Переходник COM USB - это устройство, которое позволяет персональному компьютеру подключаться к различному периферийному оборудованию. К сожалению, современные модели системных блоков не имеют порой очень важных выходов. Таким образом, пользователь ограничен в своих возможностях.

Если рассматривать такое устройство, как ресивер, то его невозможно подсоединить к кабелю. В данном случае пользователю сможет помочь только По типу разъемов данные устройства отличаются. Дополнительно следует отметить, что сделать их в домашних условиях вполне реально. Однако в первую очередь важно ознакомиться с их устройством.

Схема простого переходника

Схема переходника USB-COM включает в себя порт, модулятор, преобразователь, а также резистор. В некоторых случаях дополнительно на плате может располагаться усилитель. При этом чаще всего подбираются именно проводные модели. Резисторы в данном случае используются только открытого типа. Необходимо это для того, чтобы повысить предельную частоту устройства. Таким образом, время отклика сигнала будет находиться в районе 20 мс. Помимо прочего, следует учитывать ширину пропускания устройства. Для повышения данного параметра многие специалисты модуляторы советуют применять только двухсторонние.

Модели типа А стандартные

Сделать типа А переходник USB-COM своими руками в домашних условиях довольно просто. Микросхему в этом случае целесообразнее подбирать типа РР21. Стабилизировать процесс в устройстве поможет только преобразователь. Для нормальной работы модели также потребуется качественный модулятор. Для указанной микросхемы его необходимо подбирать только низкочастотного типа. Все это позволит параметр отклика сигнала держать на отметке 30 мс.

Для лучшей проводимости тока также специалисты советуют использовать транзисторы малой мощности. В данном случае предельное напряжение они обязаны выдерживать на уровне 3В. В целом данные переходники отлично подходят для различного рода ресиверов. Дополнительно к ним можно подключать радиоприемники с разъемами типа SR101.

Модели типа А мини

Переходники данного типа способны поддерживать многие форматы. Без преобразователей сложить их невозможно. Дополнительно потребуется подобрать микросхему серии РР22. Всего транзисторов на нем должно располагаться три. При этом два из них необходимо разместить возле преобразователя. Модулятор в данном случае важно подбирать импульсного типа. Скорость отклика сигнала в среднем составляет около 30 мс. Для стабильной работы этого вполне достаточно.

Кабель в данном случае необходимо крепить к задней части микросхемы. При этом важно не задеть модулятор во время процесса пайки. Транзисторы также нужно держать в чистоте. Сопряжение контуров обеспечивается за счет каскада усиления частоты. В среднем данный параметр колеблется в районе 12 Гц. Для повышения проводимости тока некоторые специалисты советуют применять усилители. Порт для устройства подсоединяется в последнюю очередь. Драйвер для переходника USB-COM подбирается отдельно.

Модели типа А микро

Сделать типа А микро переходник USB-COM своими руками самостоятельно довольно сложно. Во многом это связано с наличием нестандартного порта. Пропускная способность для него должна быть обеспечена довольно высокая. При этом параметр отклика сигнала минимум обязан составлять 20 мс. Отдельно также следует обратить внимание на поиск преобразователя.

Для повышения тактовой частоты в устройстве многие их подбирают симметричного типа. При этом транзисторы выбираются в магазине открытой модификации. В среднем напряжение они выдерживают на уровне 3А. Как вариант можно рассмотреть комбинированные подвиды. Все это позволит в конечном счете повысить скорость отклика сигнала.

Как сделать переходник типа В стандартный?

Собирается представленный кабель-переходник USB-COM для устройств, у которых разъем имеется типа RSR21. В первую очередь в магазине необходимо выбрать модулятор. В данной ситуации можно остановиться на ступенчатом аналоге. Однако полоса пропускания у него довольно низкая. Также в дальнейшем могут возникнуть определенные проблемы с перекрытием контуров. Чтобы решить представленную проблему, можно воспользоваться колебательными модуляторами.

Стоят они на рынке довольно дорого, однако тестирование устройств показывает, что они очень хороши. В первую очередь они отличаются наличием медных контактов. Таким образом, проводимость тока у них высокая. Помимо прочего, с микросхемой типа РР20 она работает довольно хорошо. Порт в этом случае необходимо устанавливать в последнюю очередь. При этом кабель для него подбирается отдельно.

Переходники типа В мини

Собирается данный переходник COM USB при помощи микросхемы типа РР220. В этом случае преобразователь необходимо подбирать с хроматическим резистором. Дополнительно важно использовать только высокочастотный модулятор. Чтобы увеличить скорость отклика сигнала, многие специалисты советуют применять транзисторы открытого типа.

Однако устройства значительно уменьшится. Вследствие этого может возникнуть проблема с установкой драйвера устройства. Дополнительно на USB-COM переходник монтируется тригер. Данный элемент в системе отвечает за сопряжение контуров. Происходит этот процесс в сеточном триоде. Усиление частоты при этом увеличивается значительно. Порт для переходника подбирается без селектора.

Модель типа В микро

Переходники представленного типа собираются довольно просто. В первую очередь следует отметить, что они на сегодняшний день являются довольно востребованными. Подходят они для всех устройств, на которых имеется разъем типа RSR 23. Преобразователи подбираются на микросхему только импульсного типа. При этом транзисторы лучше всего использовать стандартные. Однако многие специалисты все же отдают свое предпочтение аналогам открытого типа.

Параметр полосы пропускания в данном случае будет зависеть от типа усилителя. Если воспользоваться низкочастотной модификацией, то проблемы у устройства неизбежны. В свою очередь, продольные модификации значительно увеличивают параметр проходимости тока. Кабель в данном случае припаивается на конвекционный выход микросхемы.

Как выбрать модель в магазине?

Для устройств с разъемом типа RSR21 адаптер следует подбирать высокочастотный. Минимум нагрузки он должен выдерживать на уровне 3 А. Медь у проводников обязана быть обязательно безкислородная. В этом случае можно рассчитывать на хорошую полосу пропускания устройства. Цифровые форматы адаптер обязан поддерживать "Долби" и "Тру".

В свою очередь, видеосистема должна работать с 720р. Усилители в устройствах, как правило, устанавливаются бесконтактные. Однако в некоторых моделях имеются более дешевые аналоговые модификации. Внешняя оболочка модели должна быть сделана из поливинилхлорида. Параметр скорости отклика сигнала в среднем находится в районе 30 мс. Обойдется качественный адаптер примерно за 2500 руб.

Характеристики USB mini 4P

Указанный от прочих устройств отличается тем, что модулятор в нем имеется двухстороннего типа. За счет этого у него довольно хорошая. Для аудиоустройств указанная модель подходит идеально. Траверс в данном случае устанавливается промежуточный. Для стабилизации сигнала в устройстве применятся высокочастотный усилитель. Параметр скорости отклика сигнала модели находится на уровне 25 мс. В среднем показатель частоты устройства располагается на отметке 23 Гц. Для корректировки тока в адаптере имеется небольшой рефлектор.

Модель USB 1394B

Переходники данного типа способны похвастаться довольно высокой скоростью отклика сигнала. Преобразователь в данном случае имеется низкочастотный. В свою очередь, модулятор устанавливается с предельной частотой на уровне 23 Гц. Все это позволяет довольно быстро стабилизировать входное напряжение. Поддержка основных форматов обеспечивается за счет установки драйвера устройства. Усилитель в данном случае имеется импульсного типа. В свою очередь, высокая пропускная способность стала возможной за счет увеличения параметра генерирования.

К недостаткам данного переходника следует отнести низкий диапазон перекрытия. В связи этим часто возникают конфликты с системой при подсоединении периферийных устройств. Дополнительно следует учитывать, что микросхема у модели установлена серии РР19. За счет этого параметр промежуточной частоты никогда не превышает 30 Гц.

Устройство USB TDK

Данный USB-COM переходник больше всего подходит для подключения к персональному компьютеру приемников, у которых разъем установлен типа RSR30. Преобразователь в этом случае используется высокой чувствительности. При этом микросхема установлена меридиональная. Модулятор к ней присоединяется с рабочей частотой на уровне 28 Гц. Высокая полоса пропускания в устройстве обеспечивается качественными транзисторами.

Также следует отметить, что отклонение у преобразователя происходит довольно редко. Однако недостатки у данного адаптера все же имеются. В первую очередь они связаны с волновым искажением. В результате синхронизация устройства может отнимать у пользователя много времени.

USB-COM RS232

Переходник USB-COM RS232 используется для подключения устройств с разъемами типа RSR21. В данном случае особого внимания заслуживает высокое качество модулятора. При этом микросхема используется в устройстве типа РР21. Транзисторы у этой модели установлены аналогового вида. Особой пропускной способностью они не отличаются. Однако параметр скорости отклика сигнала у представленного адаптера находится на уровне 30 мс. Во многом это было достигнуто за счет установки мощного преобразователя.

Рабочую частоту в системе он способен поддерживать на уровне 23 Гц. Контакты в данном случае используются медные. Все основные форматы системой поддерживаются. Драйвер на USB-COM переходник можно приобрести у производителя. Внешняя оболочка устройства сделана полностью из поливинилхлорида. Дополнительно следует отметить, что параметр предельной частоты составляет ровно 30 Гц. В связи с этим полоса пропускания у устройства довольно высокая.

Модификация USB MINI8M

Данный COM (port USB) переходник подходит для приборов, у которых разъем имеется серии RSR26. В частности, эти модели активно используются для подключения ресиверов к персональным компьютерам. Дополнительно модификация может устанавливаться в ноутбуки. По габаритам она является очень компактной. Выходы на микросхеме производителем предусмотрены коаксиального типа. По чувствительности данная модель не отличатся от прочих устройств. Дополнительно следует отметить, что параметр рабочей частоты находится на уроне 21 Гц.

В данном случае проводимость резисторов не сильно высокая. Как следствие, скорость отклика сигнала в среднем равняется 20 мс. Показатель промежуточной частоты модели составляет 33 Гц. Модуляторы в этом адаптере применяются термооптические. Волновое искажение в них происходит довольно редко. Дополнительно следует отметить, что представленные переходники часто страдают от повышенной температуры. Использовать их можно максимум при 40 градусах.

Параметры USB MINI8P

Данный USB) переходник чаще всего устанавливается под различные приемники. Показатель рабочей частоты составляет ровно 25 Гц. При этом скорость отклика сигнала находится на уровне 40 мс. Преобразователь в данном случае используется производителем нехроматического типа. Пропускная способность у него довольно слабая. Однако нагрузку он выдерживает примерно в 3 А. За счет этого стабильность работы обеспечивается на хорошем уровне, и транзисторы в устройстве перегорают редко. Из недостатков следует отметить резкое усиление тактовой частоты. Происходит это из-за рассинхронности модулятора.

Устройства с разъемом на котроллере

USB-COM переходник с разъемом на контроллере на сегодняшний день считается довольно популярным. Микросхемы для него могут подбираться разнообразные. Как правило, преобразователи устанавливаются низкочастотные. Связано это с тем, что скорость отклика сигнала у моделей хорошая. Модуляторы для переходников данного типа применяются только меридиональные. Все это приводит к возрастанию предельной частоты до 30 Гц. Однако стабильность устройства можно контролировать, если установить на модель усилитель.

Модели с разъемом у периферийного устройства

Адаптеры с разъемом у периферийного устройства являются не сильно востребованными. В первую очередь они абсолютно не походят для ноутбуков. Дополнительно микросхемы у них могут использоваться только серии РР13. Все это, в конечном счете, влечет за собой ряд проблем. В первую очередь следует отметить низкий параметр промежуточной частоты на уровне 10 Гц. Связано это с отсутствием входного резистора на плате.

Также проблемы у таких моделей часто возникают из-за резкого падения напряжения. Происходит это, когда нагрузка на преобразователь превышает 3 А. Однако, несмотря на все вышеуказанные недостатки, переходники с разъемом у периферийного устройства все же являются полезными, когда речь заходит про подключение оборудования с выходом RSR24.

Проблемы при «прошивке» ресиверов. Отсутствие COM порта. Использование ноутбука

Многие пользователи сталкиваются с проблемой прошивки ресиверов из-за отсутствия СОМ порта. Большинство устаревших моделей компьютеров было оборудовано несколькими СОМ портами. В них имелся хотя бы 1 разъем «RS-232». Благодаря такому технологическому решению пользователи могли подключать необходимые внешние устройства. К компьютеру подключали сразу и мыши, и принтеры, и клавиатуру, и модемы, и другую технику. С помощью компьютера можно было и перепрошить ресивер. Пользователи никогда не сталкивались с существенными проблемами при подключении. Все, что от них требовалось – это подсоединить кабель, запустить программу и кликнуть мышкой на необходимые пункты.

Производители современных компьютеров, кажется, просто забыли о разъеме «RS-232». Обычный пользователь может и не заметить его отсутствия. Но если вы являетесь абонентом спутникового телевидения и ваш ресивер начал некорректно работать из-за несвоевременного обновления, вы столкнулись с неприятной проблемой. Большинство моделей ресиверов могут быть прошиты только с помощью «RS-232». Да и «USB» входом оборудованы не все спутниковые приставки.

Очень часто пользователи сталкиваются и с другими проблемами. Одна из них – несовместимость имеющихся СОМ портов на ноутбуке с определенными моделями ресиверов. В большинстве случаев это вызвано тем, что в процессе производства ноутбука был нарушен стандарт передачи данных «RS-232». Некоторые производители делают это специально, так как такое решение позволяет сократить энергию заряда аккумуляторной батареи. Эта мелочь отражается и на стоимости компьютерной техники, делая ее более доступной для конечного потребителя. Только точные и щепетильные производители могут похвастаться наличием специальной микросхемы для СОМ порта. И их устройства совместимы с любыми ресиверами.

Если вы пользуетесь обычным компьютером, то проблема решается за счет приобретения дополнительного модуля с СОМ портами. Он выпускается в виде платы и монтируется в компьютер. Очень важно провести установку правильно, так как некорректные действия могут привести к порче оборудования. После того, как плата будет установлена в компьютер, операционная система «Windows» - «ОС» присвоит каждому порту свой номер.

Если вы пользуетесь ноутбуком, то этот вариант не подойдет. Здесь вы столкнетесь с несоответствием размера и стандарта. Но и у этой проблемы есть решение.

Вы можете попробовать самостоятельно спаять Переходник USB-COM 2 способами: дорогой и проверенный или дешевый и частично неэффективный:

Способ 1

Приобретаем специальную плату с портами, предназначенную для ноутбука. Проблема заключается не только высокой стоимости решения, но и в том, что вам придется провести ни один день в поисках подходящей модели. Также стоит учесть, что ноутбуки могут обладать разными стандартами для дополнительных устройств. Поэтому вначале стоит ознакомиться с инструкцией по эксплуатации, если она еще сохранилась. Если вы не решились заказать специальную плату, то можно попробовать еще один способ.

В большинстве случаев он действует. 90% современных моделей оборудовано несколькими «USB» выходами. Вы можете купить преобразователь «USB — COM».

Для справки . USB – это последовательный интерфейс, который используется для передачи данных. Для подключения дополнительных устройств используется четырехпроводной кабель. Два провода обеспечивают прием и передачу данных, два – питание дополнительного устройства. Главным недостатком USB является то, что разъемы со временем разбалтываются. В результате теряется контакт. При отрывании гнезд пользователям приходится заменять плату.

Способ 2

Переходник «USB — COM» можно спаять самостоятельно. Только стоит учесть, что описанное нами решение обеспечивает согласование только сигналов RX и TX. Другие модемные сигналы не задействуются. Приготовьте следующий набор деталей:

• 1 PL2303HX (USB-USART мост от Prolific)
• 1 MAX232CSE (UART-RS232)
• 1 Кварц 12.00 МГц
• 2 Конденсаторов 10 нФ (smd1206)
• 6 Конденсаторов 1 мкФ (smd1206)
• 2 Резистора 27Ом (smd1206)
• 1 Резистор 1.5КОм (smd1206)
• 1 Разъем mini-USB
• 1 Разеъем DB-9 папа
• 1 Фольгированный текстолит для платы 48*22мм

Вначале вам необходимо изготовить плату. Для этого просверливаем 4 отверстия и паяем необходимые детали.

В результате вы должны получить стандартный переходник. Во избежание окисления плату можно покрыть автомобильным или полиуретановым лаком.

31.7 KiB
492 Downloads

Как вариант, можно напаять временную перемычку

После установки драйверов проверяем работоспособность переходника. Для этого попробуйте замкнуть контакты 2 и 3 и запустить программу «Гипертерминал» (входим через ПУСК в ПРОГРАММЫ. Переходим в СТАНДАРТНЫЕ, выбираем СВЯЗЬ и ГИПЕРТЕРМИНАЛ) . Далее обращаемся к любой поисковой системе и скачиваем гипертерминал или его аналог. В настройках соединения указываем новый сом-порт (в нашем случае это hyperterminal).

Настраиваем параметры порта (115200, 8, N(нет), 1, управление потоком отсутствует).

Для справки . HyperTerminal – это специальная программа, которая включена в состав поставки ОС Windows. Она помогает открыть доступ к другим компьютерным устройствам через модем, последовательный порт либо с помощью протокола telnet. Если Гипертерминал отсутствует, то пользователи могут воспользоваться удаленной оболочкой Windows. Если вам необходимо устранить неполадки модема, то вместо Гипертерминала можно использовать «Телефон и модем». При отсутствии программы ее можно с легкостью найти в интернете и загрузить за несколько минут.

В данной статье приведена подборка схем, позволяющая собрать несложное, но крайне полезное устройство: переходник Com .

Последовательный порт (RS-232), или как еще его называют COM-порт, предназначен для обмена информацией между компьютером и периферийными устройствами. Последовательным его назвали потому, что обмен данными по нему происходит бит за битом по одному.

Первоначально COM порт предназначался для соединения модема с компьютером. В дальнейшем к нему стали подключать мышь, сканер прочую периферию. Так же имеется возможность с помощью COM порта организовать прямое соединение двух компьютеров.

На сегодняшний день подавляющее большинство компьютеров не оснащаются RS-232 разъемом, поскольку широкое распространение получил стандарт USB. Но еще существуют многого внешних устройств работающих только с COM портом (различные программаторы, диагностическое оборудование, ресиверы и пр.). Выходом из данной ситуации является использование устройства переходник COM-USB. Ниже приведем несколько вариантов наиболее популярных схем данного переходника.

Полноценный переходник — COM адаптер для USB порта

на микросхеме FT8U232BM

Основа данной схемы является микросхема FT8U232BM — производителя FIDI Ltd . Устройство построенное по данной схеме поддерживает все сигнальные уровни (DCD, RX, TX, DTR, GND, DSR, RTS, CTS, RI) согласно распиновки COM порта.

Для согласования TTL уровней RS232 интерфейса с уровнями микросхемы FT8U232BM используются две микросхемы 74НС00. Микросхема памяти 93С46 предназначена для хранения персонального номера (PID), код изготовителя (VID), а так же заводской номер устройства. Данную микросхему можно и не устанавливать. В этом случае к компьютеру возможно будет подключить всего лишь 1 создающее виртуальный COM-порт устройство. Микросхему памяти AT93С46 возможно заменить на AT93C66, AT93C56. Прошивается 93С46 непосредственно на плате при помощи фирменной утилиты производителя FTDI.

(1,4 Mb, скачано: 2 224)

(1,7 Mb, скачано: 1 935)

Упрощенный вариант на FT8U232BM

Это схема упрощенного USB-COM адаптера, который поддерживает только сигнальные линии RX, TX, RTS, CTS RS232 интерфейса. Для согласования уровней com порта с цифровыми уровнями FT8U232BM в схему добавлена .

Схема переходника для COM с USB на PL2303

Следующая схема построена на микросхеме PL2303HX, которая является преобразователем интерфейса USB в RS232. Производитель PL2303HX — Тайваньская фирма Prolific . В данной схеме также используется приемо-передатчик MAX232, преобразующий сигналы RX, TX.

Для правильной работы необходимо установить драйвер для виртуального COM-порта. Для этого скачиваем и устанавливаем драйвер по нижеприведенной ссылке.

(3,5 Mb, скачано: 2 599)

Затем настраиваем виртуальный порт: выставляем в окошке «управление потоком» — НЕТ. Затем выбираем свободный номер порта.

USB — COM переходник на микроконтроллере Attiny2313

Питание осуществляется непосредственно от шины питания USB. Вся схема собрана на односторонней плате (SMD и ТН варианты). Устройство поддерживает только сигналы Rx и Tx.

Прошивку к переходнику, рисунок печатной платы (SMD и TH), а также программу терминал для проверки адаптера можно скачать по ниже приведенной ссылке:

(1,4 Mb, скачано: 2 547)

При , фьюзы необходимо выставить следующим образом:

Для работы устройства необходимо установить драйвер виртуального COM порта. Для этого скачиваем его:

(1,1 Mb, скачано: 2 736)

Теперь вставляем в USB порт компьютера наш адаптер, компьютер должен выдать сообщение «Найдено новое устройство», а затем предложит установить для него драйвер. Выбираем пункт «Установить с указанного места» и нажимаем на кнопку «Далее». Затем в новом окне выбираем путь к папке скаченного и распакованного драйвера и опять жмем кнопку «Далее». Спустя несколько секунд драйвер будет установлен и устройство будет готово к работе.

Сначала пара слов про микросхему PL2303 . Существует 2 распространенных варианта данной микросхемы: новая(var D 2012 г.) и старая(var A 2004 г.). По Datasheet распиновка у них отличается, так что нужно смотреть, какая у вас версия микросхемы. Данная статья касается только старой версии микросхемы.

Вариант переходника с сопряжением уровней.

Микросхема PL2303 способна полностью заменить COM-порт, но я использую только контакты Tx и Rx. Остальные откидываю за ненадобностью. Схема данного переходника представлена на рисунке 1.

Для сопряжения уровней между USB и COM портом я использую микросхему MAX232. Эта микросхема нужна из-за того, что в классическом COM-порту логические уровни это +-12 вольт, а USB работает с уровнями 0-5 вольт.

Рисунок 1 - Схема переходника USB-COM-порт на микросхеме PL2303 с сопряжение уровней

Печатная плата этого переходника содержится в файлах к статье.

Вариант переходника без сопряжения уровней

Если нет необходимости в сопряжении уровней, можно отбросить часть схемы с микросхемой MAX232. После изменения получается схема представленная на рисунке 2. Данная вариация схемы хорошо подходит для подключения микроконтроллеров по UART (масса у микроконтроллера и переходника должна быть общая).

Рисунок 2 - Схема переходника USB-COM-порт на микросхеме PL2303 без сопряжения уровней

Печатная плата так же содержится в файлах к статье.

На рисунке 3 представлено готовое устройство. Хотя изначально плата была сделана для первого варианта, позже микросхема MAX232 была демонтирована за ненадобностью. Сейчас переходник успешно применяется для связи микроконтроллеров AVR c компьютером по UART.

Рисунок 3 - Фото готового устройства

Драйвер для микросхемы PL2303

За драйвером идем на сайт производителя и скачиваем последнюю версию драйвера. Ссылка на драйвер

Возможные проблемы

Проблема с драйвером, пишет "Запуск этого устройства невозможен. (Код 10)". Есть два варианта решения:

1) установить старую версию драйвера. Скачать старый драйвер можно там же. У меня windows 10 и этот способ мне не очень помог.

2) скачать костыль к драйверу (лежит в файлах к статье.). Не помню откуда взял, но мне помогло. После скачивания:

• ser2pl.inf- правой кнопкой и установить
• Все скопировать в С:/Windows/System32/Drivers

Для проверки работоспособности переходника нужно замкнуть контакты Rx Tx и отправить в COM-порт какие-нибудь данные, данные должны вернуться. Для мониторинга СOM-порта я использую программу Advanced Serial Port Monitor .

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
U1	Преобразователь USB в RS-232	PL2303	1			В блокнот
U2	ИС RS-232 интерфейса	MAX232	1	если надо		В блокнот
C1, C22	Конденсатор	22 пФ	2			В блокнот
C3, C88	Конденсатор	1 мкФ	6			В блокнот
R1, R2	Резистор	27 Ом	2			В блокнот
R3	Резистор	1.5 кОм	1

Путем некоторых нехитрых манипуляций (описание которых более подходит для хабра) и загрузчик и арч были водружены на карту памяти и устройство было включено. Однако, после загрузки меня ждал черный экран и горящий зеленый светодиод на «апельсине».

Ну не беда, подумал я. На «апельсине» распаян UART, подключусь как я к нему терминалом да посмотрю что происходит. Были куплены необходимые детали и провод и спаян вот такой кабель (картинка под спойлером)

Нубский вариант кабеля

Тот кто в теме, сразу поймет в чем я был не прав, сделав такой кабель, и таких среди читающих больше половины. Я же заподозрил неладное после того как увидел кракозябры, которые плевал в терминал мой «апельсин». Именно понимание причины моей глупейшей ошибки и побудило меня к действиям, описанным ниже.

1. В чем разница между UART и RS232

Разница в уровнях. Последовательный интерфейс, реализованный в Orange Pi и других подобных устройствах, основан на TTL-логике, то есть нулевому биту соответствует нулевой уровень напряжения, а единице уровень в +5 В. RS232 использует более высокий уровень напряжения, до 15 В, и единице соответствует -15 В, а нулю +15 В. Для увеличения помехозащищенности канала как ноль воспринимается любой уровень напряжения ниже 3 В по модулю. Протокол передачи данных на уроне последовательности логических значений и у UART и у RS232 абсолютно одинаков. Всё это иллюстрируется следующей диаграммой передачи байта

Вот как я мог об этом забыть? В бытность своей работы в электровозостроительном НИИ эти вещи я знал. А тут почему-то глупость сморозил. В общем стало понятно, что нужен некий преобразователь уровней с инвертированием сигнала. Выбор пал в сторону подключения всего хозяйства к COM-порту, который есть на матплате моего домашнего компьютера. Хотя конечно можно было посмотреть в сторону UART <-> USB, ибо старинный последовательный интерфейс неуклонно теряет актуальность. Однако моя склонность к более простым решениям победила и в качестве кандидата на приобретение всплыл вот такой девайс

Продаваемый на том же «али» за 464 рубля. В принципе, такое можно было найти и в магазинах или на радиорынке в моем городе, но зуд сделать что-то руками уже был разбужен. Поэтому я отверг мысли о покупке платы сопряжения и решил попробовать сделать её самостоятельно.

Надо сказать, что с паяльником я вообще-то дружу. В школе и университете до покупки первого компьютера пайка всякой полезной и не очень ерунды была для меня главным увлечением. Но я жил в деревне, были девяностые годы. Денег особо не было, компоненты доставались путем разборки попавшего в поле зрения радиохлама. Источником информации были книги из районной библиотеки - «интернеты» тогда были далеко не у каждого. Богатого инструмента тоже не было. Фольгированный текстолит и хлорное железо были легендарным чудом. В общем было трудно.

После покупки компьютера вся увлеченность переключилось на него. А скил паяльщика мелких усилителей-приемничков положен на полку. Так что я «чайник». Поэтому ко многому из того, о чем я напишу ниже, прошу относится снисходительно. И эта статья, по большому счету для таких же «чайников» как и я.

2. Выбор схемы устройства и его компьютерное моделирование

Схему подобного девайса найти в сети раз плюнуть. Таких схем реально много. Выбор пал на такое решение

Сердцем всего устройства является микросхема типа MAX232 - преобразователь уровней, действующий по принципу "зарядового насоса ". Повышение напряжения с 5 в осуществляется за счет поочередной зарядки внешних конденсаторов C4 и C5. В моменты выдачи сигнала на RS232 эти конденсаторы соединены последовательно, и напряжение накопленное в них складывается. При обратной передаче микросхема работает как делитель. В обоих направлениях передачи сигнала происходит его инвертирование.

Диод VD1 играет роль «защиты от дурака» - запирает цепь питание при подаче напряжения неверной полярности.

Прежде чем приступать к изготовлению устройства я решил посмотреть, как всё это будет работать, поэтому начал с моделирования будущего устройства в среде Proteus. Для испытания схемы был собран виртуальный стенд

Первое что хотелось сделать - смоделировать всё, включая цепи питания, так как меня интересовало влияние диода на работу схемы. По умолчанию в Proteus пины питания на микросхемах скрыты и подтянуты к плюсу нужного уровня и земле. Чтобы их разблокировать, нужно, во-первых, отобразить скрытые пины. Для этого идем в меню Template -> Set Design Colors и ставим галку Show hidded pins

В котором ставим галки Draw body и Draw Name. После этого выделяем всю микросхему, включая текст, которым подписаны выводы и правой кнопкой меню выбираем Make Device. Нам будет предложено выбрать имя для нового устройства и сохранить его. Всё, после этого цепи питания будут включены в процесс симуляции явно.

Далее, передавать по UART будем нечто осмысленное, например букву «A» кодируемую в ASCII кодом 65 в десятиричной системе счисления или последовательностью 01000001b в двоичной. Кроме того, чтобы иницировать передачу необходимо послать стартовый бит с уровнем «0», а для завершения передачи послать один или два стоп-бита уровнем «1». Таким образом, временная диаграмма кадра, передаваемого по UART будет выглядеть так

Для формирования подобного сигнала используем источник именуемый Digital Pattern Generator (DPATTERN) с настройками вида

Ширина импульса в 104 микросекунды соответствует скорости 9600 бод. Форма сигнала задается строковым шаблоном где «L» означает низкий уровень, а «F» - высокий уровень. Соответственно наша строка будет выглядеть как «FLFLLLLLFLF». Контроль принимаемых в RS232 данных будем производить виртуальным терминалом, настроив его так

Не будем использовать бит четности, и будем использовать один стоп-бит. Кроме того, скажем что сигнал, подаваемый на терминал инвертирован, что соответствует протоколу RS232. Запустив моделирование схемы получаем осциллограмму сигналов и вывод в виртуальный терминал

По каналу A идет выходной сигнал, подаваемый в COM-порт. На канале B - входной TTL-сигнал. В терминал выводится заветная буква «A». Таким образом мы убеждаемся в том, что предлагаемая схема вполне работоспособна. В теории.

3. Подбор и покупка компонентов

Из ближайших к месту моего обитания магазинов, где можно разжиться радиодеталями есть два заслуживающих внимания: магазин «Радиодетали» на Буденовском проспекте (это город Ростов-на-Дону) и магазин «1000 радиодеталей» на проспекте Нагибина, напротив ТЦ «Рио». Последний выгодно отличается тем, что у него есть сайт , правда довольно древний, и видимо лениво обновляемый (и сделанный на Joomla...). Поползав по прайсу я подобрал список того, что мне нужно прикупить.

Сразу скажу, я тщательно избегал SMD-компонентов в виду своей неопытности. Поэтому я выбрал MAX232CPE в исполнении для монтажа в отверстия. Такие же взял и электролиты и диод. Однако по место оказалось, что в наличие только микросхема MAX232CWE - то же самое, только… SMD! Подумав с секунду я согласился с предложением продавца - надо же когда-то начинать… Конденсаторов на 15 В не нашлось, зато нашлись на 100 В той же емкости и тех же габаритов. Ну ладно, тоже ничего. Вместо разъема DB-9 типа «папа» мне предложили «маму». Таким образом получился следующий список

Хлорное железо, цапон лак и текстолит, разумеется не были использованы полностью. Кроме того, в этот список я не включил приобретенный инструмент: простенькую паяльную станцию (ибо до этого располагал только 40 ваттным паяльником с медным жалом), бокорезы и маленькие плоскогубцы, ножницы по металлу для резки текстолита, жидкий канифольно-спиртовый флюс ЛТИ-120 ну и так далее. В общем эта эпопея стоила мне порядка 3000 рублей.

В общем компоненты были куплены и принесены домой. 40-пиновые PLS-колодки были отпилены под нужное число контактов. Один из контактов вынут, с целью обеспечения однозначности соединения. Отверстие в гнездовой колодке, соответствующее вынутому пину заделано полиэтиленом.

4. Сборка устройства на макетной плате и проверка работы

В принципе, для такого простого девайса это и не обязательно. Но я же «чайник», поэтому прежде чем делать плату, решил все-таки проверить схему в реальной работе.

Сложнее всего пришлось с микросхемой. Чтобы впаять её на макетную плату пришлось извратится с подпайкой двенадцати ног к медным проводникам. Вышел паук-монстр о двенадцати ногах

В этот момент я понял две вещи: хорошо, что я все-таки купил паяльную станцию. А плохо то, что мне придется изрядно повозится с этой мелкотой. В общем компоненты были запаяны на «макетку», схема собрана с «апелисновой» платой. Питание +5 В взято с «апельсина» - 2-й контакт на двухрядной 40-пиновой штыревой колодке

Для коннекта с устройством использовался терминал putty, который есть и под Linux, и в отличие от minicom имеет цветной вывод и не требует дополнительной настройки на ввод символов в терминал с клавиатуры.

В общем, плата заработала - по экрану терминала побежали строчки лога загрузки: сначала от u-boot а потом и от ядра linux

Надо ли говорить как я обрадовался: во-первых схема работает правильно, а во-вторых - линукс на «апельсине» установлен верно, нормально работает в многопользовательском режиме

Неработающий HDMI-разъем и отсутствие Ethernet-интерфейса, таким образом связано с настройкой самого дистрибутива. Эти проблемы, разумеется будут решены и речь тут не о них. Поэтому перейдем к следующему пункту программы

5. Разводка печатной платы

Делал её в Altium Disigner. Разводку платы лучше делать после того, как куплены компоненты. Возможно, как и в моем случае, потребуется установка дополнительных библиотек компонентов для Altium. Размеры компонентов и топология посадочного места для каждого должны соответствовать фактически имеющимся деталям. Тут о меня не обошлось без досадной оплошности, но об этом ниже.

Скажу сразу - не пользуйтесь автоматической разводкой. Возможно это и настраивается, но авторазводка норовила протащить дорожку между ног у конденсаторов, что при расстоянии в 2 мм между ними делает дорожку шириной около четверти миллиметра, что для меня как для «чайника» было слишком круто. Да и интуиция подсказывала, что таких вещей желательно избегать. Поэтому я использовал ручную разводку (опираясь на результаты автоматической), задав в правилах разводки ширину дорог 0,5 мм (Design -> Rules -> Routing -> Width)

Кроме того, по умолчанию Altium полагает, что плата двухслойная. Чтобы заставить его разводить одностороннюю плату в правилах разводки следует указать разводку в одном слое, скажем в Top Layer

Схема была набрана в редакторе схем

При этом надо учитывать тот факт, что свободные неподпаянные входы микросхемы (ноги 8 и 10) следует подтянуть к земле, иначе Altium не скомпилирует схему для передачи её в редактор плат.

В итоге, путем самостоятельных ковыряний в программе и уроков Алексея Сабунина цель была достигнута и плата разведена

Все компоненты с монтажом в отверстия расположились с чистой стороны текстолита, а микросхема, в силу SMD-исполнения - со стороны дорожек. Для вывода разводки схемы на печать необходимо создать в проекте устройства так называемый Output Job File

Который настраивается следующим образом. В списке опций настройки выбираем Documentation Output и щелкаем на Add New Docimentation Outpu, выбирая в появившемся меню PCB Prints и проект платы, касающийся нашего устройства.

Переименовываем появившийся пункт документации, назовем его скажем LUT, по транслитерации технологии (ЛУТ), которую собираемся использовать для перевода рисунка платы на медь. Правой кнопкой мыши щелкаем по LUT и в контекстном меню выбираем Configure. В настройках слоев выводимых на печать оставляем только два пункта: Top Layer и Multi-layer и расставляем галки как показано на скрине

Галка Mirror нужна в частности для зеркального отображения рисунка на печати. Это важно, иначе при переводе рисунка на медь получится зеркальное отражение наших дорожек, а нам это не надо. Кроме того, следует заглянуть в Page Setup

Чтобы выбрать формат бумаги и обратить внимание на масштабный коэффициент (Scale). При первой печати он оказался равен 1,36 почему-то, а должен быть равен единице

Теперь жмем Print. У меня нет своего принтера, поэтому я распечатал в PDF используя Foxit Reader, а затем отнес полученный файл на флешке в ближайшую ко мне «шарашку», в которой распечатал рисунок на глянцевой фотобумаге. В итоге получилось вот это

Размер платы вышел 62 х 39 мм, по этому размеру ножницами по металлу вырезан кусочек текстолита. Раньше я пилил текстолит ножовкой и часто (а точнее всегда) это получалось ужасно. Ножницами же выходит ровненько, без мусора и повреждения токопроводящего слоя.

6. Изготовление печатной платы

Был выбран метод ЛУТ (лазерно-утюжная технология) из-за своей простоты и доступности. Руководством к действию послужила . Старался не нарушать технологию: прошелся по меди нулевкой, обезжирил, правда не ацетоном, ибо не нашел где купить, а универсальным обезжиривателем на основе уайт-спирита, купленным в Lerua Merlin. Тщательно и с усилием прогладил бутерброд из текстолита и рисунка уюгом на максимальной температуре. Или из-за того, что где-то ошибся, или потому что не дал остыть заготовке, или просто в «шарашке» экономят тонер на принтере, в общем вышло не очень

Однако, я благоразумно запасся перманентным маркером Edding 404, которым, не без помощи своей любимой жены (с прокачанным скилом подведения ресниц и рисования узоров на ногтях) обвел все дорожки

Далее был разведен раствор 6-ти водного хлорного железа из расчета около 180 грамм на 300 мл воды (воду набрал из-под крана, горячую) и плата была брошена на съедение в кювету для травления. Чтобы протравить плату и не отравить при этом жену, операцию производил на закате на балконе

«Хлоняк» не подвел, ходят ходят слухи что часто продают некачественный. Травление заняло 13 минут, последние островки меди уходили прямо на глазах. Главное не забывать периодически пинать плату пинцетом по кювете и следить за процессом. Как только лишняя медь исчезнет, достаем плату срочно и промываем обильным потоком воды.

После промывки, протирки и просушки настает момент истины. Надо снять защитное покрытие. Я пытался делать это уайт-спиритом,

Но дело шло туго. Потом жена предложила свою жидкость для снятия лака для ногтей - этот чудо-эликсир смыл покрытие мгновенно (я до сих пор в ужасе от того, какими реактивами пользуются наши женщины. Красота - страшная сила!)

Не подвел и маркер - все дорожки уцелели

После очистки защитного покрытия можно приступать к сверлению отверстий. И вот тут я совершил досадную ошибку - у меня не оказалось сверла на 0,5 мм, и вместо того чтобы отложить дело до завтра, купив нужное сверло, я поторопился и взял миллиметровое, посчитав что оно подойдет. В итоге я повредил многие контактные площадки, к счастью не сильно и не бесповоротно. Но все же никогда не спешите. Как говорил мой знакомый Марк из лаборатории кафедры мехатроники Мюнхенского университета, где я проходил преддипломную практику «Дмитрий, для каждой работы бери подходящий инструмент». И он был тысячу раз прав.

7. Лужение платы и пайка компонентов

Места пайки компонентов должны быть покрыты тонким блестящим слоем припоя. Это основное условие успешности работы. Я не стал лудить дорожки целиком. Во-первых, побоялся покоробить их, а во-вторых всё равно собирался покрывать плату цапон лаком. Так что я облудил лишь места пайки. Для этого кисточкой наносим на них канифольно-спиртовый флюс ЛТИ-120 и паяльником, разогретым до 250-300 градусов, с жала которого свисает крохотная капелька припоя, проводим по нужным точкам платы. За счет увеличения флюсом поверхностного натяжения припой растекается по точно контактным площадкам.

После этого была разобрана «макетка», проводки удалены с микросхемы и в первую очередь была припаяна она. Аккуратно руками или пинцетом помещаем микросхему на её место в соответствии с цоколевкой, так чтобы каждая ножка заняла свою площадку. Затем ряды ножек смазываем флюсом. Короткими и точными движениями касаемся всех ножек по очереди, не забывая набирать припой на жало паяльника (но не слишком много, достаточно маленькой капли). Если всё сделано верно, то ножки паяются к площадка очень быстро и точно, без «соплей» и перемыкания соседей. На запайку микросхемы у меня ушло меньше минуты, а я делаю это впервые. Вдохновило меня на этот подвиг такое видео , за что я очень благодарен его автору. Всё оказалось действительно не так страшно.

Похожим образом я разобрался и с остальными деталями. Главное тут аккуратно обрезать выводы деталей на нужную длину - я оставлял торчать над дорожкой не более миллиметра вывода, и правильно и аккуратно согнуть их, если требуется. Важно, крайне важно никуда не торопиться и делать всё вдумчиво. В итоге получилось то что получилось

От «соплей» уйти не удалось, но для первого раза вышло довольно сносно, хоть меня, вероятно и раскритикуют.

8. Проверка цепей и ещё одна досадная ошибка

После пайки смываем весь флюс спиртом, берем в руки мультиметр и звоним все цепи, с целью проверки их проводимости и соответствия принципиальной схеме. И вот тут бяка подкралась незаметно. Разъем COM-порта оказался распаяна зеркально! «Земля» сидела на первой ноге вместо пятой, Rx - на четвертой вместо второй. И я до сих пор не пойму как, ведь при разводке в Altium всё было верно. Это осталось для меня загадкой. Никакой загадки - просто имея по факту разъем «маму», при формировании схемы в Altium всё равно использовал «папу». Отсюда и зеркальная распайка, получившаяся в итоге. К счастью я решил эту проблему соответствующей распайкой кабеля, предназначенного для подключения девайса в COM-порту компьютера. Но из-за этой ошибки COM на плате оказался таким вот «проприетарным».

В остальном монтаж оказался верным и я, распаяв соединительные кабели и прибрав рабочее место, подключил новенькую плату к «апельсину» и компьютеру

По окну терминала снова побежали строки лога загрузки. Я был счастлив!

9. Наводим «красоту»

С целью защиты контактов от окисления и придания девайсу вида «промышленного» плата была окрашена зеленым цапон лаком. Все метки, нанесенные перед монтажем перманентным маркером были этим самым лаком смыты. Ну да ладно… Вот фото готового изделия вместе с комплектом кабелей

Теперь можно приступить к дальнейшей доводке ПО для «апельсина». Теперь я не буду слеп и нем, а смогу налаживать систему через последовательный терминал.

Заключение

Это было интересно. Интересно для меня, потому что впервые. Первое устройство спроектированное на компьютере и собранное на печатной плате своими руками. И если кто-то иронично усмехнется, то пусть вспомнит, что он тоже когда-то делал это впервые… Добавить метки