| El
puerto serie RS-232C, en el MICROPROCESADOR
El microprocesador controla
el puerto serie RS-232C, mediante un circuito integrado especifico, llamado UART
(Transmisor-Receptor-Asíncrono Universal). Normalmente se utilizan los siguientes modelos
de este chip: 8250 (bastante antiguo, con fallos, solo llega a 9600 baudios), 16450
(versión corregida del 8250, llega hasta 115.200 baudios) y 16550ª (con buffers de E/S).
A partir de la gama
Pentium, la circuitería UART de las placa base son todas de alta velocidad, es decir UART
16550A. De hecho, la mayoría de los módems conectables a puerto serie necesitan dicho
tipo de UART, incluso algunos juegos para jugar en red a través del puerto serie
necesitan de este tipo de puerto serie.
Por eso hay veces que una
PC 486 no se comunica con la suficiente velocidad con una PC Pentium...
Los portátiles (LAPTOPS),
suelen llevar otros chips: 82510 (con buffer especial, emula al 16450) o el 8251 (no es
compatible). Para controlar al puerto serie, la CPU emplea direcciones de puertos de E/S y
líneas de interrupción (IRQ).
En el AT-286 se eligieron
las direcciones 3F8h (o 0x3f8) e IRQ 4 para el COM1, y 2F8h e IRQ 3 para el COM2. El
estándar del PC llega hasta aquí, por lo que al añadir posteriormente otros puertos
serie, se eligieron las direcciones 3E8 y 2E8 para COM3-COM4, pero las IRQ no están
especificadas.
Cada usuario debe elegirlas
de acuerdo a las que tenga libres o el uso que vaya a hacer de los puertos serie (por
ejemplo, no importa compartir una misma IRQ en dos puertos siempre que no se usen
conjuntamente, ya que en caso contrario puede haber problemas).
Es por ello que
últimamente, con el auge de las comunicaciones, los fabricantes de PCs incluyan un puerto
especial PS/2 para el MOUSE, dejando así libre un puerto serie. Mediante los puertos de
E/S se pueden intercambiar datos, mientras que las IRQ producen una interrupción para
indicar a la CPU que ha ocurrido un evento (por ejemplo, que ha llegado un dato, o que ha
cambiado el estado de algunas señales de entrada).
RS-232
Interface
DB25 Plug
SIGNALS FROM TERMINAL SIGNALS FROM MODEM
--------------------- -------------------
PIN 2 PIN 3
Transmitted Data (TD) Received Data (RD)
Data from terminal. Data from modem
PIN 4 PIN 5
Request to Send (RTS) Clear to Send (CTS)
Tells modem that terminal Tells terminal that it may
wants to send data. now place data on the
transmit data line (PIN 2).
PIN 20 PIN 6
Data Terminal Ready (DTR) Data Set Ready (DSR)
Tells modem that terminal is Tells terminal modem is
connected, powered up and. connected, powered up and
ready ready.
PIN 7 PIN 7
Signal Ground Signal Ground
Common ground reference Common ground reference
for all signal lines. for all signal lines.
PIN 1 PIN 1
Protective Ground Protective Ground
Safety or power line Safety or power line
ground for equipment. ground for equipment.
PIN 24 PIN 8
Transmit Signal Element Timing Received Line Signal Detector
Clock signal from terminal. or Carrier Detect (CD)
Tells terminal that carrier is being
received from computer modem.
PIN 14 PIN 15
Secondary Transmitted Data Transmission Signal Element Timing
Identical in function to PIN 2 Clock signal from modem (used
except it applies only to systems only with synchronous modems.
with full secondary channel
implemented.
PIN 22
Ring Indicator
Signal telling terminal
that phone line is "ringing".
i.e. there is an incoming call.
PIN 19 PIN 17
Secondary Request to Send Received Signal Element Timing
Tells modem to turn on the Clock signal from modem (used
secondary channel carrier used only with synchronous modems).
for HD supervisor operation.
PIN 23 PIN 16
Data Rate Signal Selector Secondary Received Data
Used by Modem/Terminals with Identical in function to PINs 3 and 5
programmable data rate selection. except as they apply only to systems
with full secondary channels implemented.
PIN 13
Secondary Clear to Send
Identical in function to Pins 3 and 5
except as they apply only to systems
with full secondary channels implemented.
PIN 12
Secondary Received Line Dignal Detect
Tells terminal that carrier is
present on secondary channel.
used for HD supervisor operation.
PIN 21
Signal Quality Detector
Used by some modems which incorporate
signal evaluating circuitry to advise
terminal that present signal is poor
and a high error rate is probable.
Pins receiving signal Pins receiving signals
from modem: from terminal
3, 5, 6, 8, 12, 13, 2, 4, 14, 19, 30, 23, 24.
15, 16, 17, 21.
DB9
DB9 DB25
PIN PIN NAME DESCRIPTION
--------------------------------------------------
1 8 CD RLSD Carrier Detect
2 3 RD Receive Data
3 2 TD, SD Transmit Data
4 20 DTR Data Terminal Ready
5 7 GND Signal Ground
6 6 DSR Data Set Ready
7 4 RTS Request to Send
8 5 CTS Clear to Send
9 22 RI Ring Indicator
Keep in mind that on many
computers, COM1 and COM2 are wired differently, COM1 being DTE, COM2 being DCE. If COM2 is
configured as a DCE, a null modem cable with TX and RX reversed will be needed to use it.
Some 9 pin to 25 pin adapters, but not all of them, also reverse TX and RX. |
La CPU debe responder a
estas interrupciones lo mas rápido posible, para que de tiempo a recoger el dato antes de
que el siguiente lo sobrescriba. Sin embargo, las UART 16550A incluyen unos buffers de
tipo FIFO, dos de 16 bytes (para recepción y transmisión), donde se pueden guardar
varios datos antes de que la CPU los recoja.
Esto también disminuye el
numero de interrupciones por segundo generadas por el puerto serie.
El RS-232 puede transmitir
los datos en grupos de 5, 6, 7 u 8 bits, a unas velocidades determinadas (normalmente,
9600 bits por segundo o mas). Después de la transmisión de los datos, le sigue un bit
opcional de paridad (indica si el numero de bits transmitidos es par o impar, para
detectar fallos), y después 1 o 2 bits de Stop. Normalmente, el protocolo utilizado ser
8N1 (que significa, 8 bits de datos, sin paridad y con 1 bit de Stop).
Una vez que ha comenzado la
transmisión de un dato, los bits tienen que llegar uno detrás de otro a una velocidad
constante y en determinados instantes de tiempo. Por eso se dice que el RS-232 es
asíncrono por carácter y síncrono por bit.
Los pines que portan los
datos son RXD y TXD. Las demás se encargan de otros trabajos: DTR indica que el ordenador
esta encendido, DSR que el aparato conectado a dicho puerto esta encendido, RTS que el
ordenador puede recibir datos (porque no esta ocupado), CTS que el aparato conectado puede
recibir datos, y DCD detecta que existe una comunicación, presencia de datos.
Tanto el aparato a conectar
como el ordenador (o el programa terminal) tienen que usar el mismo protocolo serie para
comunicarse entre si. Puesto que el estándar RS-232 no permite indicar en que modo se
esta trabajando, es el usuario quien tiene que decidirlo y configurar ambas partes.
Los parámetros que hay que
configurar son:
=protocolo serie (8N1),
=velocidad del puerto
serie,
=protocolo de control de
flujo.
Este ultimo puede ser por
hardware (el que ya hemos visto, el handshaking RTS/CTS) o bien por software (XON/XOFF, el
cual no es muy recomendable ya que no se pueden realizar transferencias binarias).
La velocidad del puerto
serie no tiene por que ser la misma que la de transmisión de los datos, de hecho debe ser
superior.
Por ejemplo, para
transmisiones de 1200 baudios es recomendable usar 9600, y para 9600 baudios se pueden
usar 38400 (o 19200).
Articulo de divulgación tecnológica sobre DATALOGGERS EN RADIO-TELEMETRIA. ( Autor:
Jorge Manrique)
Una boya de monitoreo
oceánico, tal como la OMB-2001, es un verdadero complejo equipo electrónico colocado en
la inmensidad del mar, que mide variables ambientales oceánicas en forma autónoma y
sistematizada.
Estas variables incluyen
temperatura del aire, humedad relativa, velocidad y dirección del viento, radiación
solar, salinidad, temperatura del agua, dirección y velocidad de las corrientes marinas,
etc.
La boya de monitoreo
oceánico genera reportes con la información del medio oceánico donde esta anclada , en
periodos prefijados del día y, a conveniencia del usuario. Esta información es
recolectada y almacenada en la memoria interna de un DATALOGGER, dispositivo electrónico,
integrante de la boya, luego es enviada al computador del nuestro sistema, vía la unidad
MCC-545 para finalmente, ser procesada en el server correspondiente.
En este lugar se genera una
base de datos, a la cual se puede acceder vía INTERNET, proporcionándose gráficos e
informes OCEANOGRAFICOS y METEOROLOGICOS en un formato compatible con los requerimientos
técnicos del usuario final , para un excelente manejo oceánico, meteorológico, de
control de pesca, manejo de flota, VMS, etc.
El Datalogger, como se
deduce a primera vista resulta fundamental para la operación de una boya de monitoreo
oceánico. En general consiste de un microprocesador integrado, asociado a una memoria
electrónica. muy poderosa.
El microcontrolador recibe
constantemente señales eléctricas desde los sensores para convertirlas en información
numérica, utilizando un conversor análogo/digital, almacenándolas en la memoria junto a
otros datos, tales como fecha y hora a la que fue tomada la muestra.
DATALOGGER "TINYTAG- PLUS", FACIL DE USAR, CAPAZ DE REALIZAR 15,000 TOMAS DE
MUESTRAS INFORMATIVAS, DURANTE UN LAPSO DE 5 MESES, EN INTERVALOS DE 15 MINUTOS. FABRICADO
POR "GEMINI DATALOGGERS" DE INGLATERRA.
En consecuencia, el
datalogger debe cumplir entre otras múltiples, con las siguientes funciones:
=Establecer el tiempo en
que se debe tomar una muestra de los sensores,
=Transformar señales
analógicas de los sensores en señales digitales y almacenarlas en una memoria y
finalmente.
=Controlar el módulo de
comunicación telemétrico para transmitir la información oceanográfica y meteorológica
al computador del sistema.
El Datalogger permite
almacenar información , con una gran capacidad de memoria . Además es completamente
autónomo debido a que está provisto de una fuente de poder que genera energía
eléctrica continua, debido a que esta asociado con un block de baterías conectadas en
serie, que son recargada en forma continua por medio de un panel solar.
La transmisión de la
información oceanográfica y meteorológica se realiza a través del módulo de
comunicaciones telemétrico MCC -545, el que recibe la información a transmitir desde un
puerto serie de comunicación tipo RS-232C.
El proceso informático del
SISTEMA DE MONITOREO OCEANICO "NEPTUNO"(SMO-2001 ). comienza en el océano,
donde los datos son recolectados por la boya de monitoreo oceánico OMB-2001.
El Datalogger está
conectado a una serie de sensores tanto aéreos como submarinos, y recibe estas
informaciones, de acuerdo a una programación temporal, establecida por el usuario. La
toma de datos a través de los sensores pueden ser resumidos en periodos de cada : 1,
10,15, 30, 60 minutos o, 24 horas.
Como podemos apreciar, el
DATALOGGER, es una parte fundamental de la boya y del sistema en si, por lo que pensamos
que vale la pena describir con algún detalle este componente poco conocido, reciente y de
alta tecnología ...
DESCRIPCION DE UN
DATALOGGER
Un DATALOGGER, es un
dispositivo electrónico, en el que se aplican las tecnologías mas avanzadas en el campo
del "hardware", y "software".
En el mercado existen
bastantes modelos de estos instrumentos de reciente aparición , desde los mas sencillos
con capacidades muy limitadas, para uso en experimentos de escuelas o universidades,
también en el hogar hasta los profesionales que pueden actuar y controlar redes complejas
de diversos tipos y ordenes.
Aquí solo detallaremos
algunas características standards de dataloggers profesionales, que usualmente se utiliza
a los monitoreos oceánicos y/ o para funciones SCADA o tipo VMS marítimo para los barcos
pesqueros.
Básicamente , es un
sofisticado control micro computarizado, con una memoria muy amplia , que permite llevar a
cabo funciones de adquisición de datos, y procesamiento preliminar para su envió a
estaciones remotas, generalmente por vía de telemetría satelital ;puede cumplir
funciones de control y supervisión en otros sistemas periféricos invitados a su campo de
acción, generando ordenes de comando a ellos, ya sea en forma automática o por deseo del
controlador remoto de la red.
SE APRECIA DE IZQUIERDA A DERECHA LAS 3 CONFIGURACIONES DE DISEÑO OPERACIONAL BASICAS
DE LOS DATALOGGERS, A SABER: PORTATILES, PARA UNIDADES REMOTAS Y DE ADQUISICION DE DATOS
EN LABORATORIO
Puede iniciar acciones y
procesos programados por el usuario, ante la presencia de algún evento disparador o
parámetro especifico en el medio actuante.
Este dispositivo se
programa en lenguajes de medio y alto nivel, a través de una PC compatible, dándoseles
todas las características de diseño personalizado para el sistema del usuario en
particular.
Gracias a los avances en la
Microelectrónica, este dispositivo tan complejo y completo posee un tamaño y peso,
comparable a una caja protectora de los clásicos video-cassetes, además sus
requerimientos de potencia eléctrica son muy bajos.
Tiene una memoria para
programas compilados, también otra de 512 K bytes de memoria RAM ( puede ser también
no-volátil), memoria flash o EPROM para mantener, virtualmente, los datos mientras la
tarjeta no este trabajando.
Esta, puede ser expandida a
varios centenares de Megabytes, inclusive con los últimos elementos de súper memoria
lanzados al mercado a fines del 2,000, a niveles de varios Terabytes, con un simple plug
RS-232C.
Generalmente, la tarjeta
puede tener 26 ~ 41 puertos paralelos con entradas o salidas así como 2 puertos serie del
tipo RS-232C. Los convertidores Analógico-digitales(A / D), pueden tener 8 canales de 10
-bits de resolución (mejor que uno/1,000), y 3 canales de Digital - Analógico (D / A),
de 8-bits (de uno/ 250).
Adicionalmente, dispone de
varios contadores de tiempo, (de 16-bit cada uno), dos controladores separados de tiempo
(no-volátil) para la indicación de la hora del día, y para brindar las bases de tiempo
necesarias a todas las operaciones programables para explotación del usuario.
EN ESTA FOTO SE APRECIA LA PARTE INTERNA DE UN DATALOGGER PROFESIONAL, PARA MULTIUSO,
EN ESPECIAL OCEANOGRAFICO, MODELO TDS-2020F, CON UN AVANZADO CONTROL COMPUTARIZADO DE
16-BITS. SU PESO ES DE 400 GRAMOS Y UN VOLUMEN DE 192 C³, FABRICADO POR "TRIANGLE
DIGITAL SERVICES" DE INGLATERRA
Tomemos como ejemplo un
Datalogger profesional muy conocido, el TDS-2020, de la "TRIANGLE DIGITAL
SERVICE" de Inglaterra.
Posee una frecuencia de
reloj de 19.6608 Mhz. , un tiempo inter- ciclos de 102 nanosegundos, con capacidad de
procesamiento de 3 millones de operaciones por segundo o su equivalente a 1600
drystones/segundo. Se considera un tiempo de latencia de 2. 30 microsegundos.
En lo relativo a la memoria
dispone de una memoria de 32 k PROM, el clock del chip tiene 239 bytes libres de RAM, los
cuales son accesibles sobre la común del tipo I² C.
Dispone de entradas en
paralelo = INPUTS / OUTPUTS =, para funciones clock-I²C , A/D , D/A, E INTERRUPTORES
EXTERNOS.
En lo referente a los dos
puertos serie del tipo RS-232C, estos se usan con señales simples asincrónicas o
también dos separadas. El régimen de baudios con el puerto # 1 es desde 75~38,400. El
puerto # 2 , puede ser usado a 4,800 baudios.
Genera una potencia
eléctrica de -6 voltios DC hasta +16 voltios, usándose +/- 8 voltios para dar las
salidas TTL o lógicas y así mantener los estándares de las RS-232C.
El microprocesador es un
H8/532 DE HITACHI Con 16-bits.
El soporte del tablero de
mando (para permitir el software ), tiene 64 teclas para ser conectadas a la computadora y
solo 8 son requeridas para las líneas serie / paralelo. También dispone de una pantalla
de cristal liquido con caracteres alfanuméricos de 240x 128 píxeles.
EN LA FOTO SE APRECIAN LOS DOS MODELOS MAS RECIENTES (ENERO DEL 2001) DE DATALOGGERS
QUE SE INTERCONECTAN CON EL SISTEMA SATELITAL ORBCOMM, EL DE LA SERIE 3660N QUE SOPORTA
MAS DE 17 SENSORES Y EL DE LA SERIE 3634N QUE TIENE CAPACIDAD DE MAS DE 4 SENSORES.
ESTOS
DATALOGGERS SON ESPECIALES PARA USO MARINO, Y FABRICADOS POR UNA DE LAS EMPRESAS DE MAS
PRESTIGIO EN EL MUNDO DE SENSORES OCEANOGRAFICOS, LA " AANDERAA" DE NORUEGA
Tiene capacidad de poder
conectarse con múltiples y variados dispositivos generadores de data, del tipo
periférico, además de conectarse con actuadores de los sistemas SCADA.
Los subsistemas
convertidores de Data de Analógico a Digital, poseen 8 canales a/d de 10-bits cada uno y
con un factor de corrección de uno/ 1024; la velocidad de conversión es del orden de 27
microsegundos.
En los D/A, tiene solo tres
canales , de 8 -bits de modulación de ancho de pulso, ,y con un filtro externo además
del capacitor que proporcionara los niveles de voltajes analógicos ( +/- 5 voltios DC).
Se dispone de un "
clock chip", el cual da la indicación del día y hora además de bases completas de
tiempos, aun cuando el datalogger este desconectad, pues, posee una batería interna la
que también es utilizada para mantener los 512 k -bites de memoria non-volátil RAM. En
resumidas cuentas, al DATALOGGER, se le puede considerar como al corazón de un sistema de
monitoreo oceánico, también, de un sistema SCADA oceánico, o de un sistema VMS, de
aquí la importancia del presente articulo para conocer mas a fondo este maravilloso y
modernísimo dispositivo de control micro computarizado.
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