Proto Invention
PC Interface กองบรรณาธิการ
UCON-UART บอร์ดแปลงสัญญาณพอร์ต USB เปนสัญญาณสื่อสารข้อมูลอนุกรม
แผงวงจรที่จะชวยใหงานสื่อสารขอมูลกับคอมพิวเตอร ผานพอรต USB งายขึ้น โดยไมตองพึ่ง การเขียนไดรเวอรที่แสนซับซอน
ามารถสื่อสารข้อมูลอนุกรมกับคอมพิวเตอร์ เหมือนกับการสื่อสารผ่านพอร์ต อนุกรมแบบเดิม โดยไม่ต้องใช้วงจรแปลงระดับสัญญาณเพิ่มเติม (หรือไม่ต้อง ใช้ MAX232 นั่นเอง)
นอกจากนั้นยังสามารถใช้งาน UCON-UART เปนบอร์ดควบคุมอุปกรณ์ ภายนอกผ่านพอร์ต USB อย่างง่ายส�าหรับมือใหม่ที่สนใจการเชื่อมต่ออุปกรณ์ ภายนอกผ่านพอร์ต USB ได้อีกด้วย
แบบสามารถเขียนโปรแกรมด้วย Visual Basic , Visual C หรือ Borland Delphi เพื่อติดต่อได้ทันที
คุณสมบัติทางเทคนิค • ใช้ไอซี FT232RL ในการแปลงสัญญาณ
• มี LED แสดงสถานะการท�างานทั้งรับและส่งข้อมูล • มีจุดต่อตามมาตรฐานของพอร์ตอนุกรมครบทุกสัญญาณ ประกอบด้วย
TxD, RxD, DTR, DSR, RTS, CTS, DCD และ RI
• ใช้ไฟจากพอร์ต USB เลี้ยงวงจรพร้อมทั้งมีจุดต่อไฟเลี้ยงเพื่อใช้เลี้ยง วงจรภายนอกได้ แต่ต้องไม่เกิน 100mA
• มีจั๊มเปอร์ส�าหรับเลือกระดับสัญญาณลอจิกของขาสัญญาณได้ว่า จะมี ระดับสัญญาณทีทีแอล 5V หรือ 3.3V 48
• สามารถน�าไปเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์เบอร์ใดๆ ก็ได้เพื่อให้ส
นี่คือโครงงานที่ช่วยให้ผู้ใช้งานไมโครคอนโทรลเลอร์หรืออุปกรณ์ที่ต้องมี การสื่อสารข้อมูลอนุกรมกับคอมพิวเตอร์ผ่านทางพอร์ต USB สามารถท�างาน ได้ง่ายขึ้น สามารถใช้ความรู้และโปรแกรมเดิมของคุณที่เคยท�างานผ่านพอร์ต อนุกรมมาสื่อสารผ่านพอร์ต USB ได้โดยแก้ไขน้อยมากจนถึงไม่ต้องแก้ไขเลย
The Prototype Electronics
• ไดรเวอร์ก�าหนดเปนพอร์ตอนุกรมเสมือน (virtual COM port) ที่สมบูรณ์
• ไดรเวอร์ต่างๆ สามารถดาวน์โหลดและอัปเดตโดยไม่มีค่าใช้จ่าย และ สามารถใช้งานกับระบบปฏิบัติการวินโดวส์ และ MAC OS ได้
การทํางานของวงจร รูปที่ 1 แสดงวงจรสมบูรณ์ของบอร์ด UCON-UART หัวใจหลักของวงจร คือ IC1 เบอร์ FT232RL ซึ่งเปนไอซีแปลงสัญญาณพอร์ต USB เปนสัญญาณ พอร์ตอนุกรม (USB to Serial converter) เชื่อมต่อกับพอร์ต USB และใช้ไฟ เลี้ยง +5V จากพอร์ต USB เลี้ยงวงจรทั้งหมด รวมถึงน�าไฟเลี้ยง +5V นี้ต่อออก ไปเลี้ยงวงจรและอุปกรณ์ภายนอกที่น�ามาต่อพ่วงได้ด้วย แต่ต้องมีการใช้กระแส ไฟฟารวมไม่เกิน 100mA ก็เรียกว่า สามารถใช้ขับ LED, ติดต่อกับไอซี และวงจร ขับโหลดได้พอสมควร
K3
20 VCC 16 USBDM 15 USBDP
+VUSB DD+ GND
K1 USB PORT
R1-R2 27
C1 0.1µF
+5V
4 VCCIO
+3.3V
C2 10µF
JP1 C3 0.1µF
TxD DTR RTS RxD RI DSR DCD CTS
17 C4 0.1µF
K2 GND
3V3OUT
IC1 FT-232RL
CBUS4 27 OSCI CBUS2 28 OSCO CBUS3 18 GND CBUS0 21 GND CBUS1 7 GND RESET# 26 TEST AGND 25
+VUSB +3.3V TxD DTR RTS RxD RI DSR DCD CTS
1 2 3 5 6 9 10 11 K4
12 13 14 23 22 19 LED1 Rx R3 220
LED2 Tx R4 220
SLEEP TxDEN PWREN TxLED RxLED RESET GND
LED3 USB R5 220 +VUSB
รูปที่ 1 วงจรของ UCON-UART บอร์ดแปลงสัญญ�ณพอร์ต USB เปนพอร์ตอนุกรม
สัญญาณที่ออกจาก IC1 จะมีสัญญาณพอร์ตอนุกรมครบทั้ง 8 เส้น และมีเอาต์พุตขับ LED เพื่อแสดงสถานะด้วย ในวงจรมี LED แสดงสถานะ 3 ตัวที่ท�างานด้วยลอจิก "0" ประกอบด้วย
LED1 ใช้แสดงสถานะการรับข้อมูล
LED2 ใช้แสดงสถานะการส่งข้อมูล
LED3 แสดงสถานะการเชื่อมต่อกับพอร์ต USB
ด้วยการท�างานของ IC1 ท�าหน้าที่แปลงการสื่อสาร USB เปน สัญญาณพอร์ตอนุกรมครบทั้ง 8 เส้น จึงน�าไปท�างานทดแทนวงจรเชื่อมต่อ กับพอร์ตอนุกรม RS-232 เดิมได้ทันที (2.1) ล�ยทองแดงด้�นบน
(2.2) ล�ยทองแดงด้�นล่�ง
รูปที่ 2 ล�ยทองแดงของแผ่นวงจรพิมพ์
ในปัจจุบันไมโครคอนโทรลเลอร์หรือไอซีพิเศษต่างๆ มีการท�างานที่ ระดับแรงดัน +3.3V มากขึ้น บอร์ด UCON-UART จึงมีจั๊มเปอร์ให้สามารถ เลือกระดับแรงดันเอาต์พุตของไอซีที่ต้องการติดต่อด้วยว่าเปนระดับลอจิก +5V หรือระดับลอจิก +3.3V นอกจากนั้น IC1 ยังมีขาพอร์ตเพิ่มเติมที่สามารถต่อออกมาใช้งานดัง แสดงที่จุดต่อ K3 การสร้าง ในรูปที่ 2 แสดงลายทองแดงของแผ่นวงจรพิมพ์ของบอร์ด UCONUART เปนแผ่นวงจรพิมพ์แบบ 2 หน้าเพลตทรูโฮลด์ มีการวางอุปกรณ์ แสดงในรูปที่ 3 การบัดกรีอุปกรณ์ตัวแรกที่ต้องท�าคือ บัดกรี IC1 เข้าที่ด้าน บนของแผ่นวงจรพิมพ์ ต้องใช้ความปราณัตในการบัดกรีพอสมควรครับ เพราะ IC1 เปนอุปกรณ์แบบ SMD และขาบัดกรีก็ค่อนช้างชิดและมีขนาด เล็ก จากนัน้ จึงบัดกรีตดิ ตัง้ อุปกรณ์ทเี่ หลือเริม่ จากตัวต้านทาน, LED, ตัวเก็บ ประจุ และคอนเน็กเตอร์ เมือ่ เสร็จแล้วก็เข้าสูก่ ารทดสอบในล�าดับต่อไป
รูปที่ 3 ก�รว�งอุปกรณ์บนแผ่นวงจรพิมพ์ The Prototype Electronics
49
PC Interface : UCON-UART การติดตั้งไดรเวอร์ของ UCON-UART ที่คอมพิวเตอร์ (1) ดาวน์โหลดไฟล์ USBDriverInstallerV2.04.16.exe จาก www. parallax.com หรือ www.tpemagazine.com (2) ท�ำการติดตั้งไฟล์ไดรเวอร์ของ FT232RL ด้วยการดับเบิลคลิกที่ ไฟล์ USBDriverInstallerV2.04.16.exe จากนั้นจะปรากฏหน้าต้างแจ้งการ ติดตั้งครู่หนึ่ง (3) เสียบสาย USB เข้ากับบอร์ด UCON-UART จากนั้นน�ำปลายอีก ด้านของสาย USB เสียบเข้ากับขั้วต่อ USB ของคอมพิวเตอร์ (4) ที่บริเวณมุมขวาล่างของคอมพิวเตอร์จะปรากฏข้อความแจ้งว่า ตรวจพบฮาร์ดแวร์ใหม่ จากนั้นไดรเวอร์ที่ติดตั้งไว้ก่อนหน้านี้จะท�ำการเชื่อม ต่อบอร์ดกับคอมพิวเตอร์อย่างอัตโนมัติ
รูปที่ 5 การต่อสัญญาณ RxD และ TxD ของบอร์ด UCON-UART เข้าด้วย กันเพื่อทดสอบการทำ�งาน
การตรวจสอบต�ำแหน่งพอร์ตอนุกรมที่ติดตั้งที่คอมพิวเตอร์ หลังจากที่ตอบอรด UCON-UART เรียบรอย LED3 สีเขียวซึ่งใช ในการแสดงสถานะของพอรต USB จะติดสวางเปนการแสดงวาบอรดได เชื่อมตอก ับพอรต USB อยางสมบูรณแลว ล�ำดับตอไปเปนการตรวจสอบ ต�ำแหนงข องพอรตอนุกรมเสมือนหรือ Virtual COM port หรือ USB serial port ที่เกิดขึ้นจากการท�ำงานของไอซี FT233RL และไดรเวอร มขี ั้นตอนโดย สรุปดังนี้ (1) ที่หนาตาง Control Panel เลือกเปดท ี่หัวขอ System (ในกรณีที่อยู ในโหมดการแสดง classic view ) หรือเลือกจากหัวขอ Performance and Maintenance > System (เมื่ออ ยูใ นโหมด Category view ) (2) เลือกแท็บ Hardware แลวเลือกคลิกปุม Device Manager จะ ปรากฏหนาตางทแี่ สดงรายละเอียดฮารดแวรตางๆ ที่ติดต ั้งอยูภายในเครื่อง คอมพิวเตอร ใหเลือกทหี่ ัวขอ Ports (COM & LPT) สังเกตวา ต�ำแหนงข อง USB Serial Port มีว งเล็บดานหลังระบุต�ำแหนงไวเปนพอรตท ี่เทาไหร ดัง ในรูปที่ 4 โดยในรูปจะเปนต�ำแหนง COM3 เมื่อเขียนโปรแกรมกับบอรด UCON-UART จะตองติดตอท ี่ต�ำแหนง COM3
รูปที่ 6 แสดงการทำ�งานของ UCON-UART ที่หน้าต่าง Hyper Terminal ทดสอบรับส่งข้อมูลผ่านโปรแกรม Hyper Terminal ท�ำได้ง่ายๆ ด้วยการเชื่อมต่อขา Txd (ส่ง) และ RxD (รับ) เข้าด้วยกัน ดังในรูปที่ 5 จะท�ำให้ UCON-UART ส่งข้อมูลจากขา TxD แล้วรับข้อมูล กลับผ่านทางขา RxD ส�ำหรับโปรแกรม Hyper Terminal เป็นโปรแกรมที่ติดตั้งอยู่แล้ว ภายในเครื่องคอมพิวเตอร์ เพื่อใช้ในการสื่อสารข้อมูลในรูปแบบต่าง ๆ ทั้ง รับและส่งข้อมูล หรือรับและส่งไฟล์ โดยมีขั้นตอนการก�ำหนดค่าเพื่อใช้กับ บอร์ด UCON-UART ดังนี้ (1) ไปที่หน้าต่าง Accessories เลือก Communications เลือก HyperTeminal เพื่อเปิดโปรแกรม (2) ส�ำหรับการใช้งานครั้งแรก ผู้ใช้ต้องระบุรูปแบบการเชื่อมต่อเสีย ก่อน โดยก�ำหนดชื่อ และเลือกไอคอนที่ต้องการ เพื่อในการใช้งานครั้งต่อ ไปสามารถใช้คลิกที่ชื่อนี้เพื่อเข้าสู่รูปแบบการสื่อสารที่ต้องการได้ จากนั้น ก�ำหนดพอร์ตที่ใช้เชื่อมต่อ ส�ำหรับตัวอย่าง จะเป็น COM3
รูปที่ 4 แสดงตำ�แหน่งของพอร์ตอนุกรมเสมือนที่เกิดจากการทำ�งาน ของ UCON-UART 50
The Prototype Electronics
(3) ก�ำหนดมาตรฐานในการสื่อสารข้อมูลอนุกรม ซึ่ง ถ้าไม่ก�ำหนดค่า ตั้งต้น จะเป็น 9600 8N1 คือ บอดเรต 9600 บิตต่อวินาที จ�ำนวนบิตข้อมูล 8 บิต ไม่มีการตรวจสอบพาริตี้ และจ�ำนวนบิตปิดท้าย 1 บิต
(4) โปรแกรมจะแสดงหน้าต่างการสือ่ สารข้อมูลออกมา ถ้าท�าการเชือ่ ม ต่อสายระหว่าง ขา TxD และขา RxD ไว้แล้ว การปอนค่าข้อมูลต่างๆ จาก คียบ์ อร์ด ข้อมูลเหล่านัน้ จะถูกส่งกลับมายังคอมพิวเตอร์แล้วถูกน�ามาแสดงที่ หน้าจอ ดังรูปที ่ 6 (5) ในการส่งข้อมูลแต่ละครั้งให้สังเกต LED ที่ต�าแหน่ง TxD และ RxD จะติดกะพริบแสดงถึงการรับและส่งข้อมูลด้วย การน�าไปใช้งาน ส�าหรับงานด้านไมโครคอนโทรลเลอร์ บอร์ด UCON-UART จะช่วย ให้ไมโครคอนโทรลเลอร์อย่าง P89V51RD2 (ของ NXP), MB89F202 (Fujitsu), โมดูลเบสิกแสตมป 2 สามารถดาวน์โหลดเฟร์มแวร์ผ่านทาง พอร์ต USB ได้เลย แต่ต้องไม่ลืมจ่ายไฟให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ด้วย นอกจากนั้นหากมีการพัฒนาโปรแกรมในขั้นก้าวหน้า ขาสัญญาณ ของ FT232RL จะสามารถท�าหน้าที่เปนพอร์ตอินพุตเอาต์พุตได้ด้วย ก็งายๆ เทานี้ครับ สิ่งที่ยากสุดของการสรางโครงงานนี้คือ การบัดกรี ไอซี FT232RL จะตองใชความระมัดระวังและใจเย็นๆ สิ่งที่แลกไดมาคือ บอรดสําหรับสื่อสารขอมูลและติดตอกับอุปกรณภายนอกผานพอรต USB ราคาประหยัด แตมีความสามารถเกินตัว ปล. ใน TPE ฉบั บ นี้ มี บ ทความซี รี ส เ ชิ ง ปฏิ บั ติ ก ารที่ ว า ด ว ยการใช ง าน UCON-UART กับ Visual Basic Express 2008 เชิญติดตามกันไดครับ
www.tpemagazine.com
*************************************************** รายการอุปกรณ์
*************************************************** ตัวต้านทาน SMD ขนาด 0805 R1, R2 - 27Ω 2 ตัว R3-R5 - 220Ω 3 ตัว ตัวเก็บประจุ C1, C3, C4 - 0.1µF 50V แบบ SMD ขนาด 0805 3 ตัว C2 - 10µF 16V อิเล็กทรอไลต์ 1 ตัว อุปกรณสารกึ่งตัวนํา IC1 - FT232RL 1 ตัว LED1, LED2 - ไดโอดเปล่งแสงสีเหลือง 3 มม. 2 ตัว LED3 - ไดโอดเปล่งแสงสีเขียว 3 มม. 1 ตัว อื่นๆ K1 - คอนเน็กเตอร์ USB แบบ B ขาลงแผ่นวงจรพิมพ์ 1 ตัว JP1 - คอนเน็กเตอร์ IDC 3 ขาตัวผู้ ขาห่าง 2 มม. และจั๊มเปอร์ 2 มม. 1 ชุด K2 - คอนเน็กเตอร์ IDC 2 ขาตัวตัวเมียแถวเดี่ยว ขาห่าง 2.5 มม. 1 ตัว (อุปกรณ์เสริม ในกรณีต้องการใช้) K3 - คอนเน็กเตอร์ IDC 11 ขาตัวผู้แถวเดี่ยว ขาห่าง 2.5 มม.และคอนเน็ก เตอร์ IDC 11 ขาตัวเมียแถวเดี่ยว ขาห่าง 2.5 มม. อย่างละ 1 ตัว (อุปกรณ์ เสริม ในกรณีต้องการใช้) K4 - คอนเน็กเตอร์ IDC 7 ขาตัวผู้แถวเดี่ยว ขาห่าง 2.5 มม.และคอนเน็ก เตอร์ IDC 7 ขาตัวเมียแถวเดี่ยว ขาห่าง 2.5 มม. อย่างละ 1 ตัว (อุปกรณ์ เสริม ในกรณีต้องการใช้) แผ่นวงจรพิมพ์ UCON-UART แหลงซื้ออุปกรณ - อุปกรณ์ทั้งหมด รวมทั้งบอร์ดพร้อมใช้งาน มีจ�าหน่ายที่ อิเลคทรอนิคส์ ซอร์ซ โทร. 0-2623-9460-7 , 0-2623-8364-6 - หากต้องการเฉพาะแผ่นวงจรพิมพ์หรือชุดคิตและบอร์ดพร้อมใช้งาน ดูรายละเอียดในหน้า TPE shop ท้ายเล่ม
The Prototype Electronics
51