RS-422-Schnittstellenadapter, die Geschwindigkeiten von bis zu 1 MBaud für den PCI-Systembus unterstützen

Anmerkung


Der Artikel beschreibt die Modifikation von im Handel erhältlichen Multiport-E / A-Erweiterungsadaptern, die auf NetMOS / MosChip MSC98XX-CV- und BSB-SB16C1052PCI-Mikrochips basieren, um die serielle physikalische Schnittstelle RS-422 mit Datenübertragungsraten von bis zu 1 MBaud zu implementieren.

Text


Seit der Zeit der IBM PC-Computer haben die seriellen Schnittstellen von PCs, Workstations und Servern, die unter dem UART-Protokoll arbeiten, in den meisten Fällen die physikalische RS-232-Signalisierungsschnittstelle verwendet. Bisher wurden serielle Anschlüsse oder COM-Anschlüsse in der Terminologie der Systemsoftware hauptsächlich zum Anschließen von Manipulatoren und Modems vom Typ Maus für Telefonleitungen und andere Kommunikationskanäle mit niedriger Geschwindigkeit verwendet. In der modernen Computertechnik werden diese Peripheriegeräte über USB angeschlossen. Trotzdem werden die seriellen RS-232-Schnittstellen weiterhin für die Verbindung mit verschiedenen technologischen Geräten, beispielsweise mit einem Barcodescanner, sowie für verschiedene Debug- und Diagnoseanforderungen für die Arbeit im Terminalmodus mit der Firmware solcher Geräte verwendet.

Die serielle RS-232-Signalschnittstelle verwendet bipolare Signale mit einer Amplitude von 5 bis 15 Volt, wobei eine negative Spannung einer logischen Einheit und eine positive Spannung einer logischen Null entspricht. Signale mit einer solchen Amplitude können keine Daten mit hoher Geschwindigkeit übertragen, weshalb die maximale Geschwindigkeit für einen seriellen Standardanschluss auf 115,2 kBaud begrenzt ist. Beim Synchronisieren der UART-Klasse 16C550 von einem Signal mit einer Frequenz von 1,8432 MHz entspricht eine Geschwindigkeit von 115,2 kBaud dem Setzen des DLL-Registers auf Null und des DLM-Registers auf 00000001.

Zusätzlich zur RS-232-Signalschnittstelle können serielle Schnittstellen die Standards RS-422 und RS-485 verwenden, die die Übertragung von Daten in Form von elektrischen Signalen über ein Kabel mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10 MBaud in Entfernungen von 10 bis 20 m und eine Kommunikationsreichweite von bis zu 1500 m bei geringen Geschwindigkeiten ermöglichen. Die Verwendung von RS-422- und RS-485-Signalstandards mit UART-Schnittstellen ist in Industrie- und Spezialgeräten, die für raue Betriebsbedingungen ausgelegt sind, üblich.

Für die Verbindung von PCs und Industriecomputern mit der seriellen Schnittstelle RS-422 stehen spezielle E / A-Adapter zur Verfügung, die bis zu 16 UART-Kanäle implementieren. Betrachten Sie als Beispiel den Advantech PCL-743-Adapter für den ISA-Systembus (siehe Abb. 1. Dieser Adapter enthält zwei UART 16C550-Controller, die die Xilinx XC9572 FPGA- und RS-422 / RS485-Empfänger- und Sender-Mikroschaltungen steuern. Durch Einstellen der Schalter werden die Adressbereiche festgelegt, die der Adapter für 16C550-Steuerungen verwendet. Mit der richtigen Einstellung der Schalter ist es möglich, den Adapter so zu konfigurieren, dass er als vom BIOS und vom Betriebssystem definierte Standard-COM-Ports funktioniert. Stellen Sie dazu die Basisadressen der 16C550-Steuerungen auf die Werte aus der Liste ein: 02E8h, 02F8h, 03E8h, 03F8h, so

Darüber hinaus können Sie mit dem Adapter die physische Schnittstelle für jeden der beiden Ports einzeln konfigurieren, entweder gemäß dem RS-422-Standard oder gemäß dem RS-485-Standard.

Um hohe Geschwindigkeiten zu erreichen, ist im PCL-743-Adapter ein Quarzoszillator installiert, der eine Frequenz von 14,7456 MHz bildet, was 8-mal höher ist als die Standardfrequenz von 1,8432 MHz. Die Position des Schalters ganz rechts legt die Synchronisationsfrequenz der 16C550-Steuerungen fest: entweder Standard oder 8-fach erhöht. Mit Hochfrequenz arbeiten können Sie mit Geschwindigkeiten von bis zu 921,6 kBaud arbeiten, für die in der Software die Geschwindigkeitseinstellung 115,2 kBaud ausgewählt ist.

Mit den Jumpern auf der linken Seite der Adapterplatine können Sie die Interrupt-Leitungen für jeden UART-Kanal manuell konfigurieren.
Der in Betracht gezogene Adapter ist angesichts des Fehlens des ISA-Busses in modernen Computersystemen eine recht teure und veraltete Lösung.


Abb. 1. Advantech PCL-743-Schnittstellenadapter

Es wird vorgeschlagen, die Implementierung von RS-422-Adaptern mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1 MBaud in Betracht zu ziehen, indem die kostengünstigen Steuerungen herkömmlicher peripherer Schnittstellen für den PCI-Systembus geändert werden, die auf dem Markt weit verbreitet sind.

Als Basis für die im Artikel beschriebenen Adapter wurden Multiport-Controller von Espada verwendet, die auf MCS9820, MCS9835 und MCS9845 von MosChip basieren. Die Chipfamilie MCS9805, MCS9815, MCS9820, MCS9835, MCS9845 wurde von NetMOS vor 10-12 Jahren mit einem hohen Grad an Vereinheitlichung der Pinbelegung und internen Logikorganisation entwickelt. Diese Vereinheitlichung ermöglichte die Entwicklung einer Reihe von peripheren Schnittstellensteuerungen unter Verwendung eines gemeinsamen PCB-Designs.

Die folgenden Espada-Steuerungen sind auf einer Leiterplatte aufgebaut und unterscheiden sich nur in der Konfiguration der installierten Steckverbinder und elektronischen Komponenten:
• FG-PIO9820-1S-01-CT01 - ein RS232-Port, MCS9820-Chip;
• FG-PIO9835-2S-01-CT01 - zwei RS232-Ports, MCS9835-Chip;
• FG-PIO9835-2S1P-01-CT01 - ein LPT-Port, zwei RS232-Ports, MCS9835-Chip;
• FG-PIO9805-1P-01-CT01 - ein LPT-Port, MCS9805-Chip;
• FG-PIO9815-2P-01-CT01 - zwei LPT-Anschlüsse, MCS9815-Chip.

Die einheitliche Leiterplatte wird auch von Espada-Controllern verwendet, die auf dem MCS9845-Chip basieren, der über einen externen asynchronen Bus verfügt, über den zusätzliche UART-Controller der Typen 16C550, 16C552, 16C554 angeschlossen werden:
• FG-PIO9845-4S-01-CT01 - vier RS232-Ports, MCS9845 + 2-Mikroschaltungen . 16C550;
• FG-PIO9845-6S-01-CT01 - sechs RS232-Ports, MCS9845 + 16С554-Mikroschaltungen.

Das Aussehen des Controllers mit maximaler Konfiguration und sechs seriellen RS232-Anschlüssen ist in Abb. 4 dargestellt. 2.


Abb. 2. RS232-Schnittstellenadapter von Espada

In der ursprünglichen Konfiguration verfügen alle aufgelisteten Espada-Adapter über Pegelwandler für die Arbeit mit der RS-232-Schnittstelle und sind für eine maximale Geschwindigkeit von 115,2 kBaud konfiguriert. In den frühen Versionen der Dokumentation für die MCS98xx-CV-Mikroschaltungen beträgt die maximale Geschwindigkeit der seriellen Schnittstellencontroller jedoch 1 MBaud [1, 2]. In späteren Dokumentationen wurde die maximale Geschwindigkeit auf 115,2 kBaud [3, 4] reduziert, was höchstwahrscheinlich aus kommerziellen Gründen geschah, weil fortgeschrittenere MosChip MCS9865-IV-Schnittstellenmikroschaltungen auf den Markt kamen, die die PCI-Businitiator- (Master-) Funktion unterstützen .

Die Mikrokreise MCS9820, MCS9835, MCS9845 verfügen über bis zu zwei integrierte UART-Controller der Klasse 16C550, die E / A-Adressbereiche von acht Byte verwenden und separat über PCI-Konfigurationsregister konfiguriert werden. Adapter, die mehr als zwei serielle Ports implementieren, verwenden eine Reihe von MCS9845- und 16C550-Chipsätzen (16C552, 16C554), die über einen asynchronen lokalen 8-Bit-Bus verbunden sind, an den PCI-Bus-Lese- und -Schreibtransaktionen an E / A-Adressen übertragen werden, die zu den Bereichen zusätzlicher UART-Controller in der Komposition gehören 16C550-Chips (16C552, 16C554). Die E / A-Adressbereiche der zusätzlichen UART-Controller werden ebenfalls über die Basisadressregister (BARs) im PCI-Konfigurationsbereich konfiguriert.

Um UART-Controller zu synchronisieren, verfügen die Mikroschaltungen MCS9820, MCS9835, MCS9845 über zwei Trägerfrequenzeingänge:
• Das ACLK-Signal (Pin 59) legt die Trägerfrequenz für UART-A fest.
• Das BCLK-Signal (Pin 57) legt die Trägerfrequenz für UART-B fest.

Die Trägerfrequenz eines Controllers der UART-Klasse 16C550 muss 16-mal höher sein als die Baudrate. Daher ist für eine Geschwindigkeit von 115,2 kBaud ein Träger von 1,8432 MHz erforderlich, und für eine Geschwindigkeit von 1 MBaud muss die Trägerfrequenz 16 MHz betragen.

Gemäß der proprietären Dokumentation von MosChip [1-4] werden ACLK- und BCLK-Eingänge zum Senden von Signalen von einem Taktgenerator vorgeschlagen, der Teil der MCS98xx-Chips ist. Ein Signal von einer externen Taktquelle mit CMOS- oder TTL-Pegeln kann jedoch an diese Eingänge angelegt werden.

Der eingebaute Taktgenerator benötigt einen externen Quarz, der zwischen dem Eingang XTAL1 (Klemme 62) und dem Ausgang XTAL2 (Klemme 61) angeschlossen ist und drei Ausgangsfrequenzen erzeugt:
• 3XCLK-Signal (Klemme 55) mit der Frequenz, die durch Teilen der Frequenz des
Quarzhohlraums durch 3, • 6XCLK-Signal erhalten wird (Pin 56) mit der Frequenz, die durch Teilen der Frequenz des Quarzresonators durch 6 erhalten wird,
• 12XCLK-Signal (Pin 58) mit der Frequenz, die durch Teilen der Frequenz des Quarzresonators durch 12 erhalten wird.

In der ursprünglichen Konfiguration der RS-232-Schnittstellenadapter basierend auf MCS9820, MCS9835, MCS9845-Mikroschaltungen Quarz Der n-te Resonator mit einer Frequenz von 22,1184 MHz und einem Signal vom 12XCLK-Ausgang, dessen Frequenz 1,8432 MHz beträgt, wird den ACLK- und BCLK-Eingängen zugeführt.

Die meisten Adapter, die auf MCS9820-, MCS9835- und MCS9845-Mikroschaltungen basieren, verfügen über 0603-Widerstandsbrücken, mit denen Signale von den Ausgängen 3XCLK, 6XCLK und 12XCLK an verschiedenen Positionen auf der Platine an die ACLK- und BCLK-Eingänge angeschlossen werden können. Ersetzt man also den Quarzresonator durch ein Analog mit einer Frequenz von 48 MHz und verlötet die Jumper erneut an die Position, die dem Umschalten der ACLK- und BCLK-Eingänge auf den 3XCLK-Ausgang entspricht, beträgt die Trägerfrequenz der integrierten UART-Controller 16 MHz. Nach einer solchen Verfeinerung entspricht die Systemgeschwindigkeit der seriellen Schnittstelle von 115,2 kBaud (in den Softwareeinstellungen) der tatsächlichen Geschwindigkeit von 1 MBaud.

Das Ergebnis einer solchen Verfeinerung, die mit den Adaptern Espada FG-PIO9820 oder FG-PIO9835 durchgeführt wurde, ist in Abb. 2 dargestellt. 3.


Abb. 3. Modifikation des Espada-Adapters zur Unterstützung der Geschwindigkeit von 1 Mbit / s

Die überwiegende Mehrheit der auf dem Markt erhältlichen Schnittstellenadapter für den seriellen Anschluss implementiert RS-232-Schnittstellen, die an die DB-9M-Anschlüsse ausgegeben werden. Die RS-232-Schnittstelle war ursprünglich auf den Anschluss von Telekommunikationsgeräten ausgerichtet, wodurch eine Reihe von Spezialsignalen auch in UART-Steuerungen der Klassen 16C450 und 16C550 implementiert wurden.

Das klassische RS-232-Geräteanschlussschema umfasst DTE-Endgeräte (Data Terminal Equipment) und DCE-Kommunikationsgeräte (Data Communication Equipment), die über ein direktes Kabel verbunden sind. Der Begriff „gerades Kabel“ bezeichnet ein Kabel mit Steckverbindern vom Typ Buchse und Stecker, bei dem die Kontakte unter der gleichen Nummer verbunden sind (Pin-1 des Steckers ist mit Pin-1 der Buchse verbunden, Pin-2 des Steckers ist mit Pin-2 der Buchse verbunden usw. )

Für das Endgerät DTE wird traditionell ein DB-9M-Stecker verwendet, dessen Verdrahtung in Abb. 4 a. Die Rolle von Endgeräten ist ein Personal Computer, eine Workstation, ein Server, ein LAN-Switch, ein Controller oder ein anderes Gerät, das einen Mikroprozessor enthält, der als Generator für Informationspakete fungiert.

Für DCE-Datenübertragungsgeräte wird traditionell ein DB-9F-Stecker (Buchse) verwendet, dessen Verdrahtung in Abb. 1 dargestellt ist. 4, b. Datenübertragungseinrichtungen werden traditionell durch Modems für verschiedene Kommunikationskanäle dargestellt, die spezielle Steuersignale nRI - ein Rufsignal von der Vermittlungsstelle und nDCD - ein Zeichen der Erkennung der Trägerfrequenz in dem Kommunikationskanal bilden. Alle anderen Geräte, die als Empfänger von Informationspaketen oder als passive Quelle von Paketen fungieren, z. B. ausführende Einheiten und Sensoren, können als DCE fungieren.


a


b
Abb. 4. Verkabelung der RS-232-Anschlüsse:
a - DB-9M-Stecker für DTE, b - DB-9F-Buchsen für DCE


Das direkte Anschlussschema von DTE- und DCE-Geräten über RS-232 ist in Abb. 2 dargestellt. 5. Das Direktschnittstellenkabel verfügt über eine DB-9F-Buchse zum Anschließen an einen DTE (Computer) und einen DB-9M-Stecker zum Anschließen an ein DCE-Telekommunikationsgerät (Modem). Das Kabel hat 9 isolierte Anschlüsse in einem gemeinsamen Schirm, die an den Enden mit den Metallgehäusen des Steckers und der Buchse verbunden sind.
Bei Verbindungen, die nicht die speziellen Signale des nDCD-Trägerdetektors und des nRI-Aufrufs verwenden, ist die Aufteilung der Geräte in DTE- und DCE-Typen eher willkürlich und wird hauptsächlich durch den Steckertyp bestimmt: den Stecker für DTE und die Buchse für DCE.


Abb. 5. Schema der direkten Verbindung über RS-232

Aus Gründen der Vereinheitlichung bevorzugen sie in modernen Geräten Steckverbinder wie DTE. Zum Verbinden von zwei DTE-Geräten wird ein Nullmodemkabel verwendet, das auch als Cross-Kabel bezeichnet wird. Ein solches Kabel schaltet die Sender und Empfänger verschiedener Geräte paarweise in der folgenden Reihenfolge: TxD-RxD, nRTS-nCTS, nDTR-nDSR. Bei der vollständigen Implementierung des RS-232-Cross-Kabels können nDTR-nDCD- und nDTR-nRI-Verbindungen hergestellt werden.

Im Allgemeinen ist die TxD-RxD-Umschaltung für die Datenübertragung ausreichend, da alle anderen Signale Seitenband sind und nur auf Programmebene am Datenaustausch teilnehmen können (Ausnahme ist der Auto-CTS-Modus in älteren Versionen der UART-Klasse 16C550, die durch das MCR-Bit aktiviert wurden [5]).
Das Anschlussschema zweier DTE-Geräte über die RS-232-Schnittstelle mit einem Nullmodemkabel ist in Abb. 2 dargestellt. 6.


Abb. 6. Anschlussschema mit einem Nullmodemkabel über die RS-232-Schnittstelle

Die meisten modernen RS-232-Schnittstellenadapter verwenden DRB-9MA-Eckstecker als externe Anschlüsse für die Montage auf einer Leiterplatte und die Befestigung in der Halterung zur Befestigung am Gehäuse. Bei Multiport-Adaptern werden zusätzliche Streifen mit daran befestigten DB-9M-Steckern verwendet, an die Flachkabel mit einem Abstand von 1,27 mm und gepressten IDC-10-Buchsen an den Enden angelötet werden. 7.


Abb. 7. Zusätzliche Halterung mit DB-9M-Anschlüssen

IDC-10-Buchsen haben ein Sackloch anstelle des zehnten Kontakts, der als Schlüssel fungiert. Das Gegenstück auf der Controller-Platine ist ein PLD-10-Stecker mit einem zehnten Fernkontakt. Auf der Rückseite der Adapterplatine FG-PIO9845-6S-01-CT01 sind Anschlüsse zum Anschließen von zwei zusätzlichen Halterungen sichtbar (siehe Abb. 2.

Es ist zu beachten, dass die Verdrahtung der PLD-10-Pin-Stecker bei den meisten RS-232-Adaptern so vereinheitlicht ist, dass der erste Kontakt der IDC-10-Buchse am Kabel der Zusatzleiste mit dem ersten Kontakt des externen DB-9M-Steckers und der zweite Kontakt der IDC-10-Buchse mit dem zweiten Kontakt verbunden ist DB-9M Stiftkontakt usw. Die Pinbelegung nach Pin-Nummern wiederholt somit die Pinbelegung der externen DB-9M-Stecker (Abb. 8). Die entsprechende Verdrahtung des DB-9M-Steckers ist in Abb. 4 dargestellt. 10 (der erste Kontakt ist der rote Draht der Schleife).

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Abb. Abbildung 8. RS-232-Signalverdrahtung am PLD-10-Pin-Anschluss


. 9. Verdrahtung des DB-9M-Steckers

Die physikalische RS-232-Schnittstelle, sowohl auf Schnittstellenadaptern als auch auf Motherboards, implementiert traditionell die Pegelwandlermikroschaltung GD75232 oder deren komplettes analoges SN75185 [6, 7]. Diese Mikroschaltungen enthalten 3 Treiber für bipolare RS-232-Signale für TxD-, nDTR-, nRTS-Schaltungen und fünf Empfänger-Wandler mit RS-232-Pegel für das TTL-Signal. Jeder GD75232 / SN75185-Chip verwendet drei Leistungspotentiale: VSS - minus 12 V, VCC - 5 V und VDD - 12 V. Alle Spannungen werden relativ zum Gesamtnullpunkt (GND) gemessen.

Es gibt ein traditionelles Schema zum Anschließen eines UART-Controllers an den RS-232-Port unter Verwendung des GD75232 / SN75185-Chips. es ist in fig. 10. Diese Schaltung ist in den meisten RS-232-Schnittstellenadaptern implementiert, auch auf Espada-Karten.


Abb. 10. Anschlussplan des UART-Controllers an den RS-232-Port

Die physikalische RS-422-Schnittstelle wird durch den TIA / EIA-422-Standard geregelt, der den Pegel und die Wellenform von Differenzsignalen bestimmt, mit denen Daten über Twisted-Pair-Kabel mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10 MBaud übertragen werden können (die Bandbreite hängt vom Schnittstellenbit und der Datencodierungsmethode ab).

Ein Beispiel für die Verwendung von RS-422-Signalen in parallelen Schnittstellen ist die differentielle Hochspannungs-SCSI-Schnittstelle (HVD - High Voltage Differential).

Serielle asynchrone UART-Schnittstellen in Industrieanlagen verwenden häufig auch die physikalische RS-422-Schnittstelle. Im Gegensatz zur in der Industrie- und Sondertechnologie üblichen RS-485-Differenzschnittstelle orientiert sich die physikalische Schnittstelle RS-422 an der Topologie von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen.

Durch die Verwendung der physischen RS-422-Schnittstelle anstelle von RS-232 an seriellen Schnittstellen können Sie die Datenübertragungsrate bei kurzen Verbindungen erhöhen oder die Kommunikationsreichweite einer Verbindung erheblich erhöhen.
Implementierungen der UART-Schnittstelle mit der RS-422-Bitübertragungsschicht verwenden in den meisten Fällen vier Adernpaare: zwei Paare für die Datenübertragung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung und zwei Paare für zusätzliche RTS-CTS-Signale. Das Anschlussschema zweier Geräte über die serielle Schnittstelle RS-422, die über das UART-Protokoll arbeiten, ist in Abb. 2 dargestellt. 11.


Abb. 11. Anschlussplan für die serielle Schnittstelle RS-422

Es gibt keine einheitliche Verdrahtung der differentiellen RS-422-Signale in DB-9-Steckverbindern, wie sie an den seriellen Schnittstellen angewendet werden. Es wird vorgeschlagen, die von Advantech im PCL-743-Adapter (Abb. 1) implementierte Verkabelung zu berücksichtigen, die in Abb. 3 dargestellt ist. 12.


Abb. 12. Die Verdrahtung des DB-9M-Steckers für die RS-422-

Schnittstelle Es wird vorgeschlagen
, die seriellen Schnittstellenadapter folgendermaßen umzuwandeln , um die RS-422-Schnittstelle zu implementieren: 1. Demontieren Sie die Mikrochips der RS-232-Pegelwandler,
2. Verbinden Sie die folgenden Signale des UART-Controllers mit den PLD-10-Pin-Steckern : TxD, RxD, nRTS, nCTS.
3. Legen Sie einen niedrigen Pegel (GND) an die nDCD- und nDSR-Eingänge des UART-Controllers und einen hohen Pegel (+5 V) an den nRI-Eingang an, oder schließen Sie die Signale des UART-Controllers an: nDTR-nDSR-nDCD-nRI,
4. Pins 1 und 9-poligen Stecker der 10 PLD Potential von + 5V Strom der Empfänger-Sender - RS-422, zu unterwerfen
5 Pin - Anschlüsse auf dem PLD-10 - Adapter des Modul RS-422 - Empfänger-Sender zu installieren, die IDC-10 - Buchsen verbunden sind Anschlüsse auf den Federn von DB-9M, an einer Halterung montiert ,
10 6.e Kontakte 4 und 6 PLD-Anschluss mit der GND Schaltung verbunden.

Das Prinzip der beschriebenen Adaptermodernisierung spiegelt sich schematisch in Abb. 13.


Abb. 13. Umrüstung des RS-232-Adapters für die RS-422-Schnittstelle

Durch die beschriebenen Maßnahmen ändert sich die Signalbelegung in den PLD-10-Stiftleisten gemäß Abb. 14.


Abb. 14. Verdrahtung der UART-Signale am PLD-10-Pin-Anschluss

Es wird vorgeschlagen, die weitere Entwicklung auf der Leiterplatte des Adapters mit dem MGTF-Montagedraht oder ähnlichem unter Verwendung von Kontaktflächen im Volumen des GD75232 / SN75185-Chipsitzes durchzuführen. Die Verbindungstopologie für zwei Optionen zum Umschalten der Leerlaufsignale nDTR, nDSR, nDCD, nRI des UART-Controllers ist in Abb. 2 dargestellt. 15. Die Position der Stiftanschlüsse ist am Beispiel der Adapter Espada FG-PIO9820 und FG-PIO9835 dargestellt.


a


b
Abb. 15. Verbindungstopologie nach Adapterkonvertierung

Betrachtet man den vereinheitlichten GD75232 / SN75185-Mikroschaltkreis (Abb. 10), so kann man den Schluss ziehen, dass es zur Vervollständigung der Modifikation ausreicht, diese Mikroschaltkreise zu demontieren und die Steckbrücken analog zu Abb. 15. Die Ansicht der Leiterplatte des Adapters FG-PIO9835-2S1P-01-CT01 nach Demontage der GD75232 / SN75185-Chips ist in Abb. 1 dargestellt. 16. Die endgültige Form der Gelenke gemäß Abb. Fig. 15a und gemäß Fig. 15b auf einer einzigen Platine 17.


Abb. 16. Die Leiterplatte des Adapters FG-PIO9835-2S1P-01-CT01 nach Demontage der Mikroschaltungen GD75232 / SN75185


Abb. 17. Die Leiterplatte des Adapters FG-PIO9835-2S1P-01-CT01 mit zwei Optionen zur Vervollständigung

Das RS-422-Transceivermodul soll auf einer separaten Platine mit den Mikroschaltungen AM26LS31C-Sender und AM26LS33AC-Empfänger ausgeführt werden [9, 10]. Das Schaltbild des RS-422-Transceiver-Moduls ist in Abb. 4 dargestellt. 18. Das Modul verfügt über vier Steckplätze für PLD-10-Pin-Steckverbinder, von denen zwei zum Anlöten an Adaptersteckverbinder vorgesehen sind, und zwei für PLD-10R-Steckverbinder zum Anschließen von Schleifen aus einer Halterung.


Abb. 18. Schematische Darstellung des RS-422-Transceivermoduls

Die Topologie der Leiterplatte, die das RS-422-Transceivermodul gemäß der in Abb. 18 ist in 3 gezeigt. 19. Die Leiterplatte ist ohne interne Schichten hergestellt und dient zum Einbau von AM26LS-Mikroschaltkreisen in das SOIC-16-Gehäuse sowie von Chipkomponenten, deren Abmessungen auf dem Stromlaufplan angegeben sind. Der elektrolytische Aluminiumkondensator hat einen Durchmesser von 5 oder 6 mm und eine Höhe von nicht mehr als 8 mm. Die LED kann in der Version 1206 oder mit Drahtleitungen in den Löchern montiert werden.

Die Anschlüsse auf der linken Seite des Stromkreises sind nicht auf der Platine installiert. Die freien Enden der auf der Adapterplatine montierten PLD-10-Stiftleisten sind in ihre Löcher eingelötet.

120-Ohm-Widerstände der Größe 1206 erfüllen die Funktion der Anpassung der Impedanz, die bei Kabelverbindungen mit großen Längen erforderlich ist. Widerstände mit einem Nennwert von 10 kOhm werden installiert, um bei Abwesenheit einer Signalquelle in der Leitung eine Verschiebung des Spannungspegels in Richtung des passiven Zustands zu erzielen.

Vorwiderstände mit einem Nennwert von 100 Ohm sind so ausgelegt, dass sie den Strom begrenzen, wenn sie an UART-Steuerungen angeschlossen sind, die keine Eingangssignalpegel mit einer Spannung von 5 Volt zulassen.

Zum Schutz der Messumformer vor Überstrom sind Vorwiderstände mit einem Nennwert von 22 Ohm eingebaut. Wenn ein solcher Schutz nicht erforderlich ist, sollten anstelle dieser Widerstände Brücken der Größe 0603 installiert werden. Die
Topologie der Platine ist auf die Verwendung mit Espada-Adaptern ausgerichtet.


Abb. 19. Topologie der Leiterplatte des RS-422-

Transceivermoduls Das RS-422- Transceivermodul kann mit einem Steckbrett mit einem Lochabstand von 2,5 mm oder 2,54 mm zusammengebaut werden, indem die Mikroschaltungen AM26LS31 und AM26LS33 in das DIP-16-Gehäuse eingebaut werden. Diese Ausführungsform vermeidet die Kosten für die Herstellung einer kundenspezifischen Leiterplatte, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. 19, erhöht aber die Komplexität und den Umfang der Installationsarbeiten. Die Anschlüsse am Steckbrett müssen mit einem Befestigungsdraht erfolgen.

Das Aussehen der zusammengebauten RS-422-Schnittstellen-Transceivermodule ist in Abb. 20 (Einkanalversion) und Abb. 20 dargestellt. 21 (zweikanalige Ausführung).

Das einkanalige Modul besitzt keine Strombegrenzungswiderstände mit einem Nennwert von 22 Ohm, passende Widerstände von 120 Ohm mit einer Größe von 1206 und einen Stecker. Die aufgelisteten Komponenten werden im zweiten UART-Kanal verwendet. Die einkanalige Version des Designs dient zum Finalisieren von Adaptern mit einem seriellen Anschluss, der auf dem MCS9820-Chip aufgebaut ist. Das Bild des Adapters Espada FG-PIO9820-1S-01-CT01 mit der Fertigstellung ist in Abb. 1 dargestellt. 22.


Abb. 20. Einkanaliges RS-422-Transceivermodul


Abb. 21. Zweikanaliges RS-422-Transceivermodul:

Die Module sind so auf den Adaptern montiert, dass sich die Chips AM26LS31 und AM26LS33 oben befinden. Dies vereinfacht den Austausch im Fehlerfall.


Abb. 22. Einkanal RS422 Serial Interface Adapter

Das RS-422-Zweikanal-Transceivermodul ist für die Installation auf Adaptern mit zwei seriellen Ports vorgesehen, die auf dem MCS9835-Chip aufgebaut sind. Der Abstand zwischen den Anschlüssen am Modul entspricht der Leiterplatte der Adapter Espada FG-PIO9835-2S-01-CT01 und FG-PIO9835-2S1P-01-CT01. Das Bild des Adapters Espada FG-PIO9835-2S1P-01-CT01 mit der Fertigstellung ist in Abb. 1 dargestellt. 23.


Abb. 23. Serieller RS422-Schnittstellenadapter mit zwei Kanälen

Modifizierte Espada-Adapter wurden von einer Diagnosesoftware für die Arbeit mit seriellen Schnittstellen in Microsoft Windows als Teil einer Workstation getestet (Abb. 24). Die Tests wurden mit einem vierpaarigen Netzwerk-UTP-Kabel für die direkte Verbindung zur Maschine (Zero-Modem) sowie mit einem Stecker durchgeführt, der den TxD-Datenpfad zu RxD und den RTS-Steuerpfad zu CTS schließt. In einem UTP-Kabel wird jedes verdrillte Paar zur Übertragung eines der Differenzsignale verwendet. Die beiden Paare implementieren die Frequenzweiche TxD-RxD und RxD-TxD, und die beiden verbleibenden Paare implementieren die Frequenzweiche RTS-CTS und CTS-RTS. Bei Anschluss von Geräten mit schlechter Erdung des Chassis oder mit isoliertem Chassis über die serielle Schnittstelle RS-422 muss im Kabel, das das Chassis verbindet, ein zusätzlicher Stromkreis implementiert werden. Dies ist notwendig, um Potentiale zwischen Geräten auszugleichen. Andernfalls kann die Potentialdifferenz die Schnittstellen-Transceiver beschädigen. Mit dem AM26LS33AC-Chip kann die Eingangsspannung um nicht mehr als 15 Volt von Null abweichen.


Abb. 24. Testen des RS-422-Dual-Port-Adapters Der

Teststecker ist eine DB-9F-Buchse und befindet sich in einem zusammenklappbaren Kunststoffgehäuse für D-Sub-Steckverbinder (Abb. 25). Die folgenden Anschlüsse werden innerhalb des Gehäuses vorgenommen: 1-4, 2-3, 6-9, 7-8.
Die Prüfung verlief fehlerfrei bei einer Systemgeschwindigkeit von 115,2 kBaud, was einer realen Geschwindigkeit von 1 MBaud entspricht (aufgrund des Austauschs des Quarzresonators und der Änderung des Frequenzteilers).


Abb. 25. Stecker prüfen

Einer der Nachteile von MosChip-Chips ist die Begrenzung der PCI-Bus-Frequenz auf 33 MHz. Für die Bearbeitung von Bussegmenten mit einer Taktfrequenz von 66 MHz (66,667 MHz, 15 ns) können Controller anderer Hersteller verwendet werden. Als kostengünstige Lösung für einen solchen Controller kann der Adapter Espada FG-PMIO-B1T-0001S-1-CT01 empfohlen werden. Dieser Adapter basiert auf dem SB16C1052PCI-Chip von BSBase [8].

Der CPU-Controller SB16C1052PCI unterstützt die Target-Schnittstelle eines 32-Bit-PCI-Busses mit einer Frequenz von bis zu 66 MHz und implementiert einen oder zwei serielle Ports mit FIFO-Puffern mit hoher Kapazität: 256 Byte im Vergleich zu 16 Byte in einem herkömmlichen Controller der Klasse 16C550.

Aus Versuchsgründen wurde zur Unterstützung der RS-422-Schnittstelle der einkanalige Adapter FG-PMIO-B1T-0001S-1-CT01 fertiggestellt. Gleichzeitig wurde der Standard-RS-232-Port nicht geändert. Durch Löten der Widerstandsbrücke RJ6 auf Position 2-3 wurde die zweite UART-Schnittstelle des SB16C1052PCI-Controllers aktiviert, die zum Sitz des U3-Chips führt. Durch Installieren eines Nullwiderstands R19 wird der 9. Pin des zweiten Ports (nRI-Schaltung) mit dem 9. Kontaktfeld der U3-Grundfläche verbunden (Abb. 26). Die Verdrahtung des RS-232-Pegelwandlers und des J2-Steckers ist ähnlich der in Abb. Durch Ausführen der in Fig. 10 gezeigten Verfeinerung. Nach dem Einbau des Stiftverbinders in den Sitz J2 wird die UART-Schnittstelle mit der in Fig. 15 gezeigten Stiftbelegung erhalten. 14.

Eine Ansicht des modifizierten Adapters FG-PMIO-B1T-0001S-1-CT01 mit einem installierten einkanaligen RS-422-Transceivermodul ist in Abb. 1 dargestellt. 27. Der externe Anschluss des zweiten Ports ist ein DB-9M-Stecker mit einem Flachkabel, an dessen Ende die IDC-10-Buchse eingedrückt ist (Abb. 9). Der DB-9M-Stecker kann an einer Halterung oder direkt in der Wand des Gehäuses mit dem entsprechenden Steckplatz montiert werden.

Das Ergebnis ist ein kombinierter Zwei-Port-Adapter RS-232 und RS-422. In diesem Fall arbeiten beide seriellen Schnittstellen mit einem Standardsatz von Geschwindigkeiten.


Abb. 26. Die Topologie der RS-232-Pegelwandler des Adapters FG-PMIO-B1T-0001S-1-CT01


Abb. 27. Modifizierter Adapter FG-PMIO-B1T-0001S-1-CT01

Schlussfolgerungen


• Mit der RS-422-Schnittstelle können Sie serielle Schnittstellen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1 Mbit / s erstellen und die Kabellänge im Vergleich zur RS-232-Schnittstelle erheblich verlängern.
• Chips der MSC98xx-Serie von MosChip ermöglichen den Betrieb von seriellen Ports mit einer Geschwindigkeit von 1 MBaud, was eine einfache Anpassung des Adapters erfordert.
• Die physikalische RS-422-Schnittstelle kann auf zwei Mikrokreisen und einer kleinen Anzahl passiver Komponenten implementiert werden, was eine sehr kostengünstige technische Lösung darstellt. Das RS-422-Transceivermodul kann auf einer kleinen Leiterplatte von 3 x 4 cm aufgebaut werden.
• Zum Aufbau der RS-422-Kabelinfrastruktur ist ein Standard-UTP- oder FTP-Netzwerkkabel mit einer Wellenimpedanz von 100 Ohm geeignet.

Zitierte Literatur


1. MCS9820 PCI Single UART. Datenblatt rev. 2,0. MosChip Semiconductor, 22. Mai 2006.
2. MCS9835 PCI Dual UART mit Druckeranschluss. Datenblatt rev. 2,0. MosChip Semiconductor, 22. Mai 2006.
3. MCS9820 PCI Single UART. Datenblatt rev. 2.4. MosChip Semiconductor, 29. Juli 2007.
4. MCS9835 PCI Dual UART mit Druckeranschluss. Datenblatt rev. 2.4. MosChip Semiconductor, 31. Juli 2007.
5. PCI Local Bus-Spezifikation. Revision 3.0. - PCI Special Interest Group, 2002 .-- 344s.
6. GD65232, GD75232 Mehrere RS-232-Treiber und -Empfänger. Texas Instruments SLLS206J. MAI 1995,
ÜBERARBEITET IM NOVEMBER 2004. 7. SN75185 Mehrere RS-232-Treiber und -Empfänger. Texas Instruments SLLS181D. DEZEMBER 1994, ÜBERARBEITET JANUAR 2006.
8. PCI-Zielschnittstellen-Controller SB16C1052PCI mit Dual-UART. Datenblatt Revision 1.00. BSBase Co., Ltd. Juli 2009.
9. AM26LS31C, AM26LS31M Vierfach-Differentialleitungstreiber. Texas Instruments SLLS114I. JANUAR 1979, ÜBERARBEITETES FEBRUAR 2006.
10. AM26LS32AC, AM26LS32AI, AM26LS32AM, AM26LS33AC, AM26LS33AM Vierfach-Differentialleitungsempfänger. Texas Instruments SLLS115D. OKTOBER 1980, ÜBERARBEITETER MÄRZ 2002.

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