Conectando un PIC al Puerto Serie (RS232) Por muy antiguo que esto pueda parecer, en la actualidad nos encontramos a diario con aplicaciones autónomas que poseen un conector DB9 (o DB25) y que se comunican a cualquier ordenador de mesa mediante el protocolo conocido en forma popular como “ comunicación por puerto serie ”. El propósito de este artículo es ayudarte a construir un dispositivo autónomo con salida RS232 y que éste sea capaz de comunicarse con un ordenador de mesa. Esto nos permitirá, en un futuro, utilizar el nuevo circuito integrado de Microchip : el MCP2200. ¿Para qué se utiliza ese circuito integrado? Muy sencillo: para adaptar una conexión serie a USB. Dicho de otro modo: para reemplazar a todos esos cables RS232 – USB que has comprado y no te han funcionado. Como decimos siempre, antes de correr debemos aprender a caminar, y éste es el comienzo.
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¡Sí, por supuesto! ¡Claro que sabemos que el puerto serie ha quedado obsoleto y ya no se encuentra fácilmente en el panel trasero de cualquier ordenador! Además, luego de haber realizado tantas experiencias mediante la comunicación USB – Ordenador en diferentes artículos publicados en NeoTeo, comenzar a hablar y traer a la mesa de trabajo una conexión mediante puerto serie suena como un retroceso tecnológico, como un viaje al pasado, como un montaje “retro”.. La explicación de todo está en el sumario de este artículo. “retro” Aún restan muchos años para ver aplicaciones que se comuniquen a un ordenador mediante el puerto serie, el clásico puerto COM donde se conectaba el ratón o el receptor de infrarrojos para comandar el Winamp desde la cama. Exacto, ese conector DB9 macho que en más de una oportunidad nos “mataba” la placa madre del ordenador cuando comenzábamos a experimentar con él. Claro, al dejar de funcionar este puerto ya no podíamos utilizar el ratón y debíamos apelar a alguna tarjeta PCI que resolviera nuestras desafortunadas actividades “científicas”.
La mayoría de las aplicaciones realizadas con microcontroladores que traspasan la línea del gadget sencillo, del juguete temporal o de la unidad autónoma de trabajo, apuntan habitualmente al manejo de datos útiles que, de un modo u otro, siempre se intenta llevar a un ordenador para su procesamiento. La inmensa mayoría de microcontroladores que hoy existen en el mercado y que tenemos “a mano” para cacharrear y jugar un rato traen una unidad de comunicación serie en su interior . En estos últimos años, esta característica, que permite comunicar de manera muy eficaz a dos microcontroladores entre sí, ha comenzado a presentar un problema “de hardware y conectividad” al avanzar una creciente desaparición (casi en forma definitiva) de los conectores DB9 en los paneles traseros de los ordenadores. Ahora todo es USB. La conexión serie por naturaleza se ha trasladado al Universal Serial Bus y esto se evidencia más cuando pasamos a hablar de ordenadores portátiles. Entonces ¿qué hacemos con aquellas aplicaciones que teníamos que se conectaban al puerto serie de un ordenador? El mercado (chino, claro) nos trajo una lluvia de soluciones en forma de cables que servirían para resolver el problema de las conexiones: un adaptador DB9 macho a USB , la panacea universal en nuestras manos por unas pocas monedas. ¿Qué más se le podía pedir a la tecnología? ¿Que venga con un LCD de 42” de regalo? Sin embargo, la realidad fue muy cruel con la mayoría de los incautos compradores de estos cables cuando descubrían que no funcionaban en absoluto, y aquellos cables que lo hacían tenían las funciones muy limitadas y/o erráticas. Cuando apareció en escena el circuito integrado FT232 (de la empresa FTDI) parecía que la luz asomaba en el horizonte y que rápidamente se convertiría en la solución definitiva. De hecho, existen infinitas aplicaciones que lo incorporan como solución de comunicación entre el USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) de un microcontrolador y el bus USB (Arduino es un ejemplo de ello). Sin embargo, su pequeño encapsulado y su compleja configuración ahuyentan a más de un aficionado novel que naufraga en el intento de implementar esta solución. Para muchos es la solución ideal, para otros es un logro muy difícil de alcanzar. No todos los aficionados tienen la misma habilidad manual para construir un dispositivo basado en un encapsulado tan pequeño. Si desarrollar aplicaciones en encapsulado DIP es toda una hazaña para muchos entusiastas, hablar de manipular un encapsulado LQFP se traslada al mundo de la ciencia ficción.
El FT232 ha sido la solución de muchas plataformas para obtener conectividad USB Cual si fuese un jugador muy astuto, y luego de observar este convulsionado, mal definido, confuso y complejo escenario, Microchip decidió ocupar un espacio dentro del mundo de los protocolos de comunicaciones con el circuito integrado MCP2200: un conversor USART – USB completo. Además, ha provisto al mercado de herramientas para configurar este componente de acuerdo a las necesidades de cada aplicación. Pero no avancemos aún hacia él. Si todavía no hemos iniciado nuestro trabajo con un desarrollo por puerto serie, trabajar ahora con el MCP2200 sería tan ilógico como comenzar a ver una película desde la mitad. Veríamos un final glorioso pero no entenderíamos por qué sucedieron todas esas explosiones y quiénes eran esos muchachitos que lograron escapar justo a tiempo (por supuesto, serían los buenos de la historia; siempre ganan los buenos. Si conoces una película donde ganen los malos, avísame).
De lleno al MAX232 El MAX232 (Maxim) es un circuito integrado utilizado para adaptar los niveles requeridos en una conexión donde interviene un dispositivo que maneja niveles de tensión TTL (nuestro
microcontrolador, por ejemplo) y otro capaz de trabajar bajo los parámetros de la norma EIA/TIA-232E y las V.28/V.24. Expresado en lenguaje de tensiones, los niveles TTL operan entre los 0 y 5Volts y la otra norma, conocida en el mundo técnico como RS-232 (Recommended Standard-232), utiliza tensiones que van desde los -12Volts a los +12Volts. Este circuito integrado (el MAX232) está especialmente diseñado para trabajar en equipos que utilicen bajos niveles de tensión (5Volts) y requiere de muy pocos componentes externos para lograr un funcionamiento óptimo.
Estructura externa e interna del MAX232 En su arquitectura interna, el MAX232 posee los accesorios necesarios para obtener las tensiones que se requieren a ambos lados de los circuitos que enlaza y cuenta con cuatro adaptadoresinversores de tensión: dos son utilizados para la conversión TTL – RS-232 y los otros dos para la operación inversa. En la mayoría de las aplicaciones con microcontroladores se utilizan sólo dos (uno de cada tipo), pero cuando se lo emplea en aplicaciones especiales, como puede ser el caso de redes RS-485, se agrega una conexión extra para controlar la prioridad de uso del bus (RS-485). Es decir, la señal RTS (Request To Send = Petición de envío) que proviene desde el ordenador pasa por una unidad de recepción del MAX 232 y se entrega al controlador de bus RS-485 en niveles de tensión TTL.
Circuito propuesto para una interfaz Microcontrolador / RS-232 En nuestro circuito hemos utilizado todas las unidades que componen el MAX232 y que en alguna ocasión podemos llegar a utilizar. La placa realizada para el montaje coincide en dimensiones y conexión con los zócalos reservados en la entrenadora NeoTeo. Es decir, la placa está realizada con la intención de que pueda ser incrustada en la entrenadora y formar así un bloque único, tal como veremos más adelante en los videos. Vale aclarar que por razones de costos, la construcción de esta placa no ameritaba una construcción sobre un circuito impreso de doble faz. Es por este motivo que debemos alertarte sobre la falta de una vía en el dibujo ofrecido de ejemplo del circuito impreso. La unión de los ánodos de los diodos LEDs (que se encuentran todos unidos) deberá conectarse con el positivo de la alimentación de esta placa . Este puente se notará al ver el segundo video y, para facilitar tu trabajo, los puntos a unir están indicados en el dibujo inferior con color amarillo . Por supuesto, si deseas puedes construir tu propio diseño de circuito impreso mejorando la ubicación de los componentes según tu conveniencia y gusto.
Circuito impreso utilizado por
nosotros
Aspecto final de la placa
terminada
Los colores de los LEDs empleados en el montaje coinciden con los que hemos observado en otras placas utilizadas para este propósito, no porque sepamos que existe algún código de colores que indique esta asignación. Entonces, rojo en recepción (Rx) y verde en transmisión (Tx). Para las otras dos conexiones auxiliares seleccionamos el color amarillo para diferenciar su activación respecto a los indicadores de tráfico de datos. Todos estos indicadores visuales nos ayudarán a apreciar el funcionamiento correcto de la placa. Por último, tal como se observa en las imágenes, la utilización de RTS y CTS se realizará mediante puentes externos hasta la entrenadora, en caso de que la aplicación lo requiera en algún momento.
¿Qué vamos a hacer? Empleando una sencilla metáfora podríamos decir que haremos un espejo de datos. La explicación es muy simple y fácil de
comprender: utilizaremos en el ordenador, al que nos conectaremos en su puerto serie, cualquier programa hábil para enviar y recibir datos mediante esta conexión. Podemos utilizar, por ejemplo, el Hyperterminal (usuarios de Windows). En la mayoría de los casos, los programas utilizados para crear, simular, compilar y depurar (debug) los contenidos que luego volcaremos sobre un PIC traen incorporado un “soft adicional” que permite realizar de manera muy sencilla este trabajo de comunicación serie con un terminal remoto conectado a la salida de un puerto COM (a elección) del ordenador. Nosotros, como verás en los videos, utilizamos el que trae Proton (PIC Basic).
La mecánica de funcionamiento del programa cargado en el PIC se sustenta en nueve puntos fundamentales. Por supuesto, estos mismos conceptos pueden aplicarse a otros lenguajes de programación. Nosotros lo evaluamos y te lo mostramos en función del lenguaje Basic. Estos puntos son: 1. 2.
Indicar PIC y velocidad de reloj. Indicar al sistema que utilizaremos Bootloader .
3.
Inicializar el LCD y declarar las condiciones de uso de la USART.
4.
Declarar las variables que usaremos en el programa.
5.
Colocar el PIC a la “escucha” (HSERIN).
6.
Si al completarse 1 segundo no se reciben datos, se salta a la leyenda de espera de datos.
7.
Se reciben datos y se muestran en el LCD (PRINT).
8.
Los datos que se reciben se transmiten hacia el ordenador (HSEROUT).
9.
Se reinicia el ciclo.
Observa que en tan sólo nueve procedimientos básicos hemos construido, como te mencionamos antes, un espejo de datos: los datos se reciben, se muestran y se devuelven al origen, tal como haría un espejo con cualquier imagen que se refleja en él. Los puntos enumerados están indicados de manera clara en la siguiente imagen:
Programa ejemplo utilizado y las 9 zonas fundamentales del proceso La velocidad de transmisión y recepción de datos se realiza a 38400 bps. Ten en cuenta de ingresar al panel de control de tu sistema operativo y controlar que esta velocidad coincida con la que está definida en el puerto serie de tu ordenador. Por defecto, siempre está configurada en 9600 bps. y tú deberás cambiarla. De lo contrario, cuando realices el programa para tu microcontrolador, coloca en la declaración HSERIAL BAUD el valor 9600. El resto de los parámetros deberá coincidir con el software que utilices para enviar los datos a través del puerto serie. En el último video te mostramos que la longitud del texto a enviar es de 16 caracteres y que ocupará sólo el primer renglón del LCD. “Hola Neotenianos” es un texto que ocupa esa cantidad de espacios. El segundo renglón está reservado para el mensaje de espera de datos (punto 6 en el listado del programa). Por último, también vale mencionar la demostración del encendido de los LEDs indicando el tráfico de datos. Esto es de una utilidad enorme a la hora de resolver problemas de conexión. ¿Estará recibiendo los datos? Luego de mostrarlos, ¿los estará enviando o se dispersa hacia otro lugar el programa? Estos son interrogantes que los LEDs te
resuelven de manera muy elemental (además de comportarse como un atractivo visual muy “ piola”).
Resumiendo Utilizamos la entrenadora NeoTeo para realizar comunicaciones entre el PIC y un ordenador mediante el uso de su puerto serie. La conexión entre ambos se realiza con un circuito integrado MAX232 que ayuda a adaptar niveles de tensión entre el ordenador y el PIC. Cargamos el firmware del PIC mediante el sistema Bootloader (ya empleado en artículos anteriores), y en el ordenador utilizamos cualquier software de comunicación serial, el que más cómodo nos resulte. Configuramos en el ordenador la misma velocidad de transferencia de datos que en el PIC y comenzamos a experimentar la conectividad por puerto serie. Existen algunos programas dedicados a monitorear de manera profunda la actividad de los puertos del ordenador. Si dispones de alguno de ellos puedes utilizarlo para probar a fondo esta aplicación. Para nuestro propósito, la implementación del MCP2200, podemos considerar que hemos dado el primer paso. Ya estamos caminando. No te pierdas la carrera hacia el USB.
USB to Serial – Fast and Easy 28 Sep Posted by: frank in: Computers, Electronics It seems that every little widget (processor or whatever) I work with has a serial port on it, which is extremely handy for printing status and debugging information, etc. These serial ports are of course “TTL” level, which means they’re at the level of whatever the part’s I/O voltage is, usually 3.3V but not always. The question becomes, how do we connect this to a PC so we can view the widget’s output in our favourite terminal program? The solution used to be simple – use a MAX232 part (or similar) and a DB9 connector. You just created an RS232 serial port. Voila. But as we all know, those old-fashioned serial ports are almost completely gone now. You might still see a serial port on a new motherboard in rare circumstances. But I’ve never seen one on a recent laptop. It’s all USB now. There is a standard composite device class for USB devices to implement a serial port, and there are several chips available which will implement it for you. But my favourite is a relatively new part, the Microchip MCP2200. Why? Because it’s really easy to use, it works quite well, and it’s cheap. I like cheap. MCP2200 Example Schematic
Take a look at this simple example schematic (click on it to make it bigger):
You really don’t need much. Aside from the chip itself, you need an R-C circuit for reset, a decoupling capacitor or two, and a cheap ceramic resonator (because why use an expensive crystal when a cheap resonator is good enough?). Oh, and the USB connector of course. That’s it. Most of those parts should be very self-explanatory. The only question is: which resonator? I use the Murata CSTCE12M0G55-R0 which costs less than 30 cents when you buy a bunch, and less than 50 cents if you buy only one (those are digikey prices). Obviously not an expensive part. This is a 0.5% frequency tolerance resonator. In theory to fully meet the USB specification a 0.25% tolerance part is required, but in practice it’s not – I’ve never had a problem. And heck, it’s only a serial port. You’ll notice there are a bunch of unconnected pins on the chip. If you read the datasheet you’ll discover the MCP2200 can do a bunch of other things too. But for our simple serial-to-USB task, that’s all we require. Easy. Size and Price
Aside from its ease of use, there are a couple of other things I like about the part. One is its packaging. It comes in three different packages, but two of them, the SOIC and the SSOP are pretty easy to solder, so those are the ones I choose. I can solder those parts by hand with a finetipped soldering iron and a bottle of flux.
The other thing is of course the price. If we go back to digikey, we discover the chip costs just over $2 if you only buy one, and around $1.50 if you buy a handful. Add in the cost of the resonator and you’re looking at a little over $2.50 for the solution, at a quantity of one. That’s cheap. Software
The part works on Windows, Linux and Mac, and the Microchip MCP2200 page has a zip file for driver downloads. On WinXP there’s little to do. In that zip file is a Windows INF file. When you plug your MCP2200 board into your PC’s USB port, Windows will automatically detect it, and ask in its usual way about installing software. Simply direct it to that INF file and it’ll be happy. You’ll have to do it several times because the MCP2200 is a composite device, so it identifies itself to the PC as several different devices, and the PC wants to read that same INF file for each one. Here’s an important note. Basically, you MUST have Service Pack 3 installed if you’re on WinXP. SP2 and older has bugs in its USB handling software. You can try to install the various hotfixes that are mentioned in the Microchip zip file. Or you can just fix everything in one swoop by installing SP3. By the way, installing SP3 can take a while (it took a couple of hours on my PC) so only do it when you can walk away from the computer for a while. Once you’ve done the INF thing, the MCP2200 appears as another comm port on your PC. In hyperterminal or teraterm it often seems to show up as Com9 for me. Easy. Alternative Parts
There are alternatives to the MCP2200. A popular one is the FTDI FT232; it’s been around for a while. Checking digikey, we see the one-off price is around $4.50 for the part. That’s almost double what the MCP2200 costs. Another is the Silicon Laboratories CP2102. This is a popular chip that’s used in a lot of those USB to RS232 converters you can buy cheaply around the place. The difficulty with this chip is soldering it by hand – it comes in a very small package. Its pricing is decent though – $3 at digikey for one. There’s also the Exar XR21V1410, which is also in a tiny package. And no doubt many other manufacturers have similar parts too. It’s a competitive market. Many microcontrollers can directly support USB. The Atmel AVR family has the excellent free LUFA project, which by all accounts works very well. This allows you to directly implement USB, including the same type of simple USB serial port, on many AVR processors. Other microcontrollers such as the Microchip PIC family, the TI MSP430 family, etc, have similar solutions. The downside of all these software solutions is that the USB code can consume a fair amount of space (RAM, Flash, CPU cycles) in the microcontroller, so you need to size your micro accordingly to accommodate both your application code and the USB stack code. However for simple applications, something like this can often be a great way to go. The simplicity and low cost of the MCP2200 make it a great alternative however. If you don’t mind adding the chip to your PCB, it makes for a cheap and easy way to add USB connectivity to any design. I’m enjoying it.
