El Puerto Serie es más difícil de hacer interactuar con dispositivos externos que el Puerto Paralelo. En la mayoría de las ocasiones, incluso, cualquier comunicación realizada a través del Puerto Serie será convertida en una comunicación paralela antes de ser empleada. Esto se logra con una UART ( Universal Asynchronous Receiver/Transmitter). Del lado del sofware, hay mas registros que atender que en un Puerto Paralelo Estándar.
Por otro lado, el Puerto Serie permite que los cables que se emplean para la comunicación sean más largos. El Puerto Serie toma como ´1´ cualquier voltaje que se encuentre entre –3 y –25 V y como ´0´, entre +3 y +25 V, a diferencia del Puerto Paralelo, cuyo rango de voltajes esta entre 0 y 5 V. Por ello la perdida introducida por la resistencia intrínseca de los conductores no va a ser un problema para los cables empleados en este tipo de comunicación.
Como se había referido anteriormente, no se necesitan tantos conductores como en la comunicación paralelo, lo que abarata mucho los sistemas.
Por último, en la actualidad los microcontroladores se han hecho muy populares y muy a menudo los vemos comunicándose con los ordenadores. Muchos de ellos se construyen sobre interfaces de comunicación serie, ya que esta reduce apreciablemente la cantidad de pines necesarias para establecer la comunicación.
A continuación mostramos algunas de las especificaciones eléctricas de los Puertos Serie RS232.
1. Un "Espacio" (0 lógico) estará entre +3 y +25 V.
2. Una "Marca" (1 lógico) estará entre -3 y -25 V.
3. La región entre -3 y +3 V no esta definida.
4. El voltaje en circuito abierto no debe exceder los 25 V, en referencia a tierra.
5. La corriente en cortocircuito no debe exceder los 500mA.
Los RS232 se pueden encontrar de dos tipos, 25 pines, macho, en forma de D o 9 pines, macho, en forma de D también. A continuación mostramos en cada una de estas variantes en que pines podemos encontrar las señales más importantes.
D-Type-25 Pin No. D-Type-9 Pin No. Abbreviation Full Name
Pin 2 Pin 3 TD Transmit Data
Pin 3 Pin 2 RD Receive Data
Pin 4 Pin 7 RTS Request To Send
Pin 5 Pin 8 CTS Clear To Send
Pin 6 Pin 6 DSR Data Set Ready
Pin 7 Pin 5 SG Signal Ground
Pin 8 Pin 1 CD Carrier Detect
Pin 20 Pin 4 DTR Data Terminal Ready
Pin 22 Pin 9 RI Ring Indicator
La comunicación efectuada por un Puerto RS232 es asincrónica. Esto significa que no hay señal de reloj asociada a la señal de datos. Cada palabra es sincronizada empleando un bit de comienzo ( start bit) y un reloj interno en cada lado que mantiene la temporización.
El diagrama que indica las formas de onda esperadas en el UART, siempre que se emplea el formato 8N1. Es decir, 8 bits de datos, sin paridad y un bit de parada ( stop bit). La línea de datos, cuando no esta transmitiendo datos validos, se pone a ´1´. Es de imaginar entonces que una transmisión siempre comienza con un ´0´ lógico. Entonces cada bit es enviado por la línea una cada vez. El bit menos significativo es enviado primero. Al final de la señal aparece el bit de parada, que es un nivel lógico ´1´., que señala el fin de la transmisión.
En el diagrama se muestra también el bit siguiente al bit de parada, que como se aprecia es un ´0´ lógico. Esto debe significar que hay otra palabra a continuación. Si no fuera así, la línea de recepción se mantendría entonces en un ‘1’ lógico, que es su estado de no transmisión de datos validos.. Si esto ocurre por un tiempo en que se pudiera haber enviado otra palabra, el receptor lo interpretara como una señal de ruptura.
Lo anteriormente descrito solo es valido para la señal en la UART. Recordemos el RS232 emplea niveles de voltajes entre –3 y –25 y +3 y +25. La señal que se ve en el es la que se muestra a continuación.
Este diagrama se aplica a las líneas de transmisión y recepción del RS232, que son las que esencialmente portan datos. De ahí el nombre de Puerto Serie. Existen en este además otras líneas que son, en esencia, de comunicación paralela. Estas son ( RTS, CTS, DCD, DSR, DTR, RTS Y RI) pero mantienen los niveles lógicos del RS232.
El conversor análogo digital TLC548 esta diseñado para realizar la comunicación serie con microprocesadores o periféricos a través de una salida de datos digital en tres estados, y una entrada analógica. Emplea solo las señales de reloj de entrada/salida y el chip select para el control de operaciones. La frecuencia máxima del reloj es de 2.048 MHz. La disposición de sus pines puede verse a continuación.
Otras de sus principales características se muestran a continuación:
- Resolución de conversión de 8 bits.
- Voltajes de entrada de referencia diferenciales.
- Tiempo de conversión de 17 s.
- Acceso total y ciclos de conversión por segundo de hasta 45 500.
- Función incluida en el chip controlada por software de un circuito de muestreo y retención.
- Error total sin ajuste de LSB.
- Reloj interno típico del sistema de 4 MHz.
- Amplio rango de alimentación entre 3 V y 6 V.
Como vemos entre sus principales características, estos conversores poseen un reloj interno integrado al chip, que opera a 4 MHz y no requiere de componentes externos. Este permite que las operaciones internas de conversión ocurran de forma independiente de las de entrada/salida, ganando en eficiencia. Ambos relojes, el de entrada/salida y el interno, al unirse brindan altas velocidades de transferencia de datos y de conversión de hasta 45 500 conversiones por segundo. Otras características adicionales son el circuito de muestreo y retención que puede operar automáticamente o bajo supervisión del microprocesador, una lógica de control versátil y un conversor de alta velocidad con entradas de voltaje de referencia de alta impedancia que facilitan la conversión radio métrica y el aislamiento del circuito de ruidos lógicos y de alimentación.
Además están diseñados para operar en un rango de temperaturas entre los 0 grados Celsius y los 70 grados Celsius.
Circuito con TLC548
El circuito que se muestra es un conversor análogo digital de 8 bits que se conecta al Puerto Serie RS232 de la PC. Esta basado en un conversor TLC548, que como explicábamos anteriormente, emplea la comunicación serie.
La salida de este chip no es directamente compatible con los protocolos de transmisión de datos visto para un Puerto Serie RS232 estándar, por tanto se emplea una forma diferente para establecer la comunicación pero que permite que esta sea implementada con el menor numero de componentes posible. Además este circuito emplea todo el potencial que necesita del puerto serie de la PC.
A continuación mostramos los principales datos técnicos del circuito.
- Razón máxima de muestreo: 40 000 muestras/segundo(razón máxima del TLC548)
- Rango de voltaje de entrada: 0-5
- Precisión del conversor A/D: 8 data bits(+-0.5 LSB)
- Interfase con la PC: Puerto serie de la PC
Ahora se muestra el diagrama del circuito. Los números de los pines del conector son los de un conector de puerto serie de 25 pines. Todos los diodos son IN4148 o similares. Todas las resistencias conectadas al IC son de 30 Kohms y su función es proteger las entradas del IC, junto a los diodos, de sobrevoltajes. El resistor de 1K, un diodo, el zener de 5.1 V y los capacitores de 10uF y de 100nF conforman la fuente de voltaje que toma la energía del Pin TR (Data Terminal Ready) en el puerto serie.
Listado de componentes.
- 3 resistencias de 30K.
- 7 diodos 1N4148.
- 1 resistor de 1K.
- 1 zener de 5.1V.
- Capacitor electrolítico de 10uF y 15V.
- Capacitor de 100nF.
- Convertidor A/D TLC548.
- Conector hembra de 25 Pin.
El siguiente diagrama de señales dicen que señales se necesitan para controlar el conversor A/D TLC548. El chip necesita el chip select (CS) y la señal de reloj de entrada salida (CLK) para operar. El resultado de la conversión se entrega a través del Pin de salida Dout. Estas son señales simples y fáciles de entender y generar usando simples rutinas de software.
Este tipo de señalización es bastante común entre los conversores A/D con salida serie. Aunque existen diferencias entre los diferentes tipos de convertidores A/D las ideas empleadas hache se pueden emplear para diseñar la interfase de la PC con otros tipos de convertidores.
Pueden surgir interrogantes después de analizar la información presentada anteriormente. Nótese que no es necesario que la entrada del RS232 sea la máxima posible. Este, siempre que las conexiones sean cortas puede trabajar con niveles TTL, como en este caso.
Otro aspecto importante es que, como explicábamos al principio de esta sección, no se emplean los protocolos estándares de la comunicación serie, ya que la salida del ADC ( Analog Digital Converter) no es compatible con estos. En este caso los datos son introducidos por la entrada CTS del RS232 y controlados por las señales de salida TD y RTS.
Circuito con MAX132
El MAX132 es un conversor análogo digital de 18 bits con salida serie al igual que el TLC548, por lo que también puede conectarse al Puerto Serie RS232.
El Puerto se encarga de suministrar la alimentación, positiva y negativa, y las señales de control.
El MAX132 requiere tres señales de control, CS negada, DIN y SCLK y emite los datos serie a través de las señales DOUT y EOC. El puerto RS232 tiene tres líneas de salida: Pin 3 (TX), Pin 4 (DTR), y Pin 7 (RTS). TX genera la señal de reloj para el MAX132 y proporciona la alimentación negativa. DTR transmite los datos serie y RTS brinda la señal de CS y la alimentación positiva. Ambas alimentaciones usan capacitores grandes para el almacenamiento de energía. Cuando TX genera una señal de reloj o DTR envía un nivel lógico bajo a CS el capacitor energiza el MAX132 y se realiza la conversión. A continuación mostramos el diagrama del circuito.
El MAX132 lo integra todo excepto la referencia que viene del diodo zener LM385 de 1.2 V, D1. El rango de voltajes de entrada esta entre -512 y +512 mV.
