Dwukanałowy port szeregowy dla Raspberry

W module zastosowano sprzętowy, dwukanałowy UART dla magistrali I2C o oznaczeniu SC16IS752 firmy NXP, którego schemat wewnętrzny został pokazany na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat wewnętrzny układu SC16IS752

Układ jest wspierany przez dystrybucje Linuxa dla Raspberry Pi i umożliwia realizację transmisji z typowymi prędkościami, także w trybie z potwierdzeniem sprzętowym i elastyczną konfiguracją ramki przy zachowaniu niewielkiego poboru mocy.

Budowa i działanie

Schemat ideowy modułu został pokazany na rysunku 2. Układ przetwornicy obniżającej U3, typu ADP2108-3.3 dostarcza napięcia zasilającego kluczowe elementy płytki. Zastosowanie dodatkowej przetwornicy 3,3 V/400 mA podyktowane jest koniecznością dostarczenia stabilnego zasilania, także dla radiowych modułów XBEE. Układ U2 gwarantuje prawidłowe uruchomienie układu U1 po włączeniu zasilania.

Rysunek 2. Schemat modułu

Kontroler SC16IS752, dla wytworzenia sygnału zegarowego transmisji wymaga stabilnego generatora, który został zrealizowany poprzez obwód XT, C3, C4. Zwory AL/AH umożliwiają wybór jednego z czterech adresów magistrali I²C 0x48...0x4B. Przy wyborze adresu SC16IS752 należy zwrócić uwagę, czy nie dojdzie do kolizji w aplikacji z popularnymi termometrami I2C. Ponadto, do prawidłowej pracy układ wymaga obsługi przerwania IRQ, które doprowadzone jest do GPIO24.

Sygnały portów szeregowych doprowadzone są do złącz UARTA i UARTB, gdzie dostępne są tylko podstawowe sygnały RXD/TXD wraz z zasilaniem. Na złączach UA i UB dostępne są także sygnały CTS i RTS dla realizacji transmisji ze sprzętowym potwierdzeniem. Układy bramek U4 i U5 zapewniają sygnalizację aktywności portu szeregowego.

Moduły XBEE XA i XB mają możliwość opcjonalnego doprowadzenia sygnałów RTC i CTS zworami oznaczonymi RTA i CTA i RTB i CTB, ale każdorazowo należy upewnić się czy dany moduł obsługuje transmisję ze sprzętowym potwierdzeniem i czy na jego wielofunkcyjnych wyprowadzeniach sygnały potwierdzenia są odpowiednio przypisane. Dodatkowe diody RSSI1/RSSI2 umożliwiają ocenę siły sygnału radiowego, jeżeli moduł XBEE udostępnia odpowiedni sygnał. Dioda LD1 sygnalizuje obecność zasilania 3,3 V.

Montaż i uruchomienie

Moduł zmontowany jest na dwustronnej płytce drukowanej. Schemat płytki i rozmieszczenie elementów pokazuje rysunek 3. Sposób montażu jest klasyczny i nie wymaga dokładnego opisu.

Rysunek 3. Schemat płytki PCB wraz z rozmieszczeniem elementów

Ustawienie adresu na magistrali I²C wykonujemy poprzez zwarcie odpowiednich pól AL i AH kroplami cyny. Domyślny adres modułu to 0x48 (zwora AL=V33, AH nie lutowana). Dla szybkiego sprawdzenia działania, moduł należy podłączyć do Raspberry Pi i skorzystać z biblioteki i2ctools. Moduł powinien być widoczny po odczycie magistrali poleceniem: i2cdetect -y 1, co pokazano na rysunku 4 (ustawiony adres bazowy 7-bitowy 0x48).

Rysunek 4. Detekcja układu SC16IS752 z użyciem i2ctools

Gdy układ jest widoczny na magistrali I²C to można zainicjować jego sterownik, w tym celu edytujemy plik config.txt. Wpisujemy polecenie: sudo nano /boot/config.txt

Na końcu pliku dodajemy linię: dtoverlay=sc16is752-i2c,int_pin=24,addr=0x48

Po edycji i zapisaniu zmian należy zrestartować system poleceniem: sudo reboot now

Po uruchomieniu systemu, przy pomocy polecenia: i2cdetect -y 1. Sprawdzamy czy w miejscu adresu 0x48, pojawi się tekst UU, świadczący o kontroli urządzenia przez driver. Obecność dodatkowego portu szeregowego w systemie możemy sprawdzić poleceniem: ls /dev. Pośród urządzeń powinny znaleźć się ttySC0, ttySC1 odpowiadające portom A i B transmisji szeregowej.

Dla sprawdzenia poprawności transmisji można użyć emulatora terminala minicom lub picocom oraz konwertera USB/UART 3,3 V podłączonego do PC z programem Teraterm lub Terminal.

Łącząc odpowiadające sygnały RTX, TXD i GND modułu i konwertera pamiętając o logice 3,3 V, zestawiamy połączenie szeregowe Pi-PC.

Program minicom lub picocom instalujemy poleceniem: sudo apt-get install minicom lub sudo apt-get install picocom

Po instalacji uruchomiamy poleceniem: sudo minicom

Rysunek 5. Konfiguracja programu minicom

Następnie ustalamy parametry transmisji (ttySC0, ANSI, 115200, 8, N, 1) zarówno w programie minicom jak i w terminalu PC. Menu minicoma wywołujemy kombinacją klawiszy CTRL A+Z, następnie opcje konfiguracji portu P, ustawień terminala T, konfiguracji minicom O, zgodnie z informacjami z rysunku 5. Po konfiguracji, wprowadzone z klawiatury znaki powinny być transmitowane w obu kierunkach pomiędzy Pi i PC, w zależności od aktywnego terminala.

Port ttySC1 sprawdzimy, dla odmiany, emulatorem picocom. Wpisujemy: sudo picocom -b 115200 /dev/ttySC1

W tym przypadku, także powinna być możliwa dwukierunkowa transmisja szeregowa.

Jeżeli wszystko działa możemy moduł zastosować we własnej aplikacji.

Adam Tatuś, EP