Fare Elettronica 216

HARDWARE
CONVERTITORE USB-RS232
(UR100)
di Giampiero Filella
[email protected]
La porta RS-232 è ampiamente utilizzata tanto nell’ambito delle misurazioni e dei calcoli
quanto nelle comunicazioni, così risulta essere molto utile se impiegata in combinazione
con numerose tipologie di apparecchi. Tuttavia, proprio i moderni computer portatili,
spesso non dispongono di questa porta, ma sono provvisti delle più moderne porte USB.
Grazie al convertitore descritto in quest’articolo è possibile convertire una porta USB in
una porta RS-232 funzionale ed efficiente che interagisce senza problemi con quasi tutti
gli apparecchi compatibili con questo tipo di connessione.
Lo standard USB (Universal Serial
Bus) è diventato negli ultimi anni
la porta più importante ed utilizzata nei PC; conseguentemente
la porta RS-232 e la porta parallela sono finite in ombra e quasi
tutti gli attuali computer portatili, presentano al loro posto una o
più connessioni USB. Com’è possibile dunque collegare queste
ultime con strumenti che possiedono una connessione RS-232?
Semplice, è necessario un convertitore USB/RS-232, come
quello presentato in queste pagine. Esso sarà connesso da un lato
ad una porta USB e disporrà dall’altro di una porta RS-232 a 9
poli che potrà essere utilizzata
per il collegamento di apparecchiature che richiedono questo
tipo di connessione. Dopo aver
installato il driver del convertitore (installazione che è compiuta
una sola volta) i preparativi per il
suo utilizzo si limiteranno al collegamento al computer da una
parte ed al corrispondente appa-
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Figura 3: Ecco come si presenta il convertitore UR100
recchio periferico RS-232 dall’altra. In realtà l’installazione prevede l’impiego di due driver che
comunicano tra loro all’interno
del sistema operativo. Il primo
driver serve per creare un’unità
logica RS-232, il secondo driver
mette a disposizione una cosiddetta “Porta COM virtuale” che
funziona come una convenzionale unità RS-232, cosicché anche i
software più datati riconoscono
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Figura 2: Schema elettrico del convertitore
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correttamente la porta RS-232 in
presenza dell’UR100. I driver
sono disponibili per tutti i sistemi
operativi in commercio e possono essere scaricati dal sito
www.ftdi.co.uk.
SCHEMA ELETTRICO
Il convertitore UR100 è costituito
da pochi e semplici blocchi logici. L’alimentazione di corrente è
fornita attraverso l’USB che rende
disponibile una tensione di 5 V.
Tale tensione è riportata fino alle
connessioni ST1 e ST4. I condensatori C1-C7, così come le induttanze L1 e L2, servono per stabilizzare la tensione o, in alternativa, per filtrare i disturbi ad alta
frequenza.
L’elemento centrale del convertitore è il componente IC1
(FT8U232AM), sviluppato appositamente per l’adattamento tra
USB e RS-232 e prodotto dalla
Figura 4: Piano di montaggio (lato superiore)
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FTDI (www.ftdi.co.uk). Questo
circuito integrato funge da
microcontrollore la cui temporizzazione è assicurata da un oscillatore interno, costituito dal quarzo Q1 e dai condensatori C10 e
C11, che fissa la frequenza di
clock a 6 MHz. Affinché il convertitore UR100 abbia sempre, al
momento dell’accensione, uno
stato ben definito è necessario
che sia presente un sistema di
reset, in questo caso costituito
dai componenti T1, R7, R11, R12
e C12.
L’inserimento dei dati tecnici
(come, ad esempio, il Vendor ID,
il Product ID o il numero di serie)
avviene collegando una EEPROM
del tipo 93C46 (componente
IC3) all’unità “Microwire” di IC1.
L’USB può trasmettere dati in
entrambe le direzioni attraverso
due collegamenti (D+ e D-) allacciati a ST2 e ST3 e dotati di due
resistenze (R1 e R2) con cui si
chiudono sul Controller IC1.
All’accensione del UR100 la resistenza R2, che funge da resistenza di pull-up e si trova sul collegamento D+, permette la conduzione dei dati provenienti da
apparecchiature
esterne,
in
modo da poterne segnalare e
registrare la connessione.
Inoltre, la resistenza R2 serve per
definire la velocità di funzionamento dell’apparecchio che sarà
connesso all’USB: se R2 si trova
su D+ lo strumento comunicherà
in modalità “Full-Speed”, se invece è posta sul collegamento Dl’apparecchio sarà definito “LowSpeed-Device”. Il componente
IC2 funge sostanzialmente da
convertitore delle misurazioni e
dispone di oltre 4 canali per la
ricezione e di 5 canali per l’invio
dei dati.
I diodi luminosi D1 e D2 sono
Figura 6: Piano di montaggio (lato inferiore)
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ELENCO COMPONENTI
Figura 3: Circuito stampato scala 1:1
(lato superiore)
Figura 5: Circuito stampato scala 1:1
(lato inferiore)
impiegati per controllare lo stato
delle trasmissioni sull’unità RS232: il LED verde D1 indica l’invio di dati mentre il LED rosso D2
la ricezione degli stessi.
SIGLA
VALORE
R1, R3
22 W - SMD
R2
1.5 kW - SMD
R4, R5
220 W - SMD
R6÷R8, R12
100 kW - SMD
R9
10 kW - SMD
R10
2.2 kW - SMD
R11
470 kW - SMD
R13
470 W - SMD
C1, C4, C6, C16
1 nF - SMD ceramico
C10, C11
33 pF - SMD ceramico
C18, C20, C22, C12
10 nF - SMD ceramico
C8
33 nF - SMD ceramico
C2, C5, C7, C9
100 nF - SMD ceramico
C13-C15, C17, C19
C21, C23÷C26, C3
10 mF 16V - SMD elettrolitico
IC1
FT8U232AM - SMD
IC2
SP213EHCA - SMD
IC3
ELV02304 - SMD (93C46)
T1
BC858C
D1
LED 3mm verde
D2
LED 3mm rosso
Q1
Quarzo 6MHz HC49U70/U4
L1, L2
Induttanze SMD 22mH
1 custodia + cavo di collegamento USB
MONTAGGIO
Il montaggio dei componenti
avviene su una basetta doppia
faccia di dimensione 38x31mm. I
componenti sono quasi esclusivamente di tipo SMD (Surface
Mount Devices), sono quindi
necessari un saldatore con punta
molto fine, una pasta saldante
per componenti SMD, una pinzetta ed un taglierino.
L’assemblaggio inizia con il posizionamento e la saldatura delle
resistenze e dei condensatori
SMD, ad eccezione del conden-
1 incollatore per UR 100
1 dischetto 3.5 pollici contenente il software driver per UR 100
2 cm di filo, colore bianco lucido-argentato
satore C3; durante la saldatura
dei condensatori prestate attenzione alla loro polarità, un’eventuale inversione potrebbe creare
dei problemi.
Successivamente viene montato
il transistore T1, seguito dai componenti IC-SMD, la cui saldatura
deve essere eseguita con estrema
cura vista la piccola distanza che
separa i singoli pin.
Ogni componente IC viene dapprima saldato ad un ben preciso
pad prestagnato presente sulla
basetta dopodiché, una volta
verificato che l’integrato si trova
nell’esatta posizione assegnatagli, tutti i suoi pin vengono salHARDWARE
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dati ordinatamente ai corrispondenti pad.
Dopo aver saldato le induttanze
L1 e L2 è possibile montare
anche il condensatore elettrolitico C3 facendo ancora una volta
attenzione alla polarità (infatti, in
caso d’inversione dei poli, tali
condensatori potrebbero addirittura esplodere!), segue quindi il
montaggio di Q1. Il materiale di
saldatura in eccesso deve essere
eliminato per mezzo della taglierina.
Ponete attenzione anche alla
polarità dei led D1 e D2 (l’anodo
ha il pin di collegamento di lunghezza maggiore) e montateli
mantenendoli ad un’altezza,
dalla superficie della scheda, pari
a circa 8mm. Prima di collegare
la connessione USB controllate
l’intera scheda per verificare che
non vi siano errori di posizionamento o di saldatura dei vari
componenti.
L’ultima fase riguarda il collegamento del cavo USB alla scheda
che avviene seguendo questo
schema:
• ST1:
5V)
• ST2:
• ST3:
• ST4:
• ST5:
filo rosso (alimentazione +
filo verde (D+)
filo bianco (D-)
filo nero (massa)
protezione
Dopo aver inserito la scheda montata nell’apposita custodia, avendo avuto cura che i LED fuoriescano dai fori appositi, il convertitore
sarà pronto per l’utilizzo.
UTILIZZARE IL CONVERTITORE
Per il corretto funzionamento del
UR100 è necessaria l’installazione
di due driver, procedura che
avviene nel modo seguente.
Il convertitore USB/RS-232 va
collegato ad una porta USB libera. Dopo qualche istante il siste-
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ma operativo,` Windows in questo esempio, visualizzerà il messaggio:
“Trovato nuovo hardware
Convertitore USB/RS-232”.
-
Parallelamente partirà in modo
automatico l’“Assistente per la
ricerca del nuovo hardware” che
seguirà l’utente passo per passo
durante l’installazione del driver.
Tale assistente chiederà innanzitutto se il software debba essere
installato automaticamente o
manualmente da una certa sorgente.
Nella finestra che apparirà sceglierete l’ultima opzione e la confermerete premendo il tasto
“Avanti”.
Nella finestra di dialogo successiva dovrà essere dichiarato dove si
trova il driver, prima di proseguire cliccando nuovamente su
“Avanti”.
Durante l’installazione del driver
apparirà una finestra che mostra
come questo driver non sia firmato digitalmente, ignorate il messaggio e proseguite l’installazione dando conferma. Un’ultima
finestra comunicherà la fine dell’installazione.
La medesima procedura fin qui
descritta per l’installazione del
driver dovrà essere ripetuta
anche per installare la Porta COM
virtuale, designata all’interno del
sistema come “Porta seriale
USB”. Una volta che entrambi i
driver saranno stati installati con
successo, l’apparecchio sarà
pronto per l’utilizzo.
Dal punto di vista hardware, il
convertitore è trattato come un
normale dispositivo USB ed appare al qualsiasi programma come
una normale porta RS-232. Nel
Program Manager di Windows,
per esempio, si potrà trovare
sotto la voce “Connessioni (COM
e LPT)” la corrispondente porta
COM, identificata dal sistema
con la sigla UR100.
Il convertitore è in grado di gestire la trasmissione o ricezione di
dati su porta seriale fino ad un
massimo di 115.2 kbit/s.
A titolo informativo bisogna
tener presente che durante l’invio o la ricezione di dati ad alta
velocità, potrebbero essere visualizzati errori di vario genere,
come il seguente: “Il convertitore
IC non è in grado di elaborare
questa trasmissione nel modo
corrispondente”.
A questo punto, grazie al nostro
convertitore, avrete una nuova
porta RS-232 disponibile, da utilizzare con qualsiasi periferica o
software.
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