rs232 komunikacija mikrokontrolera sa pc microcontroller ... - Infoteh

INFOTEH-JAHORINA Vol. 10, Ref. F-18, p. 980-983, March 2011.RS232 KOMUNIKACIJA MIKROKONTROLERA SA PCMICROCONTROLLER SERIAL COMMUNICATION WITH PCDanijela Živanović, Elektrotehnički fakultet Istočno SarajevoSadržaj - Glavni zadatak ovog projekta jeste ostvarivanje serijske RS232komunikacije između računara i mikrokontrolera. Za slanje podataka koristi seaplikacija napravljena u Visual Basic-u. Serijska komunikacija se ostvarujeupotrebom serijskog COM porta računara, DSUB konektora i serijskog kabla uzpomoć MAX232. Praktični deo ovog projekta rađen na Elektrotehničkom fakultetu uIstočnom Sarajevu.Abstract – This project is about series connection between PS and PIC 16F4550.Application software (made in Visual Basic) is used for sending data. Serialconnection is implemented using COM port, DSUB connector and MAX232. Thisproject is realised at Faculty for Electrical Engineering in East Sarajevo.1. RS232 STANDARDUobičajen naziv za ovaj standard je RS-232. Definisan je uANSI (American National Standards Institute) specifikacijikao interfejs između data terminala (DTE – data terminalequipment) i data kola (DCE – data circuit-terminatingequipment), pri čemu se koristi serijski binarni protokpodataka. Električne osobine serijskog porta su definisaneEIA (Electronics Industry Association) RS232C standardom,čiji su parametri: Logičkoj nuli odgovara stanje "SPACE", koji senalazi u opsegu napona +3V do +25V, Logičkoj jedinici odgovara stanje "MARK", koji jeu opsegu -3V do -25V, Naponski nivo između -3 do + 3 V nije definisan,naziva se mrtvom zonom i sluzi da bi se umanjiouticaj smetnji, Napon na kolu ne sme da pređe 25V u odnosu namasu (GND), Struja kola ne sme preći vrednost 500 mA.Slučaj kada nema slanja podatka, tj. linija je slobodna,označena je MARK naponom. Prenos počinje kada linijapređe u SPACE stanje, što predstavlja START bit. Iza startbita dolaze bitovi podataka i to tako da je jedinicapredstavljena negativnim naponom, a nula pozitivnim.Posle bitova podatka može da dođe bit parnosti koji sekoristi za detekciju jednostruke greške u prenosu. Iza bitaparnosti signal se postavlja u MARK stanje što označavapočetak STOP bita. Prema RS232 standardu, broj stop bitovamože biti: 1, 1.5 ili 2. Nakon završetka STOP bit(ov)a, linijaje spremna za slanje novog karaktera. PC računari za podatak(DATA) najčešće koriste 7 ili 8 bitova. Između slanja dvakaraktera linija se nalazi u MARK stanju, a u toku prenosaviše puta prelazi iz MARK u SPACE stanje, u zavisnosti odbroja jedinica i nula. To znači da se linija može nalaziti uSPACE stanju najviše u slučaju kada karakter sadrži sve nule.Ova osobina prenosa upotrebljena je za uvođenje specijalnogznaka nazvanog BREAK (prekid). Ovaj signal se koristi kakobi se prijemniku signaliziralo da je došlo do problema uslanju podataka.Protokol za prenos može se izvesti na dva načina i tohardverski i softverski. Za realizaciju hardverskog protokolaneophodno je da postoje linije: RTS, CTS i linija za prenosbitova poruke. Softverska realizacija koristi umesto linijaRTS i CTS, ASCII znakove XON i XOFF (nazivaju su i DC1i DC3), zbog čega je umesto tri dovoljna samo jedna linija.Kada se primenjuje ovaj protokol prijemnici i na predaji iprijemu proveravaju svaki prispeli znak radi utvrđivanja da lije to XON, XOFF ili podatak. Strana koja ne može da primikarakter kao indikator tog stanja drugoj strani šalje XOFFznak.Slika1. Oblik signala kod RS-232 standarda1.1 SERIJSKI PORTSerijski port PC računara koristi se za serijskiprenos podataka (bit po bit). Uređaji koji koristeserijsku komunikaciju koriste dve vrste kablova i to:DCE (Data Communications Equipment) i DTE (DataTerminal Equipment). DCE koriste modemi, ploteri i980

slično, dok se DTE koristi za vezu između PCračunara.Slika 3. Povezivanje MAX232 sa sistemom i raspored pinovaSlika2. Principijelna blok-šema serijsog porta1.2 USARTSerijski port sadrži USART (Universal Asynchronous &Synchronous Receiver/Transmitter) kontroler, kojipredstavlja najvažniju komponentu za ostvarivanje serijskekomunikacije. USART predstavlja interfejs izmeđumikroprocesora i ulazno-izlaznog periferijskog uređaja, takoda ima dvojak zadatak:1. Prihvata bajtove podataka od mikroprocesora,transformiše ih u bitski niz (string) i šalje kaperiferiji bit-po-bit.2. Prihvata niz bitova koji stižu sa periferije, pakujeih u bajtove i predaje mikroprocesoru (CPU)Pored navedenih, USART mora da obavi i dodatneoperacije – brisanje prethodno poslatog bita ili podatka, kao ipridruživanje dodatnih bitova (start-bit, stop-bitovi i bitparnosti) karakteru koji se šalje. Dodatne mogućnostipodrazumevaju da USART mora da prepoznaje greške kojemogu da nastanu prilikom prijema podataka:Greška uokvirenja ili greška rama podatka (framingerror). Do ove greške dolazi u slučaju kadaprijemnik očekuje STOP bit, ali se on ne pojavljuje.Greška prekoračenja (overrun error). Nastaje kadase pojavljuje novi znak u prijemniku, a prethodninije upotpunosti primljen.Greška parnosti (parity error). Nastaje kada bitparnosti ne odgovara stanju bitova u bitovimapodatka.1.3 MAX232Pošto su naponski nivoi kod RS232 standarda, kojiodgovaraju logičkim stanjima, suprotni od ustaljene TTLtehnike, kod koje logičkoj nuli odgovara nulti napon, alogičkoj jedinici pozitivan napon (+5V), za prilagođenjenaponskih nivoa koriste se posebna elektronska kola, kao npr.MAX232. MAX232 sa jedne strane ima RS232 ulaze, kojimaodgovaraju TTL izlazi sa druge strane, i obratno.2. PIC 16F4550PIC18F4550 pripada 18F seriji mikrokontrolerakompanije Microchip. S obzirom da poseduju harvardstrukturu, memorijska mapa je podeljena na programsku imemoriju za podatke kao i EEPROM. Procesor (CPU)mikrokontrolera koristi tehniku preklapanja, kako bi se sveinstrukcije (osim grananja) izvršavale jedan ciklus. Zbog togase osnovni takt deli sa 4, jer se faze izvršenja naredbipreklapaju. Sve naredbe su fiksne dužine od 2 bajta, tako daje adresiranje memorije ograničeno. Zbog toga se memorijadeli na 16 banki, a izbor banke se vrši u odgovarajućimkontrolnim registrima. Ova osobina značajno usporava radmikrokontrolera međutim napredniji kompajleri vršeinteligentno planiranje raspodele memorije kako bi sevarijable koje se zajedno koriste nalazile u istoj memorijskojbanci.Programska memorija je 32KB dok je RAM veličine 2KB. Takođe postoji i 256B EEPROM a. Procesor posedujeprošireni skup instukcija u odnosu na ranije serije (16 i 17)kao i nove načine adresiranja. Tako su dodate naredbe zahardversko množenje i deljenje, inkrementiranje idekrementriranje sa uslovnim skokom, naredbe za čitanjetabela i druge. Programski brojač je širine 21 bit i njemu semože pristupati samo indirektno preko određenih registara.Maksimalni eksterni takt je 48MHz, što daje procesorumikrokontrolera takt od 12MHz. Za tu svrhu se koristi PLLkolo i delitelji frekvencije. Najbitnije je da se za rad USBmodula mikrokontrolera mora obezbediti takt od 24MHz.Od perifernih modula PIC18F4550 izdvojićemo veomanapredan integrisani USB 2.0 modul velike brzine sa 1KBmemorije za podatke, 10 bitni 13-to kanalni AD konvertor, 4tajmerske jedinice (dve imaju mogucnost PWM-a), SPI , I2Ci USART modul.Radna frekvencija mikrokontrolera je do 48MHz, dok jeefektivna vrednost frekvencije 4 puta manja zbog protočnograda procesora (pipelining-a).981

PIC18F4550 ima 4 porta: PORTA, PORTB, PORTC,PORTD. Portom nazivamo grupu ulazno/izlaznih nožica(pinova) kojima možemmo pristupiti istovremeno. Fizički,port je registar koji je povezan sa pinovima mikrokontrolera.Svi pinovi portova mogu se definisati kao ulazni ili izlazni,prema potrebi. Definišu se upisivanjem nule ili jedinice uregistru TRIS. Upisivanjem „1“ pin postaje ulazni, aupisivanjem „0“ pin postaje izlazni.3. PRAKTIČNA REALIZACIJAZadatak je bio sledeći: potrebno je sa računara uz pomoćaplikacije slati osmobitni podatak (preko RS232 portaračunara, zatim MAX232) do mikrokontrolera, koji na svomizlazu (PORTB) sadrži osam LED dioda, koje svetle u skladusa poslatim podatkom. Poslata logička jedinica odgovaraupaljenom stanju LED diode, a logička nula isključenomstanju. Mikrokontroler takođe računaru šalje primljenipodatak.Aplikacija je rađena u višem programskom jezikuVisual Basic-u.Slika 4. Arhitektura mikrokontrolera PIC18F45502.1 USART MODULUniverzalni sinhroni/asinhroni serijski prmopredajnik imamogućnosti half i full duplex prenosa, automatske detekcije ikalibracije bodove brzine. Za komunikaciju se koriste I/Opinovi RC6 kao TX i RC7 kao RX za asinhroni prenos. Radmodula se kontroliše pomoću 3 registra i oni su: TXSTA -predajni statusni i kontrolni registar, TCSTA - prijemnistatusni i kontrolni registar i BAUDCON - kontrolni registargeneratora takta za brzinu prenosa. Prenos podaka se vršipreko predajnog i prijemnog kola asinhronogprimopredajnika.Slika 6. Izgled aplikacijeMikrokontroler se nalazi na štampanoj pločici, koja osimnjega sadrži: osam LED dioda i osam otpornika od po 330Ω (zaPORTB), jedan otpornik od 10kΩ za reset, jednu LED diodu sa otpornikom od 330Ω, kojasignalizira postojanje napajanja (napajanje je Vcc =+5V i uzima se sa računara preko USB kabla), kvarcni oscilator, učestanosti 8MHz, dva keramičkakondenzatora od po 22pF (za mikrokontroler), MAX232 četiri elektrolitska kondenzatora od po 1 FSlika 5. Predajno i prijemno kolo USART modulaSlika 7. Izgled pločice982

4. ZAKLJUČAKGlavni zadatak ovog projekta jeste ostvarivanje serijskeRS232 komunikacije između računara i mikrokontrolera. Zaslanje podataka koristi se aplikacija napravljena u VisualBasic-u. Naravno, umesto opisane aplikacije mogu se koristitii drugi programi, kao na primer USART terminal iz programamikroC. Serijska komunikacija, odnosno veza se ostvaruje nastandardan način upotrebom serijskog COM porta računara,DSUB konektora i serijskog kabla uz pomoć MAX232. Kolose napaja sa računara preko USB-a (Vcc= 5V).Simulacija ovog načina komunikacije rađena je uz pomoćProteus-a i Configure Virtual Serial Port Driver-a. Praktičnideo ovog projekta rađen je u laboratoriji za Embeded sistemena Elektrotehničkom fakultetu u Istočnom Sarajevu.5. LITERATURA[1] RS232 terminal, Miroslav Božić, AleksandarAtanasovski, Niš, 2008[2] PIC18F4550, datasheet, Microchip Tecnology Inc, 2004.[3] mikroC Help , Mikroelektronika[4] www.microchip.com[5] www.mikroelektronika.co.yu983