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).

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    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

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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