Conectando un PIC al Puerto Serie (RS232)

por Mario 31 julio, 2010, 5:58 pm 46 Comments

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.

¡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. 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.

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.

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 adaptadores-inversores 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.

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:

Indicar PIC y velocidad de reloj.
Indicar al sistema que utilizaremos Bootloader.
Inicializar el LCD y declarar las condiciones de uso de la USART.
Declarar las variables que usaremos en el programa.
Colocar el PIC a la “escucha” (HSERIN).
Si al completarse 1 segundo no se reciben datos, se salta a la leyenda de espera de datos.
Se reciben datos y se muestran en el LCD (PRINT).
Los datos que se reciben se transmiten hacia el ordenador (HSEROUT).
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:

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.