что преобразователь ЛЭМ3202 имеет два передатчика (10-7 и 11-14 выводы ЭЭ1), линии ИхБ и ЭвИ разнесены. Это значительно повышает надежность передатчиков, так как каждый из них работает на один вход. Схема кабеля сопряжения с компьютером показана в прямоугольнике, очерченном пунктиром. Как можно увидеть, для каждой из линий ИхЭ и ЭвИ предусмотрен отдельный провод, хотя эти два сигнала формируются преобразователем ЛЭМ3202 из одного и того же сигнала (ИхЭа), для генерации которого используется единственный канал развязки ЛЭИМ1201 (2-7 выводы ЭЭ2). Часть схемы, непосредственно контактирующая с интерфейсом компьютера (слева от пунктирной линии, условно показывающей изоляционный барьер), питается от единственного источника питания напряжением +5 В (сигнал «+5Л»), формируемым ЭС/ЭС-пре-образователем RQS-0505 мощностью всего 0,25 Вт. Размер корпуса RQS-0505 (и соответственно стоимость) меньше, чем у RQD-0512, использованном в предыдущей схеме (рис. 18). Кроме того, отпадает необходимость в дополнительном стабилизаторе +5 В (ЭЭб на рис. 18).

Для более удобного макетирования устройств, использующих обе развязки ЛЭИМ1201 и ЛЭИМ1200, автор рекомендует изготовить

+5А

+5А

С6 Л

ЧН-1-

- "о,15 RxDa 2

DD2

TxDa

Vdd2

GND2

ADUM)201AR DD3 !

l'

0,15 " -7 TxDM

6 RxDM

+5A < DTRa

RTSa

VDD2

4жН

GND1

GND2

>+5

RST

6 PSEN

X1

г~ 2 1

*- 4 3

>— 6 5

>— 8 7

10 9

DSR

+5A

DD5

RTS

DTR —

RxD

TxD

— IDC10P

, II 1 5 ■ г INV 1

±г II * " 0,15 RTS 4 5К _L 2

rJ 3 RTSa

ADUM1200AR

DD4i

5 +5А +5

8

С9 d

47/7 4 _L _L

Замена MAX3181 Ha2N7000

MAX3181 X1

RQSi-0505

-> +5

=!= сю

47/7

DCD RXD TXD DTR SG DSR RTS 1 T

2 RXD L

3 TXD DSR

4 DTR RTS

5 SG RxD

6 DSR TxD

7 RTS

8

Rl 9

Кабель связи

IDC10M

с компьютером

Рис 22. Схема гальванической развязки на базе ADUM1201, ADUM1200 и преобразователя интерфейса ADM3202 для микроконтроллеров семейства MSC12XX

1 о2 О-3 О-

С1

40-

50-

60-

D1

1 8

2 7

3 6

4 5

S08-

D2

1 8

? 7

3 6

4 5

-012

-ОН

-О10

С2

11 4

S08-1

-09

-08

-07

1 ° =1 — ь О 12 12 О О 1

2 О 1 о 1 О 11 11 о о 2

3 О — Р о 10 10 3

4 О* — ь О 9 9 оУ Ыо 4

5 О \ о N3 1 О 8 8 о о 5

6 О ч — Р о 7 7 о о 6

О.

се

0-3 ¿0

сг- -тэ

s'I

Рис. 23. Вариант разводки платы-переходника 2xSOIC8—>DIP12 для двух развязок ADUM1201 и ADUM1200

Рис. 24. Фотографии плат-переходников 2xSOIC8—— DIP12 для двух развязок ADUM1201 и ADUM1200 (а) и SOT-23-6—DIP6 (б) для приемника MAX3181

плату-переходник 2х80ІС8^БІР12, схема и вариант разводки которой приведен на рис. 23. Для того чтобы микросхемы «вписались» в топологию платы-переходника, их ножки следует подогнуть так же, как и для переходника 80ІС8^БІР8 (см. рис. 20, 21).

Микросхема приемника И8-232 МАХ3181 (005 нарис. 22) выпускается в планарном корпусе 80Т23-5, который, как и корпус 80ІС8 неудобен для макетирования, поэтому автор рекомендует изготовить переходник 80Т23-6^ БІР6 аналогично переходнику 80ІС8^БІР8, показанному на рис. 19 (схема и вариант разводки не приводятся ввиду их простоты). Благодаря малым размерам микросхемы МАХ3181 она свободно умещается на плате-переходнике без процедуры «подгибания» ножек.

На рис. 24 приведены фотографии вышеуказанных двух плат переходников: 2х80ІС8^0ІР12 и 80Т-23-6^0ІР6.

Кроме того, следует отметить, что микросхема приемника МАХ3181 труднодоступна (в малых количествах), поэтому вместо нее можно применить КМОП-транзистор 2Ш000. Схема замены микросхемы МАХ3181 на транзистор 2Ш000 приведена в прямоугольнике, очерченном пунктиром, в левой нижней части рис. 22.

Несколько слов о достоинствах схемы рис. 22. Схема достаточно проста, в ней применены от-

носительно доступные (и дешевые) компоненты, и она не содержит ни одного резистора (если использовать приемник MAX3181). Кроме того, схема идеально работает на скорости 115 200 бод, так как максимальные скорости работы ADM3202 и MAX3181 значительно выше и составляют 460 кбод и 1,5 Мбод соответственно. Длина кабеля связи с компьютером может достигать 20 м. Автор рекомендует эту схему гальванических развязок для большинства применений (не только для микроконтроллеров семейств MSC12XX).

1.4.3. Гальванически изолированный интерфейс RS-232 на базе микросхем развязок ADUM1201, ADUM1200 и преобразователя MAX1406 На рис. 25 приведена еще одна схема гальванически изолированного интерфейса RS-232 на базе развязок ADUM1201 и ADUM1200. Схема несколько проще, чем предыдущая (рис. 22), так как в ней применена единственная микросхема преобразователя интерфейса MAX1406 (DD1), включающая три приемника и три передатчика. В связи с этим отпадает необходимость в дополнительном приемнике (MAX3181, как в схеме на рис. 22). Правда, возникает необходимость в дополнительном стабилизаторе +5 В (DD5 — LP2950Z5.0) и, кроме того, требуется DC/DC-

.1

+5А

0,15 ТхР 2

DTR 4

DSR 5

RTS 6

-12 <-

С4 0,15

Г

Vcc

J5K

МАХ1406

DD5

+12<|— LP2950CZ5.0

+5А

ШІ

~Ф" 1 '0,15 15 TxDa RxDa 2

С2

1

TxDa 3

12

DTRa

RxDa

11 RTSa

+5A

DTRa 2

RTSa 3

4Ш

HH>

ADUM12p1AR DD3 1

ADUM j200AR

—f—[>+5A +12 <3-

=L C5 -12<^r-±

T 2,2 —

C6

47/16

.ni

47/16

DD4 \

+12 +5

-12

I

-

RQD-0512

+5

l

C3

I 0,15

6 RxDM

-----> +5

7 RST

6 PSEN

■> +5

Hr 08

У_47/7

■— 2 1

•— 4 3

— 6 5

8 7

|_ 10 9

— IDC10P

DSR

RTS

DTR

RxD

TxD

Х1 SG

1 т

RXD 2 RXD L

3 TXD DSR

DTR SG DSR 4 DTR RTS

5 SG RxD

6 DSR TxD

7 RTS

8

CTS RI 9

Кабель связи

DB9M с компьютером

Рис. 25. Схема гальванической развязки на базе ADUM1201, ADUM1200 и преобразователя интерфейса MAX1406 для микроконтроллеров семейства MSC12XX

Рис. 26. Схема гальванически изолированного преобразователя интерфейса ADUMAX на базе ADUM1201, ADUM1200, MAX3181 иMAX3190

преобразователь с двумя (+12 В и -12 В) выходными напряжениями питания (DD4 — RQD-0512). Схема достаточно скрупулезно тестировалась автором и отлично работала на скорости 115 200 бод (как было упомянуто ранее, максимальная скорость работы MAX1406 составляет 230 кбод). Размах сигнала драйвера повышен и составляет около ±11,5 В на нагрузке в 5 кОм, что является несомненным преимуществом микросхемы MAX 1406 перед упоминавшейся ранее ADM3202 (размах сигнала составляет ±10 В при питании +5 В). Длина кабеля связи (на такой скорости работы схемы) может достигать 20 м. Еще одно достоинство схемы в том, что она более удобна для макетирования, чем предыдущая (рис. 22), если использовать микросхему MAX1406 в корпусе DIP16 (MAX1406CPE). Правда, стоимость такой микросхемы (при малом количестве) довольно высока — почти $5.

И последнее, что необходимо отметить по поводу MAX1406. Эта микросхема была выпущена компанией MAXIM для прямой замены более старых микросхем MC145406 производства Motorola и SN75C1406 от Texas Instruments в устройствах, где требуется высокая скорость обмена в 115 200 бод, поскольку ни MC145406, ни SN75C1406 такую скорость обмена не поддерживают. Автор настоятельно рекомендует ни в коем случае не применять две последние микросхемы в качестве преобразователей интерфейса RS-232 (в схеме рис. 25). Эксперименты, проведенные автором с этими микросхемами, показали, что скорость обмена свыше 38 400 бод от них получить невозможно; кроме того, даже на такой скорости обмена они работают нестабильно, что приводит к частым «зависаниям» компьютера.

1.4.4. Гальванически изолированный интерфейс RS-232 на базе микросхем развязок ADUM1201, ADUM1200 и преобразователей MAX3190 и MAX3181 Малый размер микросхем гальванических развязок ADUM1201 и ADUM1200 и крошечный размер преобразователей MAX3190, MAX3181 и MAX3183 позволяют конструировать очень компактные устройства гальванически развязанного интерфейса RS-232, которые могут свободно умещаться на плате размером с обычную микросхему в DIP-корпусе. Такая плата, оснащенная «ножками», подобными ножкам микросхем в DIP-корпусах, может представлять собой что-то типа гибридной микросхемы в DIP-корпусе, которую, с одной стороны, можно легко сконфигурировать под ту или иную задачу, и с другой — очень удобно использовать для макетирования. Впоследствии такая «микросхема» после тестирования может быть установлена уже в готовое изделие. Ниже приводится два варианта подобных «гибридных микросхем» гальванически изолированного интерфейса, предназначенно-

го для программирования и штатного режима работы микроконтроллеров семейства М8С12ХХ (1-й вариант) и семейств Р89ЬРС9ХХ (2-й вариант).

1.4.4.1. Плата гальванически изолированного интерфейса на базе развязок А0имі201, А0иМ1200, МАХ3181 и МАХ3190 для микроконтроллеров семейства М8С12ХХ На рис. 26 приведена схема гальванически изолированного преобразователя интерфейса на базе А0ИМ1201, А0ИМ1200, МАХ3181 и МАХ3190. Как видно из рисунка, схема состоит из трех инвертирующих приемников И8-232 — МАХ3181 (Б04, Б05 и 006), одного инвертирующего передатчика И8-232 — МАХ3190 (003), одной двухканальной двунаправленной развязки А0ИМ1201 (001) и одной двухканальной однонаправленной развязки А0ИМ1200 (002). Назовем условно такое устройство А0ИМАХ.

На рис. 27 приведен вариант разводки платы с размещением компонентов с двух сторон. На одной стороне платы (верхняя часть) находится двунаправленная развязка А0ИМ1201 (001) совместно с инвертирующим передатчиком МАХ3190 (003) и инвертирующим приемником МАХ3181 (004), на другой (нижняя часть) — двухканальная однонаправленная развязка А0ИМ1200 ( 002) и два инвертирующих приемника МАХ3181 (005 и 006).

На рис. 28 показаны фотографии платы «микросхемы» А0ИМАХ.

Здесь можно увидеть, что такая топология разводки компонентов позволила расположить 6 микросхем, 5 конденсаторов и 14 штырьков, которые являются «ножками» «микросхемы», на довольно ограниченном пространстве, соответствующем площади стандартной микросхемы в корпусе 01Р16. На фотографии (рис. 28а) можно заметить явно выступающий (не откусанный) штырек, соответствующий

Рис. 31. Схема гальванической развязки на базе ADUMAX1 для микроконтроллеров семейств P89LPC9XX

Рис. 28. Фотографии платы гальванически изолированного преобразователя интерфейса ADUMAX на базе ADUM1201, ADUM1200, MAX3181 и MAX3190 а) верхняя часть платы, б) — нижняя

Рис. 30. Схема гальванически изолированного преобразователя интерфейса ADUMAX1 на базе ADUM1201, ADUM1200, MAX3181, MAX3183 иMAX3190

н

и

Vddi С 1 16 □ VDD2

GND1Ü 2 15 ÜGND2

АС 3 14 □ ві

А2 С 4 13 Ц В2

АЗЦ 5 12 Ц вз

A4 С 6 11 Ц В4

ЕНС 7 10 Ц EN2

GND1Ü 8 9 ÜGND2

Рис. 33. Микросхема Si8440/1/2 а) принцип работы и б) цоколевка

1 выводу «микросхемы» ADUMAX, по которому легко ориентировать плату при установке в панельку.

На рис. 29 приведена схема гальванической развязки на базе ADUMAX для микроконтроллеров семейства MSC12XX.

Как видно из рис. 29, схема формирует сигналы для микроконтроллера RxDM, RST и PSEN из сигналов интерфейса RS-232 соответственно TxD, DTR и RTS, а сигнал интерфейса RxD формируется сигналом микроконтроллера TxDM. Пунктиром показан изоляционный барьер. Схема тестировалась на скорости обмена 115 200 бод и показала отличные результаты. Длина кабеля связи с компьютером может достигать 20 м. В прямоугольнике, очерченном пунктиром, показана схема кабеля связи с компьютером.

Схема развязки достаточно проста и занимает мало места на плате.

1.4.4.2. Плата гальванически изолированного интерфейса на базе развязок ADUM1201, ADUM1200, MAX3181, MAX3183 и MAX3190 для микроконтроллеров семейства P89LPC9XX На рис. 30 приведена схема платы гальванически изолированного интерфейса на базе развязок ADUM1201, ADUM1200, MAX3181, MAX3183 и MAX3190. Назовем такую плату «микросхемой» ADUMAX1. Из рис. 30 можно заметить, что ADUMAX 1 отличается от ADUMAX (рис. 26) только тем, что два инвертирующих приемника ADUMAX — MAX3181(DD5 и DD6) — заменены на два неинвертирующих приемника MAX3183 (те же DD5 и DD6). В остальном схемы и разводка плат идентичны.

На рис. 31 приведена схема гальванической развязки на базе ADUMAX1 для микроконтроллеров семейства P89LPC9XX. Как видно из рисунка, схема формирует сигналы для микроконтроллера RxDM, RST и Vcc из сигналов интерфейса RS-232 соответственно TxD, DTR и RTS, а сигнал интерфейса RxD формируется сигналом микроконтроллера TxDM. Сигнал Vcc формируется на стоке КМОП-транзи-стора BS250 (T1), исток которого соединен с источником питания +3,3 В, а на затвор подается сигнал ТТЛ-уровня с выхода приемника AD-UMAX1 (выводы 10 и 16). На вход этого же приемника подается сигнал RTS с интерфейса RS-232. Пунктиром показан изоляционный барьер. Схема тестировалась на скорости об-

мена в 115 200 бод и показала отличные результаты. Длина кабеля связи с компьютером может достигать 20 м. В прямоугольнике, очерченном пунктиром, показана схема кабеля связи с компьютером. Схема достаточно проста и занимает мало места на плате.

1.4.5. Новейшие микросхемы гальванических развязок В марте 2006 года компания Silicon Laboratories анонсировала выпуск новых гальванических развязок Si8440/1/2, работающих по тому же принципу, что и развязки iCoupler от Analog

Devices (например, ADUM1200/1), о которых рассказывалось в предыдущей главе. Внутренняя структура развязок приведена на рис. 32, а принцип работы и цоколевка корпуса SOIC16 — на рис. 33.

Развязки Si8440/1/2 имеют три градации скоростей: A — 0-1 Мбод, B — 0-10 Мбод иС — 0-150 Мбод. Так, например, микросхема Si8441-A-IS работает на скоростях 0-1 Мбод. Потребление тока этой развязки составляет чуть менее 5 мА на канал. Для сравнения укажем, что потребление тока развязки ADUM1200/1AR

^іа(2)ШН ENCODE да DECODE ИМрУрд Voa(2

У|в(ЗМ^Ч encode да DECODE H1>{6)Vob GND© ii © GNDic

-t°g—

I DECODE да ENCODE

VIB(3)fbH ENCODE да DECODE |V0B

GND© ii 1 GNDic

-E-

DECODE да ENCODE

ADUM5240

ADUM5241

ADUM5242

Рис. 34. Внутренняя логическая структура микросхем ADUM5240/1/2

УррГТ • HViso VddE • О от R VddE • 1П Viso

V|A[T ADuM5241 T|v0A Voa[2 ADuM5241 7] via Vqa[2 ADuM5242 T]VIA

VibH TOP VIEW (Not to Scale) 61 Vqb V,b[T TOP VIEW (Not to Scale) 6 j Vqb vobI 3 TOP VIEW (Not to Scale) 61 V|B

gnd[7 5 IGNDisq gnd[7 51 GNDisq gnd[7 51 GNDisq

Рис. 35. Цоколевка корпусов SOIC8 (узких)

(0+1 Мбод) составляет около 1 мА, то есть примерно в 5 раз меньше. Однако максимальная скорость работы развязок ADUM1200/1 составляет только 25 Мбод (ADUM1200/1CR). Поскольку интерфейс RS-232 работает на скоростях до 0,1 Мбод (115 200 бод), максимальная скорость развязок S18440/1/2-C (150 Мбод) не представляет особого интереса. Кроме того, корпус у S18440/1/2 — «широкий» SOIC (16-Pin Wide Body SOIC) шириной 7,5 мм, тогда как корпус у ADUM1200/1 — «узкий» SOIC (ширина— 4 мм). Тем не менее, развязки S18440/1/2, по мнению автора, заслуживают внимания, особенно если их стоимость (на канал передачи) будет ниже, чем у ADUM1200/1.

В том же марте 2006 года Analog Devices анонсировала еще одно семейство своих гальванических развязок ADUM5240/1/2, которое в буквальном смысле перевернуло общее представление (в том числе и автора) о применении DC/DC-конверторов в таких развязках. Развязки ADUM5240/1/2 имеют встроенный DC/DC-конвертор! Это уникальное свойство

позволяет вообще отказаться от использования ОС/БС-конверторов в гальванических развязках и таким образом сэкономить, с одной стороны, $6-12, с другой — дополнительное место на плате.

На рис. 34 приведены структурные схемы развязок АОиМ5240/1/2, а на рис. 35 — цоколевка корпусов 801С8 (узких).

Развязки АБиМ5240/1/2 имеют максимальную скорость работы 10 Мбод (АОиМ5240ВИ), а на скорости до 1 Мбод потребляют около

5 мА (на оба канала). Встроенный ОС/БС-конвертор имеет КПД около 10%, то есть при выходном токе в 10 мА (5 В) входной ток составляет около 100 мА. Это, однако, не является таким уж большим недостатком, поскольку блоки питания современных компьютеров способны выдавать ток до 20 А, и лишние 100 мА совершенно не являются проблемой.

Остается только ждать, когда такие развязки появятся в продаже и у нас.

1.5. Что делать, если длина линии связи интерфейса RS-232 превышает 20 м?

Иногда возникает задача «удлинить» линию связи для интерфейса И8-232; при этом задача поставлена так, что нельзя изменять ни схему устройства на базе микроконтроллера, ни его программное обеспечение, ни программное обеспечение компьютера, с которым этот микроконтроллер связан по интерфейсу И8-232. С подобными задачами автор сталкивался достаточно часто.

Ниже приведен пример подобной ситуации и, на взгляд автора, достаточно простое решение возникшей проблемы, которая некоторых разработчиков может поставить в тупик.

Задача была поставлена следующим образом. Имеется прибор (на базе микроконтроллера), который сопрягается с компьютером всего двумя линиями интерфейса И8-232 — ТхБ и ИхБ и, естественно, «землей» — сигналом SG. Причем, связь между компьютером и прибором по интерфейсу К5-232 должна быть дуплексной (как это обычно делается в интерфейсе К5-232), то есть передатчик и приемник должны работать независимо друг от друга (так было написано программное обеспечение для компьютера и микроконтроллера в приборе).

Расстановка элементов

Сторона монтажа ТОР

Сторона монтажа BOTTOM (вид сквозь плату)

н

и

Рис. 37. Вариант разводки платы двунаправленного преобразователя RS-232oRS-485/RS-422

Рис. 38. Фотография устройства преобразователя RS-232oRS-485/RS-422

Прибор располагался непосредственно на месте снятия показаний, а компьютер был расположен на расстоянии около одного километра от прибора («900 м). Программное обеспечение, имеющееся на компьютере, по снятию показаний прибора было давно куплено и оплачено, поэтому его изменить уже было невозможно; кроме того, отсутствовала возможность как-то изменить программное обеспечение и в приборе, так как прибор был разработан достаточно давно. Попытки заказчика применить стандартный

преобразователь интерфейса RS-232 в интерфейсе RS-485 ни к чему не привели ввиду того, что в преобразователе интерфейса RS-485 была предусмотрена только полудуплексная связь, которая обычно осуществляется в этом интерфейсе.

Для решения задачи автор использовал достаточно известные преобразователи RS-485/ RS-422-^TTL (ADM488), работающие в дуплексном режиме, и уже упоминавшийся преобразователь интерфейса RS-232 ADM3202. Схема устройства приведена на рис. 36. Как видно из рис. 36, все сигналы интерфейсов и питание схемы выведены на клеммы (K01-K08). Для индикации включения питания используется светодиод VD1. Для питания устройства применяется достаточно дешевый стабилизированный источник питания +5 В, 200 мА.

На рис. 37 приведены расположение элементов (а) и вариант разводки платы (б, в) устройства преобразователя интерфейсов. Использование микросхем в корпусах DIP существенно облегчает производство устройства. Для распайки компонентов не требуется высокой квалификации монтажника (вся работа по монтажу плат была довольно ловко проделана школьником 9-го класса).

На рис. 38 показана фотография устройства. Как видно из рисунка, размеры платы выбраны таким образом, что она легко умещается в обыкновенную телефонную розетку и прикручивается к ней 8 саморезами, служащими одновременно крепежом клемм к плате. В крышке розетки просверлено отверстие, через которое наружу выведена верхняя часть светодиода.

На рис. 39 приведена фотография общего вида двух устройств — преобразователей К8-232^К8-485/И8-422. Слева показано устройство в собранном виде, предназначенное для сопряжения с компьютером (на фотографии можно увидеть кабель с разъемом БВ9М, который подключается к СОМ-порту компьютера), справа — устройство со снятой крышкой.

На рис. 40 приведена схема сопряжения прибора с компьютером с помощью двух устройств — преобразователей К8-232^И8-485/ Ив-422.

Для сопряжения устройств с компьютером и прибором используется обыкновенный (не-экранированный) 4-жильный телефонный провод длиной 1-1,5 м. Линия связи между двумя устройствами представляет собой достаточно дешевый провод, состоящий из двух неэкранированных витых пар в одной общей оплетке.

Тестирование устройств показало отличную их работу в дуплексном режиме на скорости в 115 200 бод на линии связи длиной в 1 км. ■

Литература

1. Кузьминов А. Ю. Интерфейс К8-232. Связь между компьютером и микроконтроллером. М.: Радио и связь. 2004.

2. Кузьминов А.Ю. Интерфейс К8-232. Связь между компьютером и микроконтроллером. От БО8 к Windows98/XP. М.: ДМК-ПРЕСС. 2006 (в печати).

3. Кузьминов А. Ю. Универсальная система сбора и обработки данных АСИР-3. // Мир ПК. 1996. № 6.

4. Кузьминов А. Ю. Удаленные системы сбора информации с датчиков на базе однокристальных микроЭВМ // Автоматизация и производство. 1996. № 3.

5. Кузьминов А. Ю. Однокристальные микроЭВМ— основа удаленных систем сбора и обработки сигналов, поступающих с датчиков // Электроника и компоненты. 1998. № 2.

6. Кузьминов А. Ю. Новые МС851-совместимые микроконтроллеры и их применение в системах сбора информации с датчиков // Контрольноизмерительные приборы и системы. 1997. № 6. 1998. № 7.

7. w ww.analog.c om

8. w ww.atmel.c om

9. w ww.maxim-ic.c om

10. w ww.semiconductor-phШps.c om

11. w ww.silabs.c om

12. ww w.ti.c om

13. ww w.msdn.microsoft.c om/library

14. ww w.gapdev.c om

Рис. 39. Фотография общего вида двух устройств — преобразователей RS-232oRS-485/RS-422

Прибор

Преобразователь

RS232

TxD

RxD SG

+ I + 1 Q£ Q£ 1— 1—

R T SG

_L+5B

-L+5 В| -220 ВI

Преобразователь RS232<—>RS485/422

>1000 м

-L+5B

I -‘-+5 В|

-220 В

Компьютер

RS232

TxD

RxD SG

Рис. 40. Схема сопряжения прибора с компьютером с помощью двунаправленного преобразователя RS-232oRS-485/RS-422