Usando o computador - A porta serial (ART228)

 

Em outro artigo mostramos que é possível controlar remotamente diversos tipos de aplicativos usando a porta paralela de um computador. Nela, ela era possível obter 8 linhas de controle que poderiam ser usadas para ativar dispositivos os mais diversos a partir de um programa. A ativação pelo programa permitiria o uso de um joystick, do teclado ou mesmo do mouse no controle de dispositivos externos. No entanto, temos ainda um outro recurso importante para o controle de dispositivos pelo PC que é a porta serial. É justamente dela que falaremos neste nosso artigo que encerra a série.

 

 

A porta paralela de um computador, conforme vimos no artigo anterior, fornece 8 linhas de controle que podem ser acessadas através de um conector DB-25 encontrado na parte posterior de qualquer computador.

No entanto, o uso da porta paralela em algumas aplicações traz algumas desvantagens. Uma delas é a necessidade de termos que empregar tantas linhas de sinais quanto sejam os dispositivos a serem controlados. Assim, se vamos controlar uma interface com 8 relés, precisamos de pelo menos 9 fios, 8 para os sinais e um para o retorno , conforme mostra a figura 1.

porta serial

 

A porta paralela tem ainda a desvantagem de que os sinais não podem ser enviados muito longe, no máximo uns 3 metros, pois a linha paralela que os conduz é sujeita à interferências, atenuações e ruídos. A interface no objeto controlado não pode estar longe do computador, conforme mostra a figura 2.

 

Outra desvantagem está no custo elevado de um cabo longo com diversos condutores (cabo de impressora) e no fato de que ele não é muito flexível nem leve, permitindo assim que o objeto controlado, se for móvel, tenha uma boa liberdade de movimentos.

Uma solução muito melhor para o controle de dispositivos externos remotamente usando o PC é a que faz uso da porta serial.

 

A Porta Serial

Em lugar de enviarmos os comandos separadamente cada um por um fio, o que podemos fazer é enfileirar esses comandos e mandá-los seqüencialmente através de um par único de condutores, conforme mostra a figura 3.

 

Nestas condições dizemos que os dados ou sinais são enviados serialmente, o que exige tanto um circuito especial para a transmissão como um circuito especial para a recepção.

Os computadores já possuem estes circuitos e por isso possuem uma porta serial que tanto pode enviar dados desta forma como pode recebê-los. A porta serial de um computador pode tanto usar um conector DB-9 de 9 pinos como um DB-25 de 25 pinos com as disposições mostradas na figura 4.

 

As portas seriais de um computador normalmente são chamadas COM1 e COM2.

Apesar da vantagem de usar apenas dois fios e também de permitir o uso de cabos bastante longos, o que dá mais mobilidade aos dispositivos controlados, principalmente se eles forem móveis, o sistema de envio de sinais de controle pela porta serial tem algumas desvantagens:

* A velocidade de transmissão dos sinais não é tão alta como a que podemos conseguir com a porta paralela.

* O circuito para a recepção dos sinais é mais complexo do que aquele que precisamos para receber sinais da porta paralela.

 

Mas, existem ainda outros pontos positivos a serem considerados: os sinais de uma porta paralela podem ser facilmente transmitidos sem fio, usando transmissores de RF ou links infravermelhos, o que não ocorre com os sinais da porta paralela.

Vejamos então como tudo isso pode ser aproveitado para usarmos a porta paralela no desenvolvimento de projetos de controle remoto.

 

 

Os Sinais

Na porta paralela temos sinais que correspondem a zero volt para o nível 0 e 5 V para o nível 1.

A porta serial trabalha com sinais que seguem um padrão internacional denominado RS-232 daí também chamarmos a porta serial de porta RS-232. Segundo esse padrão os sinais devem variar entre dois valores bem definidos de tensões positivas e negativas, conforme mostra a figura 5.

 

Assim, levando em conta que no percurso de uma linha longa, o sinal pode atenuar (diminuir de intensidade) prevê-se que o circuito receptor seja projetado para operar dentro de uma certa faixa de valores que permita que ele reconheça os níveis lógicos.

A configuração normal de uma interface RS-232, ou seja, de um sistema de comunicações pela porta serial faz uso de 9 sinais, mas num controle remoto simples, podemos usar apenas 3 linhas de informação, conforme mostra a figura 6.

 

Assim, na prática, existem circuitos que fazem a conversão dos sinais recebidos de modo que eles possam ter a intensidade suficiente para excitar um circuito decodificador.

O circuito decodificador é a UART ou Universal Assynchronous Receiver/Transmiter que tem os blocos mostrados na figura 7.

 

A finalidade da UART é devolver os sinais que chegam serialmente à sua forma paralela de modo que possam ser processados pelos circuitos que vão acionar as cargas num sistema de controle remoto.

Existem várias UARTs e driver muito comuns nos projetos que envolvem a comunicação serial e que podem ser usados num sistema de controle remoto.

Veja que esses circuitos podem ser ligados diretamente a transceptores que em lugar de uma linha física entre as estações de comando e o objeto comandado podem empregar sinais de rádio ou infravermelho (IR), obtendo-se um sistema com a estrutura mostrada na figura 8.

 

Muitos microprocessadores e microcontroladores como os PICs, 80C51, MSP430, COP8 que podem ser usados para processar funções complexas num sistema por controle remoto, possuem entradas compatíveis com a interface RS-232.

Um exemplo disso é dado pelo Basic Stamp, que pode ser programado por uma entrada Serial a partir de um PC de modo a controlar um robô, conforme mostra a figura 9.

 

Conforme podemos ver, este módulo que pode ser programado pela RS-232 , têm um modem interno capaz de interpretar seus sinais. Desta forma, podemos usar um disposiivo deste tipo para controlar remotamente um robô ou outro veículo. Mais informações sobre esta aplicações podem ser obtidas na revista Mecatrônica Fácil, número 6.

Para trabalhar com circuitos digitais a partir dos sinais de uma porta serial é preciso antes converte os sinais que variam entre -7,5 V/-15 V a +7,5/+15 V em sinais TTL ou CMOS. Um circuito muito usado para esta finalidade é o MAX232 que tem a pinagem mostrada na figura 10.

 

Esse dispositivo também faz a operação inversa graças a uma "charge pump", bomba de carga que consegue aumentar a tensão de 5 V de um circuito TTL para +/-10 V.

Para que possamos recuperar os sinais da forma serial para paralela e vice versa e necessário empregar uma UART. Uma das mais comuns é a 16550 que tem a pinagem mostrada na figura 11.

 

Observe que esta UART possui um barramento de dados em que tanto podemos aplicar os dados paralelos que devem ser transmitidos na forma serial como tiramos os dados paralelos, recebidos na forma serial.

 

Conclusão

O trabalho com sinais na forma serial é um pouco mais complexo na forma paralela, se bem que existam circuitos integrados que possam fazer a conversão. No entanto, trata-se da forma normalmente empregada pelos modems.

Quando falamos em modems não se trata apenas do tipo empregado no acesso à internet. Um modem deve ser usado sempre que se pretender enviar dados digitais serialmente, através de fibras ópticas, linhas telefônicas, linhas de energia, raios infravermelhos ou mesmo sinais de rádio.

Os leitores interessados em se aprofundar no emprego da tecnologia digital no controle remoto ou no envio de dados à distância podem encontrar muitas informações avançadas em livros, já que se trata de artigo que está um grau acima daquilo que pretendemos mostrar nesta nossa seção de controle remoto.

 

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