Fırat DEVECİ

USB to RS232/RS485/TTL Çevirici: USB2RSx

  • 8 ay önce, Fırat DEVECİ tarafından yazılmıştır.
  • 24 Yorum
  • 6.558 Kişi Okudu

USB-COM PortSeri iletişim, her ne kadar yarım yüzyıllık bir haberleşme yöntemi olsa da, endüstriyel ortamda çalışan herkes için hâlâ kullanılan, güvenilir bağlantı çeşitlerinden biridir.

Gelişen bilgisayar sektörü ve sonrasında USB’nin standart haline gelmesi, özellikle taşınabilir cihazlar üzerinde, endüstriyel ortamda çok sık kullanılan seri/paralel port kavramlarının yok olmasına neden oldu.

Bu yüzden günümüzde, USB3.0 ve USB Type-C’lerin konuşulduğu bir ortamda, endüstriyel/elektronik bağlantı çeşidi olarak USB/Seri haberleşme dönüştürücüleri kullanmak zorunlu hale gelmiştir.

USB/Seri Dönüştürücüler
FTDI_LogoYukarıda anlattığımız problemler ortaya çıkınca piyasada kullanıcılar için sunulmuş bir çok USB/UART entegresinin yanında bunların içerisinde bulunduğu USB/RS232 ya da USB/RS485 tarzı cihazları sık görür olduk. FTDI‘nın bu konuda lider olduğu pazara daha sonraları Microchip, ST gibi bir çok diğer oluşum da dönüştürücüleri ile katıldı. Hatta bu ivmeyi gören çoğu Çinli üretici de ucuz ürünlerini piyasaya sürdü.

Piyasada bulunan dönüştürücü ve ürünler, bir çok durumda işe yarasa da özellikle projeler içerisine şebeke ile çalışma, yüksek güçler, izolasyon gereksinimi girdiğinde yetersiz kalmaya başlamaktadır. Bunun yanı sıra her gün güncellenen işletim sistemleri ile birlikte yaşanan driver uyumsuzlukları ya da entegrelerin bu uyumsuzluk sorunlarından dolayı sıkıntılı çalışmaları da bilinegelen bir gerçektir.

USB2RSx projesi işte tam da yukarıdaki sorunlara çözüm bulma adına ortaya çıkmıştır; sorunsuz driver, yüksek gerilim sınıflı izolasyon, yüksek hız, sorunsuz bağlantı, RS232 ve RS485 aynı pakette.

USB2RSx: USB to RS232/RS485/TTL Çevici
USB2RSx, USB 2.0 üzerinden çalışabilen izolasyonlu ve çok opsiyonlu bir dönüştürücü olarak tasarlandı. Tasarlanan dönüştürücünün özellikleri aşağıda görülebilir.

USB2RSx Özellikleri
– FTDI FT230X Tabanlı Dönüştürücü
– Driver Kurmadan Otomatik Tanıma (Windows İçin)
– 2M Baud Hızında RS485
– 2M Baud Hızında RS232
– 3kV İzolasyon
– Dijital İzolasyon Entegresi ile Opto Yaşlanma Sorunu Yok
– RS232/RS485 Seçilebilir
– Küçük ve Kompakt Kutu

Piyasada bulunan bir çok dönüştürücü, ucuz olması adına optocoupler kullanılarak yapılmaktadır. Opto izolasyonlu cihazlar özellikle yüksek hızlara çıkılmak istendiğinde sıkıntı yaratabilmektedir. Özellikle haberleşme mesafelerinin kısa olduğu uygulamalarda 115200 ve yukarısı baud değerlerine ulaşmak için maliyeti çok yüksek sayılabilecek dönüştürücüler kullanılır.

USB2RSx: Devre Tasarımı
USB2RSx ile ilgili devre şeması aşağıda görülebilir. Resmin üstüne tıklarsanız büyüyecektir, devre incelemesini daha iyi anlamak için, ilgili şemayı bilgisayarınıza indirmenizde fayda olacaktır.USB2RSx_Circuit
USB Soketi: Devrenin ilk tasarımında giriş tarafındaki USB soketinin kare ya da mini olması seçiminde tercihimi mini USB’den yana kullandım. Bunun nedeni, kare USB’nin (yazıcılarda genelde görürüz) sık bulunamamasıydı. Firmalar da artık kullanıcılara sundukları geliştirme kitlerinde ya da programlayıcılarında mini USB kullandıklarından, bu tasarımda da aynı akım sürdürüldü.

USB/UART Dönüştürücü: Bu bölüm dönüştürücüde kritik rol oynadığından, no name bir dönüştürücüdense FTDI’dan FT230x tercihinde bulundum. Piyasada FTDI dönüştürücüleri arasında FT232RL çok popüler olsa da hem sahte ürünlerin çokluğu hem de fiyat farkından dolayı FT230x bir adım daha öne çıkarak tercih nedeni oldu. FT230x, 3Mbaud hızı ve çift uyarı ledi ile de yapacağımız iş için biçilmiş kaftan oldu. Yalnızca sahip olduğu paket nedeniyle, elde lehimlemesi zor bir entegre olduğunu söylemek gerek.

5V to 5V İzolasyonlu Çevirici:
DCtoDCİzolasyon kısmının en önemli elemanlarından biri USB bölümünden gelen gerilimi, izolasyonlu bölüme aktarmaktır. Bu anlamda üreticilerin sunduğu bir çok alternatif bulunsa da kompakt ve içerisinde her şeyi barındıran dönüştürücüler hem yer hem de performans açısından oldukça yararlı olabilmektedirler. Bu anlamda RECOM, Murata ve Mornsun adlı firmaların 5V/5V dönüştürücüleri haberleşme sistemleri açısından oldukça faydalılar ve uzun süredir iyi dönüşlü deneyimime tabii oldular. Tek eksik yanları fiyat olsa da getirdikleri büyük avantaj nedeniyle hâlâ bir çok sistemde kullanılmaktadırlar. Ben bu tasarımda Mornsun F0505XT-1WR2 1W seçerek ilerlesem de aynı paket ve boyutlarda bir çok firmanın daha dönüştürücüsü olduğunu unutmamak gerekiyor.

Çift Yönlü Data İzolatör: İzolasyonlu haberleşmenin en önemli aşamalarından birisi, haberleşmeyi gerçekleştirecek elemandır. Bu eleman hem iletişimi çift yönlü sürdürebilmeli, hem küçük yer kaplamalı hem de hızlı olabilmelidir. Bu anlamda dijital izolatörler yüksek frekanslı bu sinyalleri, amplitude modülasyon (AM) tekniği kullanarak ya da silicon dioxide bariyer ile sinyalleri karşı tarafa aktarırlar. Bu anlamda araştırmalar yapıldığında genellikle Texas’ın entegreleri göze çarpar. Bu uygulama da ise izolasyonlu haberleşme işlemleri için “ISO7242” entegresi seçilmiştir. ISO7242Uygulamada RS232 ve RS485 aynı pakette olacağı için TX ve DIR pinleri için çıkış, RX için ise giriş tarafında izolasyon gereksinimi gerekmektedir. Dolayısı ile ISO7242 iki giriş, iki çıkış ile uygulamamız için uygundur.

RS485 Seviye Dönüştürücü: UART TTL sinyal seviyesini RS485 fiziksel katmanına çevirmek için bugün bir çok entegre bulunmaktadır. Bunlardan en popüleri ise SN75176 adlı entegredir. Bugün bir çok üretici tarafından benzer entegre üretilmektedir. Logic seviyede çalışıldığı için SN75176 kolaylıkla 5Mbit düzeylerine çıkabilmektedir. RS485, diferansiyel haberleşme sinyalleri örneğini aşağıda görebilirsiniz. RS485 Signal

RS232 Seviye Dönüştürücü: UART TTL seviyedeki sinyalleri RS232 düzeyine dönüştürmek için günümüzde özellikle MAX232/MAX3232 tarzı entegreler kullanılmaktadır. Yalnız hedefimiz olan 2MBaud değerlerine, piyasada bulunan genel geçer dönüştürücüler çıkamamaktadır (Genelde 250kBaud civarıdır). Dolayısı ile bu uygulamaya özel ve hızlı RS232 çözümünü için, fiyat açısından da ucuz olan EXAR firmasının “SP3232EU” entegresini seçtim. İlgili entegre her ne kadar 1MBaud’a kadar desteklediğini belirtse de 2MBaud değerinde de sorunsuzca kullanılabilmektedir. RS232 haberleşme sinyalleri örneğini aşağıda görebilirsiniz.RS232 Signal

RS232/RS485 Alım Kanalı Seçimi: Belki de projenin en önemli ayaklarından biri RS232 ya da RS485 alıcılarının hangisinin kullanılacağını belirleyen multiplexer entegresidir. RS232 ya da RS485 bölümlerinden hangisi kullanılırsa, diğer kullanılmayan bölümün receive yani alım ayağı TTL seviye olarak High Level’da durur. Bu durum, sinyal alımında seçim yapılmazsa, çakışmalar yaratarak verinin bozuk alınmasına neden olur. Bu sorunu gidermek adına Fairchild firmasından NC7SZ157P6X adlı entegre seçilmiştir. Ayrıca bir seçim jumper’ı da bu iş için kullanılarak RS232 veya RS485 seçimi sağlanmıştır.

Korumalar ve Sinyal Kalitesi Arttırımı: Günümüzde ortaya çıkarılan entegrelerin genelinde ESD koruması mevcut olsa da endüstriyel ortam göz önüne alarak her girişe bir adet ESD koruması konulmasının faydalı olacağını düşünenlerdenim. Bunun yanı sıra RS485 diferansiyel hattına konulacak küçük hat filtresi de özellikle yüksek hızlarda haberleşme çerçevesinin standarda uymasında yardımcı olacaktır.

Opsiyonlar: USB2RSx kartı her ne kadar izolasyonlu olacak şekilde tasarlanmış olsa da bu izolasyona gereksinim duymayan uygulamalar için maliyetten azaltma adına, izolasyonu ortadan kaldıracak jumper birimleri ve TTL seviye sinyal hatlarını dışarı almak için de opsiyon çıkışları tasarıma yerleştirilmiştir.

USB2RSx: PCB Tasarımı ve Elde Etme Süreci
PCB tasarımına başlamadan önce, her zamanki gibi en sorunlu bölüm olan kutu araştırma işlemi ile biraz uğraştıktan sonra en uygun kutuyu Altınkaya’dan bulmuş oldum. HH-050 kodlu kutu yapacağım tasarım ve çalışma koşullarına göre çok uygun gözüktü. Şu an için (19.07.16) fiyatı tekli alımlarda 4.79TL olması da fiyat/performans açısından da oldukça iyi mertebede. Kutunun boyutları 72x104x25mm ve takım halinde satılması da bir avantaj.HH50 Tipi KutuKutu seçiminden sonra uygun delikleri Eagle PCB çizim programına aktarıp çizimi tamamladığımızda aşağıdaki görünüme sahip olduk. Ayrıntılı görmek için üzerine tıklamanız gerekmektedir.USB2RSx PCB EaglePCB çizimi tamamlandıktan sonra Türkiye koşullarındaki en sancılı süreç başlamış oldu: PCB bastırmak. Bu konuda sadece küçük çaplı ya da hobi amaçlı çalışanlar değil, profesyonel anlamda da bir çok firma sorun yaşamakta olduğundan kullanıcılar özellikle elde amatörce basım teknikleri uygulama yoluna yönelmektedirler. Küçük büyük fark etmeksizin alınan tooling ücretleri, PCB firmalarının ilgisiz tavırları bunda büyük etken. Bu anlamda gerek kişisel, gerek profesyonel anlamda çalıştığım firmaların memnuniyetsizliği ise gözler önünde. Umarım çok yakın sürede kangren haline dönüşen bu soruna çözüm olacak yerli bir üretici çıkar.

Bu konuda yurtdışı üreticileri aradığımda PCBway.com en iyi çözüm olarak karşıma çıktı. Paypal’ın Türkiye’den çekilmesinden sonra Aliexpress üzerinden satış yapan firma oldukça ilgili. 10x10cm, çift katlı standart bir PCB için kargo dahil toplam maliyet 22$ civarına çıkıyor. Değişik kargo seçenekleriyle, elde etme süreci hızlansa da, eğer zamanınız varsa HK Post’a güvenilebilir.PCBway PaymentAliexpress üzerinden sipariş alındıktan sonra PCB’nin yapım aşamaları aşağıdaki gibi PCBway sitesinden takip edilebiliyor. Telefonla bile bilgi alınamayan Türk firmaları olduğunu düşününce oldukça faydalı.PCBway Step by StepPCB üretimi sipariş verildikten sonra 3 gün sürüyor. Daha sonrasında HK Post yoluyla 2-2,5 hafta gibi bir süreçte PCB istenilen adrese ulaşıyor; sade, temiz, ucuz.

Gelen PCB’lerin ön ve arka yüzlerini aşağıdaki gibi görebilirsiniz. Ayrıntılı görmek için fotoğrafların üzerilerine tıklamanız gerekmektedir.

1_PCB_TOP2_PCB_BOTTOM

USB2RSx: Devre BOM Listesi ve Montajı
Dönüştürücüde kullanılan malzemelerin bazılarını Türkiye’de bulmak mümkünse de özellikle DC/DC dönüştürücü ve izolasyonlu haberleşme entegresini bulmada sıkıntı yaşanabilir.Tasarladığımız dönüştürücünün BOM listesini aşağıda görebilirsiniz. Detaylar için lütfen listenin üzerine tıklayarak bilgisayarınıza kaydediniz.BOM ListMalzemelerin toplanmış ve kutuya konmuş halini aşağıdaki gibi görebilirsiniz.3_PCB_ALL_COMP4_PCB_RUNNING5_PCB_CASE

USB2RSx: Haberleşme Testleri
USB2RSx cihazının en önemli özelliği 2Mbaud değeri civarında haberleşme olanığını bizlere sunmasıdır. Rigol DS1054Z ile yaptığım, 2Mbaud testlerinde sırasıyla RS232 ve RS485 sinyallerini aşağıda görebilirsiniz. Tüm bu testlerde buradan ulaşabileceğiniz Serial Port Terminal programını kullandım. Sinyallerin sorunsuz ve temiz gözükmesi, özellikle PCB tasarımının ve seçilen malzemelerin uyumluluğunu gözler önüne sermektedir.USB2RSx RS232USB2RSx RS485

USB2RSx: USB to RS232/RS485/TTL Çeviciden Edinmek İçin…
Yukarıda tüm detaylarını verdiğimiz projenin hazır haline ya da PCB’ye ulaşmak veya satın almak isteyen arkadaşlar bana iletişim bölümünden ulaşırlarsa, gerekli bilgileri kendilerine sunabilirim.

Konu ile ilgili tüm sorularınızı yorum bölümünden bana sorabilirsiniz.
Herkese çalışmalarında başarılar dilerim.

  1. Tolga dedi ki:

    Hayırlı olsun, bilgiler için teşekkürler, ilk yorum benden olsun.

  2. Mehmet GÜNDÜZALP dedi ki:

    Şu çalışkanlığına hayran kalmamak mümkün değil Fırat, tebrik ediyorum seni.

  3. Şafak dedi ki:

    Güzel bir çalışma tebrikler. duyurusunu yapmanızdan sonra kısa sürede gerçekleştirmeniz de takdire şayan. Başarılı çalışmalarınızın devamını dilerim.

  4. Hakan dedi ki:

    Hocam çok faydalı oldu. İyiki varsınız.

  5. Serhat dedi ki:

    Güzel çalışma, bilgi paylaşımı için özellikle teşekkürler.

  6. Selçuk dedi ki:

    Yine harikasın, teşekkürler…

  7. Attila dedi ki:

    Merhabalar öncelikle emeginize saglık. Türkiyede bulunmayan parçaları direk digikey aracılıgıyla arada distribütor olmadan mı getirtiyorsunuz? SMD komponentler için önerdiginiz baska baglantılar var mı hocam? iyi çalışmalar

  8. Deniz dedi ki:

    Fırat merhaba

    Öncelikle tebrik ederim çalışmanı çok beğendim
    Fakat 2 adet sorum var.
    Birincisi 3Mbaud hızlarında kim haberleşiyor. Ben bu zamana kadar en fazla 115bin baud da haberleştiğim için bilmediğimden soruyorum bu kadar yüksek hızlara gerek var mı?

    İkincisi olarak izolasyonu bu kadar önemli kılan olay nedir? Sırf haberleşme portları zarar görmesin diye mi? Eğer öyle ise bunun olma olasılığı çok düşük değilmidir?
    İzolasyon olmazsa olmaz mıdır?

    Teşekkür ederim

  9. Zafer dedi ki:

    Kullandığım Laptop’ta ucuz çin malı dönüştürücüler sürekli problem çıkarıyordu, cihazı denedim sorunsuz çalışıyor herhangi bir driver arama derdim olmadı (Win8) aygıt yöneticisinden online ara dediğimde otomatik olarak yüklendi. Teşekkürler!

  10. Kudret Yahya Uzuner dedi ki:

    Merhaba,

    Üründen 1 adet almak istiyorum nasıl temin edebilim? Ücreti ne kadardır? Teşekkürler.

  11. İlyas Emir Ayyıldız dedi ki:

    Merhabalar,
    Ürünü; Pc tarafı RS232, bağlanılacak cihaz kısmı USB olan bir sistem için kullanabilir miyiz? USB tarafındaki cihaza herhangi bir driver yükleyemeyeceğimiz ele alınırsa bu ürün kullanılabilir mi? Eğer kullanılamazsa bu iş için gerekli bir çevirici önerebilir misiniz?

    Saygılarımla;
    iyi günler dilerim.

    • Fırat DEVECİ dedi ki:

      Merhabalar İlyas Bey,

      Benim dönüştürücüm bu işlemi gerçekleştiremez yalnız, böyle bir dönüştürücü neden kullanılır bilmiyorum ve hiç görmedim.

  12. Mustafa KELSAKA dedi ki:

    Fırat hocam eline sağlık ürün çok güzel tasarlanmış, anlatımda gayet güzel olmuş.

  13. Mustafa YILDIZ dedi ki:

    Fırat bey merhaba. Ürünün fiyatını mail adresime gönderebilir misiniz? Satın almayı düşünüyorum

  14. Hasan TURGUT dedi ki:

    Bu ürünün fiyatı nedir, nasıl alabilirim, RS232 çıkışı dişi mi erkek mi?

  15. Sedat dedi ki:

    TTL seviyesinde haberleştiğimiz cihazlarla ilgili çevirici entegrelerin yanması ve parazit gibi sorunlar yaşıyoruz. Danışmanlık hizmeti almak istiyoruz. Mail olarak da bildirdik. Cevap bekliyoruz. Çok güzel çalışmalarınızın devamını diliyoruz.

  16. Feyyaz Ersin dedi ki:

    Tebrik ederim. Ürünü nasıl temin edebilirim?

Yorum Yazınız

error: Content is protected !!