In questo articolo desideriamo proporvi un progetto di auto costruzione elettronica che esula in parte dal campo radioamatoriale, ma talvolta potrebbe tornare molto utile anche a noi radioamatori.
Data l’importanza e l’utilizzo ancora attuale delle porte seriali in molti apparati (talvolta anche con le radio), abbiamo deciso (ricostruendo il progetto dell’amico e collega Vito Salvatore I1SKV) di ricreare un’interfaccia tester RS-232, da tenere nel nostro laboratorio come strumento molto utile per visualizzare le operazioni e i dati quando ci troviamo a programmare o a gestire dispositivi dotati di una porta seriale RS-232.
INTRODUZIONE A QUESTO STANDARD
Lo standard RS-232 nasce nei primi anni sessanta con lo scopo di collegare i terminali DTE (Data Terminal Equipment) ai modem DCE (Data Communication Equipment) su brevi distanze, con un massimo di una decina di metri e a velocità di trasmissione limitata.
Anche se si tratta di uno standard datato, RS-232 trova ancora ampio utilizzo per comunicazioni seriali a bassa velocità tra computer e altri dispositivi come i microcontrollori, i vari dispositivi per l’industria, e nel nostro caso trova spazio nell’ambito della programmazione e comunicazione degli apparati radio.
Agli albori di questo standard venivano utilizzati connettori Canon DB-25 a 25pin che vennero poi sostituiti fino ad oggi con i connettori Canon DB-9 a 9 pin. Nel caso del modello DB-9 si utilizzava il connettore maschio per la connessione DTE (a lato Terminale, Computer, Convertitore USB – seriale) mentre invece il connettore DB-9 femmina veniva connesso a DCE (lato Modem o Dispositivo da programmare o gestire).
La comunicazione più comune tramite queste porte è quindi di tipo “seriale” con un filo adibito ai dati trasmessi TX ed un altro filo adibito ai dati ricevuti RX. Altri collegamenti, possono essere utilizzati per segnalare il controllo di presenza del dispositivo e il controllo di flusso dati.
A livello elettrico la tensione a vuoto del sistema può raggiungere anche i 25V (valore che venne ridotto a 13V a seguito di revisioni tecniche allo standard). Le soglie per la commutazione sono circa -3V e +3V. Per passare quindi da un livello all’altro non è solo sufficiente arrivare allo zero, ma dovrà essere superata la soglia dei 3V di segno opposto.
Ogni circuito realizzato con questa tipologia opera esclusivamente sempre verso una periferica. I dati trasmessi e quelli ricevuti viaggiano su circuiti separati per cui l’interfaccia RS-232 è in grado di operare in modalità full duplex.
ANALISI DEI PIN
Premettendo che i segnali di controllo RS-232 sono attivi con una tensione positiva e disattivi con una tensione negativa, si può iniziare a comprendere il funzionamento operativo e le connessioni necessarie per realizzare l’interfaccia di test.
Procediamo prima di tutto ad elencare le connessioni tipiche utilizzate con questo standard. Abbiamo i seguenti pin:
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N° PIN |
Tipo PIN |
Nomenclatura |
Funzione |
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1 |
DCD |
Data Carrier Detect |
Serve a rilevare la portante (o carrier) del dispositivo collegato al terminale. |
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9 |
RI |
Ring Indicator |
Serve a rilevare che DCE ha una potenziale chiamata in arrivo. |
Questi due PIN non vengono praticamente mai utilizzati. Procediamo con i successivi:
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N° PIN |
Tipo PIN |
Nomenclatura |
Funzione |
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2 |
RXD |
Receive Data |
É il pin adibito alla ricezione dei dati. Trasporta i dati dal DCE al DTE. |
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3 |
TCD |
Transmit Data |
É il pin adibito alla trasmissione dei dati. Trasporta dati dal DTE al DCE. |
Molto spesso on-line, di trovano informazioni discordi riguardo ad RXD, ma nelle schede RS-232 il pin 2 della porta DB-9 (sia maschio che femmina) è SEMPRE adibito a questa funzione. I dati di RXD usciranno dal connettore femmina DCE ed entreranno nel connettore maschio DTE (computer). La stessa logica è adottata per tutti i restanti pin che vi elenchiamo qui sotto:
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N° PIN |
Tipo di PIN |
Nomenclatura |
Funzione |
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4 |
DTR |
Data Terminal Ready |
Indica che il terminale è pronto a comunicare al dispositivo periferico, e quest’ultimo è pronto ad interagire sul canale di comunicazione; |
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5 |
GND |
Common Ground |
Si tratta, come ben sapete, di una massa comune. |
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6 |
DSR |
Data Set Ready |
Indica che il dispositivo in ricezione è acceso e pronto a comunicare. |
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7 |
CTS |
Clear To Send |
Serve ad indicare al ricevitore e al trasmettitore lo stato di funzionamento e la possibilità di spedire i dati. |
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8 |
RTS |
Request To Send |
Indica che il DCE è pronto ad ricevere i dati dal DTE; |
RTS e CTS si occupano entrambi dell’handshaking, che permette una trasmissione autorizzata dei dati. Questi due pins permettono al ricevitore e al trasmettitore di allertarsi a vicenda e di aggiornarsi sul loro stato.
REALIZZAZIONE TECNICA DEL PROGETTO
Il progetto di questo tester è stato realizzato utilizzando veramente pochi componenti che sono facilmente reperibili online ed anche presso le rivendite di elettronica.
Per realizzare il progetto saranno necessari i seguenti materiali:
– Connettore DB-9 Maschio da pannello con PCB;
– Connettore DB-9 Femmina da pannello con PCB;
– 8 Resistori da 4700Ω;
– 8 LED bicolore bipolari (con doppia colorazione a piacere);
– Cavo elettrico fino (∅ 2mm circa) per prototipi elettronici;
– Contenitore per elettronica, a scelta.
Per quanto riguarda il progetto, il costo si aggira attorno alla decina di euro ed è realizzabile in poco tempo. Per la costruzione occorre prestare attenzione ad i collegamenti elettrici dei LED e delle linee di comunicazione.
Per una realizzazione facile ed un montaggio facilmente ispezionabile, abbiamo iniziato la costruzione del progetto, attorno a un kit contente due PCB che montano rispettivamente le porte DB-9 maschio e femmina, rese facilmente interfacciabili tramite la loro morsettiera. Visualizzate la seguente immagine del prodotto, che è disponibile on-line a prezzi bassi.
Questi articoli risultano molto versatili, ma BISOGNA PRESTARE MOLTA ATTENZIONE AL CORRETTO COLLEGAMENTO.
NOTA BENE: Per risparmiare tempo a risolvere eventuali problemi, occorre essere a conoscenza che questo articolo potrebbe utilizzare (come nel nostro caso) una PCB creata per la porta DB-9 Maschio, anche nella versione per la porta DB-9 Femmina!! Questo può creare un’errata associazione dei pin della porta DB-9 alla morsettiera.
Per risolvere il problema (rispettando cosi i collegamenti e senza perdere inutilmente del tempo) occorrerà seguire per entrambe le porte il pin out indicato nelle tabelle superiori, andando a verificare ed eventualmente le connessioni con un multimetro, vedendo la corrispondenza corretta con il morsetto.
Prestate inoltre attenzione che la PCB sia saldata dal lato corretto. Nella DB-9 femmina le serigrafie devono essere presenti nella parte superiore e le piste in quella inferiore. Nel caso in cui vi fosse la situazione contraria descritta, dovrete dissaldare la porta DB-9 e la morsettiera per poi risaldarle nel verso corretto.
Per assicurarsi di avere entrambe le porte che rispecchiano il pin out indicato e comprendere il collegamento della porta DB-9 ai morsetti con vite, potete aiutarvi tramite un multimetro in modalità “continuità” e controllare i collegamenti, partendo dal pin della porta seriale, intercettando poi il numero del morsetto a vite.
Una volta verificati tutti i corretti collegamenti per poter sfruttare le PCB con le porte montate, potete procedere con la preparazione dei 9 cavetti che andranno a collegare le due porte tra loro. Preparate i cavetti nella misura che meglio preferite e procedete saldandoli.
Nel nostro caso, abbiamo saldato i cavi sul PCB sfruttando i reofori intermedi, lasciando liberi i connettori della morsettiera per connettere i diodi LED.
Una volta terminata la corretta connessione di tutti i fili tra le due porte, effettuate un’ultima prova di continuità con il multimetro, e poi sarete pronti all’installazione dei LED di stato.
Procedete quindi con la saldatura dei LED bicolore, che dovranno avere tutti un resistore da 4700Ω posto in serie al terminale positivo (o catodo), mentre invece tutti i terminali negativi (o anodi), dovranno essere collegati a massa tra loro e con le due PCB.
Dopo aver saldato tutti i componenti, vi consigliamo di effettuare un collegamento “volante” provvisorio alla morsettiera (simile a quello visualizzabile nella foto seguente), per effettuare le prime verifiche di funzionamento che vi spiegheremo nelle prossime sezioni di questo articolo.
Per ricostruire il circuito con le nostre stesse basette, vi alleghiamo uno schema in PDF riportante i collegamenti dei cavi dati e dei vari componenti elettronici.
Cliccate l’immagine sottostante dello schema per scaricare il file.
INSERIMENTO NEL CONTENITORE
Per rendere il progetto compatto e sempre pronto ad un comodo utilizzo, abbiamo deciso di inscatolare tutta l’elettronica in un piccolo contenitore in plastica nera. Sono stati quindi predisposti nel seguente modo i componenti, andando a forare le pareti del contenitore con le dimensioni delle porte DB-9 e utilizzando la superficie frontale della scatola per fissare i LED in bella vista. Visualizzate le foto seguenti per analizzare le lavorazioni eseguite.
Per dare un ulteriore rifinitura al contenitore e rendere comprensibile il suo utilizzo, abbiamo stampato poi delle etichette adesive plastificate che riportano tutti i riferimenti dei LED di stato.
FUNZIONAMENTO DEL CIRCUITO
Il circuito ha lo scopo di MONITORARE VISIVAMENTE, tramite gli 8 diodi LED, lo stato dei vari pin. Lo strumento non necessita di alimentazione e funziona con il semplice collegamento delle porte DB-9 ai dispositivi.
La scelta dei LED bicolore è fondamentale per garantire il funzionamento e monitorare i livelli. Nel nostro caso abbiamo optato per questi diodi LED bipolari che si illuminano di ROSSO applicando una tensione positiva al terminale più lungo e di colore BLU applicando il positivo al terminale più corto.
Il colore blu è visualizzabile con una tensione negativa sui terminali del DB-9 mentre il colore rosso si visualizza quando è presente una tensione positiva.
TEST DEL CORRETTO FUNZIONAMENTO
Il test per controllare l’accensione corretta dei diodi LED al collegamento con la porta DB-9, è quello di iniettare una tensione continua da una batteria o un alimentatore da banco all’interno dei pin corretti. Questa prova, molto semplice, vi garantirà di aver effettuato i corretti collegamenti e visualizzare l’accensione di colore ROSSO dei LED.
Per testare il sistema sarà sufficiente collegare al pin5 della porta DB-9 al ground dell’alimentazione ed inserire la tensione positiva nei restanti pin della porta (uno alla volta). Se i collegamenti risulteranno corretti vedrete i LED accendersi di ROSSO.
Per testare invece la visualizzazione delle tensioni negative con l’accensione dei LED di colore BLU, sarà sufficiente invertire la polarità di alimentazione, andando ad applicare la tensione positiva al pin5 e sondando i restanti pin con la connessione negativa.
Controllate che i LED accesi corrispondano alle indicazioni dello standard RS-232.
Visualizzate nell’immagine seguente la disposizione dei LED nel nostro progetto.
Per comprendere cosa succede effettuando questo test, vi alleghiamo di seguito una tabella ricavata dal pin out RS-232.
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PIN COLLEGATO + GND Pin 5 |
RISULTATO DA OTTENERE |
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Pin 1 DCD |
Led acceso – Etichetta DCD |
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Pin 2 RXD |
Led acceso – Etichetta RXD |
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Pin 3 TXD |
Led acceso– Etichetta TXD |
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Pin 4 DTR |
Led acceso – Etichetta DTR |
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Pin 5 Adibito al GND o reverse BIAS |
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Pin 6 DSR |
Led acceso – Etichetta DSR |
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Pin 7 RTS |
Led acceso – Etichetta RTS |
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Pin 8 CTS |
Led acceso – Etichetta CTS |
APPROFONDIMENTO
Qualora desideriate seguire questa realizzazione in maniera più dinamica oppure vedere nel dettaglio il nostro oggetto auto costruito, vi invitiamo a visionare il seguente video che abbiamo pubblicato nel nostro canale YouTube.
Sia nel nostro video che nel nostro articolo, per semplificare la spiegazione e per questioni di tempo, abbiamo introdotto un test molto semplice sull’interfaccia, applicando manualmente una tensione ad ogni PIN delle porte DB-9. Qualora invece desideriate testare in maniera più approfondita il dispositivo, potrete utilizzare un semplice adattatore da USB a RS-232, per effettuare delle prime prove di comunicazione con un computer, andando a interporre tra l’adattatore e la periferica da programmare questo simpatico dispositivo.
GALLERIA FOTOGRAFICA DEL PROGETTO
CONCLUSIONI
Siamo giunti alla fine di questo articolo. Il nostro tester RS-232 è pronto e potrà essere utilizzato in molteplici situazioni di utilità. Con la speranza che l’articolo vi sia piaciuto, vi auguriamo delle buone sperimentazioni. Per qualsiasi domanda o curiosità, potete lasciare un commento nella sezione sottostante oppure scrivere una mail al mio recapito (che trovate in questo sito) oppure contattare Vito I1SKV (indirizzo: italia1skv@gmail.com) da cui è nato il progetto di questa piccola interfaccia.
Un saluto a tutti
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