Radioelektronik Audio-HiFi-Video 2/2001

Sieæ z wykorzystaniem

prezentowanych

modu³ów s³u¿y do

porozumiewania siê

miêdzy sob¹ kilku,

kilkunastu lub nawet

kilkudziesiêciu urz¹dzeñ

mikroprocesorowych

wykorzystuj¹cych dowolne

mikroprocesory. Mo¿e

byæ w ni¹ w³¹czony

komputer klasy PC.

K

omunikowanie siê urz¹dzeñ odby-

wa siê w standardzie RS-232,

w którym stan niski (L) odpowiada

napiêciu 0 V, a stan wysoki (H) – na-

piêciu bliskiemu napiêciu zasilania. Do trans-

misji stosuje siê przewód sygna³owy, oprócz

niego potrzebny jest jeszcze przewód po³¹czo-

ny z punktem o potencjale stanowi¹cym po-

ziom odniesienia (masa – GND) i zasilanie li-

nii (mo¿e byæ osobne lub wspólne) dla ka¿de-

go modu³u – odbiornika (RS I/O); w sumie

dwa lub trzy przewody. Informacja nadawana

przez jedno z urz¹dzeñ jest odbierana przez

wszystkie pozosta³e.

Przyjêto, ¿e sieæ musi wspó³pracowaæ z wielo-

ma u¿ytkownikami (maksymalnie 50), nieza-

le¿nie od ich liczby transmisja powinna byæ jed-

nakowo czytelna. Wszyscy u¿ytkownicy mu-

sz¹ byæ zatem odizolowani galwanicznie od

sieci i od siebie. Czêœæ robocza jest zasilana na-

piêciem w zakresie +8 do +18 V.

Wykonano dwa rodzaje modu³ów: RS I/O TTL

i RS I/O PC wspó³pracuj¹cych z uk³adami

o standardzie TTL (L / H

→

0 V /+5 V) i RS-232

(RTS L / H

→

–15 V /+15 V ; TxD, RxD L /

H

→

+15 V/ _15 V). Pierwszy mo¿e byæ do³¹-

czony bezpoœrednio do wyjœcia transmisji sze-

regowej mikrokomputera 8251, a drugi do

gniazda szeregowego COM1 lub COM2 kom-

putera PC. Schematy modu³ów nadawczo-

odbiorczych s¹ przedstawione na rys. 1 i 2.

Parametry elektryczne modu³ów

Pr¹dy po stronie linii RS – przewodu ³¹cz¹ce-

go wejœcia wszystkich modu³ów RS I/O.

Jeden obwód wejœciowy (RS I/O) pobiera pr¹d

z linii w stanach L i H odpowiednio 525

µ

A

i 0

µ

A. Zak³adaj¹c, ¿e uk³ad nadawczy daje

30 mA mamy do dyspozycji: 30 mA - pr¹d

rezystorów R4 w odbiornikach (3,6 mA), przy

zasilaniu napiêciem 18 V, otrzymujemy 26,4

mA do podzia³u na wejœcia pobieraj¹ce po

525

µ

A, czyli ok. 50 egzemplarzy RS I/O.

Pr¹d p³yn¹cy przez diodê nadawcz¹ transop-

tora US1 zawiera siê w zakresie 6,7

÷

16,7 mA

(odpowiednio dla +8 V i +18 V, a przez fototran-

zystor transoptora US2 p³ynie pr¹d 2

÷

4,8 mA.

Pr¹d p³yn¹cy przez fototranzystor US1 wynosi ok.

SIEÆ PO£¥CZEÑ

DOMOWYCH

r

Z PRAKTYKI

16

Rys. 1. Schemat modu³u RS I/O PC

Rys. 2. Schemat modu³u RS I/O TTL

17

1,2 mA , przy napiêciu na tranzystorze w stanie

nasycenia ok. 0,21 V moc strat wynosi 0,26 mW,

a moc strat w diodzie elektroluminescencyjnej

US1 ok. 19 mW (16,7 mA

.

1,15 V), z czego wy-

nika ca³kowita moc strat 19,3 mW przy mocy do-

puszczalnej dla CN67 równej 80 mW.

Pr¹d p³yn¹cy przez diodê elektroluminescen-

cyjn¹ US2 wynosi ok.11,2 mA , a wiêc moc

strat w diodzie jest równa 12,8 mW, a przez fo-

totranzystor p³ynie pr¹d poni¿ej 4,8 mA przy na-

piêciu 0,21 V, czyli moc strat fototranzystora

jest mniejsza ni¿ 1 mW, a zatem sumaryczna

moc strat nie przekracza 13,8 mW.

Dioda elektroluminescencyjna transoptora

US2 jest zasilana z wyjœcia bramki US3C,

której obci¹¿alnoœæ w stanie niskim wynosi

do 16 mA, do tego wyjœcia do³¹czone s¹ rów-

nie¿ wejœcia bramki US4B (<1,6 mA) i bram-

ki US3B (<1,6 mA), a wiêc obci¹¿enie bram-

ki US3C wynosi 1,6 + 1,6 + 11,2 = 14,4 mA; na-

piêcie na jej wyjœciu jest mniejsze od 0,4 V, po

przejœciu przez diodê D3 (germanowa o spad-

ku napiêcia oko³o 0,2 V) napiêcie to jest mniej-

sze ni¿ 0,6 V, a wiêc jeszcze bêdzie przez

wejœcie bramki US3B interpretowane jako sy-

gna³ logiczny niski (<0,8 V).

Dzia³anie uk³adu

Uk³ad US4 zastosowano w celu wyelimino-

wania odbioru przez modu³ nadaj¹cy w³asne-

go sygna³u, i w celu generacji sygna³u zajêto-

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 2/2001

œci linii. Dioda D2 zabezpiecza diodê emituj¹-

c¹ transoptora US1 przez odwrotn¹ polary-

zacj¹ napiêcia zasilaj¹cego linii. Sta³e czaso-

we zosta³y dobrane dla danych prêdkoœci

nadawania, przy czym przyjêto, ¿e czas trwa-

nia sygna³u RTS nie mo¿e byæ krótszy od

któregokolwiek z impulsów blokuj¹cych TxD,

czyli czas US4A musi byæ wiêkszy (np. o 10%)

od czasu US4B.

Elementy zosta³y obliczone przy za³o¿eniu

prêdkoœci nadawania 2500 bit/s (bodów). Przy-

jêto, ¿e dla uk³adu UCY 74123 czas trwania im-

pulsu t

i

= 0,3

.

C2

.

R10, przy czym jest to przy-

bli¿ony wynik dla napiêcia zasilania +5 V i tem-

peratury pokojowej. Jeœli napiêcie spadnie do

4,75 V (t

i

= 99%) i temperatura wzroœnie do

70

o

C (t

i

= 99,3%) otrzymamy wzór:

t

i

= 0,3

.

0,99

.

0,99

.

C2

.

R10.

Przy wzroœcie temperatury roœnie równie¿ re-

zystancja (co wyd³u¿a czas) i na ogó³ roœnie

pojemnoœæ (te¿ wyd³u¿a to czas) – jednak nie

uwzglêdniono tych zmian. Poniewa¿ warto-

œci¹ krytyczn¹ jest tutaj minimalny czas trwa-

nia impulsu, tak wiêc po zastosowaniu rezysto-

rów o tolerancji

±

10% i kondensatorów o tole-

rancji

±

20% i uwzglêdnieniu, ¿e czas trwania

impulsu ulegnie skróceniu do 90% i 80% war-

toœci nominalnej, otrzymujemy wzór:

t

i

= 0,3

.

0,99

.

0,99

.

0,9

.

0,8

.

C2

.

R10 =

= 0,211

.

C2

.

R10

Jest to minimalny czas trwania impulsu, jaki bê-

d¹ generowaæ uk³ady US4B, które zapewnia-

j¹ impulsy o czasie trwania transmisji jednego

bajtu, czyli w naszym przypadku 10 bitów (1 bit

startu + 8 bitów treœci + 1 bit stopu). Dla prze-

p³ywnoœci 2500 bit/s jeden bit trwa (1/2500)

s czyli 400

µ

s, a dziesiêæ bitów zajmuje 4 ms.

Tak wiêc wyznaczone elementy C2 = 330 nF

i R10 = 62 k

Ω

daj¹ czas:

t

i

= 0,211

.

330

.

10

_9

.

62

.

10

3

= 4,3 ms

a dla US4A, elementy C1 = 330 nF i R8 =

68 k

Ω

, daj¹ czas:

t

i

= 0,211

.

330

.

10

_9

.

68

.

10

3

= 4,73 ms,

czyli 110% czasu US4B.

Generacja impulsu w US4B rozpoczyna siê

w momencie zmiany stanu linii RxD z H na

L (z nieaktywnej na aktywn¹ – dla uk³adu TTL

z +5 V na 0, a dla RS-232 PC z _15 na +15 V).

Powoduje ona przekazanie sygna³u logiczne-

go o poziomie niskim przez D3 (bez opóŸnieñ),

a po 33

µ

s (czasie zadzia³ania UCY74123) ge-

neracjê impulsu blokuj¹cego na czas t

i

sy-

gna³ TxD. Koniecznoœæ zastosowania uk³adu

US4B jest podyktowana istnieniem na opto-

linii opóŸnieñ (ka¿dy transoptor opóŸnia o

10

µ

s), a co za tym idzie (gdyby nie by³o

US4B) wystêpowaniem jeszcze stanu aktyw-

nego – H na wejœciu 4 US3B, podczas gdy na

wejœciu RxD by³by ju¿ stan nieaktywny – H,

czyli pojawiaj¹cymi siê zak³óceniami na TxD.

Odpowiednio dobrane czasy impulsów

US4B eliminuj¹ ten problem.

Uk³ad US4A dzia³a identycznie z t¹ jednak

ró¿nic¹, ¿e jest wyzwalany przez impuls opa-

daj¹cy H

→

L z TxD, czyli w przypadku odbie-

rania transmisji z innego RS I/O. Przerzutnik

ten generuje sygna³ zajêtoœci linii – RTS. Jest

to sygna³ ¿¹dania nadawania, w odpowiedzi

na ten sygna³ modu³ generuje CTS (gotowoœæ

do odbierania transmisji), RTS jest wyjœciem

a CTS wejœciem. Zastosowanie nazwy wy-

prowadzenia RTS w naszych modu³ach wyni-

ka tylko z tego, i¿ do³¹czamy go do wejœcia

CTS odbiornika/nadajnika (tak, jak to zwykle ro-

bimy z RTS).

Uk³ady US4A i US4B s¹ przerzutnikami mo-

nostabilnymi umo¿liwiaj¹cymi przed³u¿enie

czasu trwania impulsu po kolejnym wyzwo-

leniu, a wiêc generacja serii bajtów przez

jeden przerzutnik powoduje na wyjœciach

RTS pozosta³ych modu³ów powstanie im-

RxD

2 US4B

5 US3B

TxD

RTS

Rys. 3. Przebiegi napiêæ na liniach ³¹cza RS-232

Rys. 4. P³ytka drukowana modu³u RS I/O PC – strona druku (skala 1:1)

Rys. 5. P³ytka drukowana modu³u RS I/O PC – strona elementów

r

Z PRAKTYKI

18

pulsu zajêtoœci linii przez czas niewiele d³u¿-

szy (o czas transmisji 1 bajtu). Ten sygna³

mo¿e byæ wykorzystany jako sygna³ wej-

œciowy CTS, blokuj¹c sprzêtowo transmisjê,

lub jako DSR – sygna³ ogólnego przeznacze-

nia mo¿liwy do programowego odczytania ze

s³owa stanu.

Niestety, nie mo¿na wykluczyæ mo¿liwoœci

jednoczesnego rozpoczêcia nadawania przez

dwa uk³ady, gdy¿ czas pojawienia siê sygna-

³ów RTS od momentu rozpoczêcia nadawa-

nia to oko³o 53

µ

s (opóŸnienie dwóch trans-

optorów po 10

µ

s i opóŸnienie przerzutnika

UCY 74123 wynosz¹ce 33

µ

s czyli razem

53

µ

s, jednak prawdopodobieñstwo takiego

zdarzenia nie jest du¿e przy wywa¿onej ko-

munikacji poprzez liniê.

Zasilanie modu³ów

Po stronie linii jeden modu³ RS I/O pobiera pr¹-

dy ze Ÿród³a napiêcia zasilania w stanie ak-

tywnym (U

z

= 8

÷

18 V) 12,8

÷

37 mA, co przy piê-

ciu modu³ach pobór pr¹du wynosi 64

÷

185 mA.

Po stronie modu³u RS I/O TTL pobiera z zasi-

lania pr¹d I = I

R9

+ I

R11

+ I

zasUS3

+ I

zasUS4

+ I

R7

,

co w przypadku:

q

transmisji z tego modu³u wynosi 0,45 + 11,2

+ 6,1 + 66 + 1,22

≈

85 mA

q

transmisji z innego modu³u wynosi 0,04 + 0

+ 8,1+ 66 + 1,22

≈

76 mA

q

braku transmisji wynosi 0,04 + 0 + 8,1 + 16

+ 0,0077

≈

25 mA.

Rys. 6. P³ytka drukowana modu³u RS I/O TTL – strona druku (skala 1:1)

Po stronie modu³u RS I/O PC pobiera ze

Ÿród³a zasilania pr¹d RS I/O TTL + pr¹d zasi-

lania uk³adu US5, czyli ok. 20 mA.

Obci¹¿alnoœæ wyjœæ modu³ów RS I/O TTL

wynosi:

RTS do 10 wejϾ TTL,

TxD do 9 wejϾ TTL,

RxD jedno wejœcie TTL.

Wyjœcia modu³ów RSI/OPC:

RTS: stan L _15 V

÷

+3 V, stan H +3

÷

+15 V

TxD, RxD: stan L +3

÷

+15 V ; H _15

÷

_3 V; ob-

szar zabroniony _3

÷

+3 V.

Przebiegi sygna³ów w uk³adzie

RS I/O PC ró¿ni siê od RS I/O TTL jeszcze jed-

nym (oprócz poziomów napiêæ sygna³ów logicz-

nych) drobnym elementem. Zasilanie czêœci li-

nii i czêœci modu³u odbywa siê z tego samego

Ÿród³a – z zasilacza linii. Jest to podyktowane

brakiem ”jawnych” napiêæ zasilaj¹cych na szy-

nie COM2 komputera i niechêci¹ do stosowa-

nia przez autora pó³œrodków w postaci zasila-

nia z linii COM2 ustawianych w odpowiednie

stany L i H (choæ to te¿ jest sposób).

Dokumentacja modu³ów

Schematy modu³ów by³y przedstawione na

uprzednio omawianych rysunkach 1 i 2. P³yt-

ki drukowane i rozmieszczenie elementów s¹

przedstawione na rys. 4

÷

7. W tablicy przed-

stawiono rozk³ady wyprowadzeñ standardo-

wych z³¹cz DB25 i DB9 stosowanych w ³¹czu

RS-232.

n

Wiktor Szymanowski

Rys. 7. P³ytka drukowana modu³u RS I/O TTL – strona elementów

Nr w z³¹czu

Funkcja

DB25

DB 9

1

PG masa ochronna

2

3

TxD _ dane nadawane

3

2

RxD _ dane odbierane

5

8

CTS _ (in) gotowoϾ

do nadawania

7

5

SG _ masa sygna³owa

Wyprowadzenie standardowego z³¹cza w ³¹czu

RS-232 (tylko wykorzystywane sygna³y)

US1, US2

CN67 transoptor

US3

UCY 7400

US4

UCY 74123

US5

MAX 680

T1

n-p-n ma³ej mocy np.

BC237

T2

p-n-p ma³ej mocy np.

BC307

D1

LED ¿ó³ta

D2

dowolna prostownicza

D3, D4

dowolna germanowa

*D5, *D6

dioda Zenera C8V2

C1, C2

330 nF

*C3, *C4, *C5, *C6

22

÷

100

µ

F/16 V

R1, R2

1 k

Ω

/ 0,5 W

R3

33 k

Ω

R4

do 4 rez. 22 k

Ω

*/0125 [W]

R5, R9

10 k

Ω

R6, R7

36 k

Ω

R8

68 k

Ω

/10%

R10

62 k

Ω

/10%

R11

330

Ω

*R12, R16

1 k

Ω

*R13, R17

33 k

Ω

*R14, R18

12 k

Ω

*R15, R19

150

Ω

*R20

,

*R21, *R22

22 k

Ω

WYKAZ ELEMENTÓW

(z gwiazdkami elementy dla RS I/O PC)