MAX232 Nedir? Bağlantı Şeması ve Kondansatör Seçimi

MAX232, 5 V ile çalışan bir mikrodenetleyicinin UART sinyallerini RS-232 seviyelerine, RS-232 sinyallerini de 5 V lojik seviyesine çeviren 16 bacaklı bir sürücü/alıcı entegresidir. İçindeki şarj pompası, dışarıdan bağlanan dört adet 1 µF kondansatörle tek 5 V beslemeden RS-232 hattının istediği artı ve eksi gerilimleri üretir. İki sürücü ve iki alıcı barındırır, datasheet’ine göre 120 kbit/s hıza kadar çalışır.

Bu yazı entegrenin nasıl çalıştığını, hangi bacağa ne bağlandığını, kondansatörlerin değerini ve yönünü, DB9 konnektör bağlantısını ve sahada en çok yapılan hataları datasheet değerleriyle anlatır. İncelenen ürünler: MAX232N (Texas Instruments, DIP), MAX232CWE (Analog Devices/Maxim, geniş SO) ve MAX232EPE (Analog Devices/Maxim, DIP, geniş sıcaklık aralığı).

MAX232 ne işe yarar?

Mikrodenetleyicinin UART çıkışı 0 V ile 5 V arasında çalışır. RS-232 standardı ise aynı biti çok farklı bir gerilimle taşır: lojik 1 hatta −3 V ile −15 V arası, lojik 0 ise +3 V ile +15 V arası bir gerilimdir. −3 V ile +3 V arası tanımsızdır. Yani iki taraf arasında hem gerilim genliği hem de polarite farkı vardır ve UART pinini doğrudan seri porta bağlamak çalışmaz, üstelik hattan gelen eksi gerilim mikrodenetleyici girişine zarar verebilir.

MAX232 bu iki dünyayı birbirine bağlar. Sürücü (T) kanalları lojik sinyali alıp RS-232 seviyesine çıkarır, alıcı (R) kanalları hattan gelen sinyali 5 V lojik seviyesine indirir. Her iki yönde de sinyal terslenir: Texas Instruments datasheet’indeki fonksiyon tablosuna göre TIN düşükken TOUT yüksek, RIN yüksekken ROUT düşüktür.

Şarj pompası nasıl çalışır?

Şarj pompası, kondansatörleri anahtarlayarak bir gerilimi katlayan veya tersleyen devredir. MAX232’nin içinde iki pompa bulunur. Maxim datasheet’inin anlatımıyla ilki C1 kondansatörünü kullanarak 5 V’u ikiye katlar ve V+ ucunda C3 üzerinde depolar. İkincisi C2 kondansatörünü kullanarak bu gerilimi tersler ve V− ucunda C4 üzerinde depolar. Yüksüz durumda bu değerler ±10 V’tur. Texas Instruments’ın tipik devresinde ise aynı uçlar için yaklaşık +8,5 V ve −8,5 V gösterilir.

V+ ve V− regüleli değildir, yük arttıkça düşer. Maxim datasheet’i bu uçlardan harici devreye yalnızca küçük bir akım çekilebileceğini ve sürücü çıkışının ±5 V’un altına inmesine yol açacak kadar yüklenmemesi gerektiğini belirtir. Bu uçları başka bir devrenin besleme kaynağı gibi görmemek gerekir.

MAX232 özellikleri ve önemli parametreler

İki üreticinin MAX232’si aynı bacak dizilimine sahiptir ve temel değerleri örtüşür. Seçimi çoğu zaman kılıf ve sıcaklık aralığı belirler:

MAX232 pin bağlantısı

İlk altı bacak şarj pompasına, 7–14 arası bacaklar iki sürücü ve iki alıcıya, son iki bacak beslemeye aittir. Texas Instruments datasheet’i 9–12 numaralı bacakların UART veya genel lojik hatlarına, RS-232 tarafındaki bacakların ise konnektöre veya kabloya gideceğini belirtir.

MAX232 bağlantı şeması

En yaygın kullanım tek kanaldır: mikrodenetleyicinin TX ucu T1IN’e (11), RX ucu R1OUT’a (12) bağlanır. T1OUT (14) ve R1IN (13) konnektöre gider. Bilgisayarın 9 pinli seri portunda 2 numara RXD, 3 numara TXD, 5 numara sinyal toprağıdır. Kart üzerine dişi DB9 konup bilgisayara düz kabloyla bağlanacaksa T1OUT 2 numaraya, R1IN 3 numaraya, toprak 5 numaraya gider.

Kondansatör değeri ve yönü

MAX232 için her iki datasheet de 1 µF değerini verir. Texas Instruments, kutupsuz seramik kondansatörlerin kullanılabileceğini, kutuplu tantal veya elektrolitik seçilirse şemadaki yönlere uyulması gerektiğini yazar. Yönler şöyledir:

• C1: artı ucu 1 numaralı bacağa, eksi ucu 3 numaralı bacağa.
• C2: artı ucu 4 numaralı bacağa, eksi ucu 5 numaralı bacağa.
• C3: artı ucu 2 numaralı bacağa (VS+). Diğer ucu Texas Instruments şemasında toprağa gider ve aynı datasheet VCC’ye de bağlanabileceğini not eder. Maxim şemasında VCC’ye bağlıdır.
• C4: eksi ucu 6 numaralı bacağa (VS−), artı ucu toprağa. VS− toprağa göre negatif olduğu için artı uç toprakta kalır.
• C5: VCC ile toprak arasında 1 µF besleme kondansatörü.

Baskı devrede kondansatör yollarını kısa tutmak gerekir. Texas Instruments bunun özellikle kenarları en hızlı olan C1 ve C2 düğümlerinde önemli olduğunu belirtir.

Seçerken ve kullanırken dikkat edilecekler

Besleme 5 V olmalı

MAX232’nin çalışma aralığı 4,5 V ile 5,5 V arasıdır, 3,3 V ile beslenemez. Texas Instruments, VCC’nin TIN bacaklarını süren lojik devreyle aynı kaynaktan alınmasını önerir. 5 V hattını bir lineer regülatörden alıyorsanız 7805 ile AMS1117 karşılaştırması regülatör seçiminde yardımcı olur.

3,3 V mikrodenetleyiciyle kullanım

Sürücü girişleri 2 V ve üstünü lojik 1 kabul ettiği için 3,3 V’luk bir TX çıkışı T1IN’i sürebilir. Sorun ters yöndedir: R1OUT, 1 mA yükte en az 3,5 V verir ve VCC’ye yakın bir seviyeye çıkar. Girişi 5 V toleranslı olmayan bir 3,3 V mikrodenetleyicide bu seviye sınırın üstündedir. Tamamen 3,3 V çalışan bir kartta, 3 V beslemeyle çalışan RS-232 alıcı-vericilerini seçmek daha doğrudur. Bu parçalar sürücü, alıcı ve alıcı-verici entegreleri kategorisinde yer alır.

Kullanılmayan kanallar

Sürücü girişlerinde dahili yukarı çekme dirençleri vardır (Maxim datasheet’inde 400 kΩ), bu nedenle kullanılmayan T2IN boş bırakılabilir. Alıcı girişi açık kaldığında ROUT yüksek seviyede durur. İkinci kanal gerekirse RTS/CTS akış kontrolü için kullanılabilir.

Galvanik yalıtım yoktur

MAX232 yalnızca seviye çevirir, iki cihazın toprakları 5 numaralı pin üzerinden birleşir. Farklı topraklara bağlı cihazlar arasında yalıtım gerekiyorsa UART tarafına optokuplör eklenir ve MAX232 tarafı ayrı, yalıtılmış bir 5 V kaynaktan beslenir. Hızlı veri hatlarında optokuplör seçimi için optokuplör direnç hesabı ve CTR tasarımı yazısına bakılabilir.

Sık yapılan hatalar

• TX ve RX’i ters bağlamak. Mikrodenetleyicinin TX ucu T1IN’e, RX ucu R1OUT’a gider. RS-232 tarafında bir cihazın çıkışı karşı cihazın girişine bağlanır.
• C4’ü ters takmak. Elektrolitik veya tantal C4’ün artı ucu toprakta olmalıdır. Ters takılan kutuplu kondansatör ters gerilim altında kalır.
• MAX232’ye düşünmeden 0,1 µF takmak. Texas Instruments MAX232 için değerleri 1 µF ile verir. Maxim seçim tablosu MAX232’yi 0,1 µF ile de listeler, ancak bu durumda veri hızını 64 kbit/s olarak gösterir. 0,1 µF ile tam hız için tasarlanan sürüm MAX232A’dır.
• Boştaki hattın negatif olmasını arıza sanmak. UART boştayken TX yüksektir, sürücü tersleyici olduğu için T1OUT eksi gerilimde bekler. Bu normaldir.
• VS+ ve VS− uçlarından akım çekmek. Bu uçlar regülesizdir, yüklendikçe RS-232 çıkış genliği düşer.

Örnek hesap: 115200 baud MAX232 için uygun mu?

115200 baud’da bir bitin süresi 1 / 115200 ≈ 8,68 µs’dir. Bu hız, datasheet’te önerilen en yüksek hız olan 120 kbit/s’nin altındadır.

Kenar süresine de bakmak gerekir. Texas Instruments datasheet’i geçiş bölgesi değişim hızını 3 kΩ ve 2,5 nF yükte tipik 3 V/µs olarak verir. Alıcı için anlamlı geçiş −3 V ile +3 V arasındaki 6 V’luk bölgedir:

t = 6 V / 3 V/µs = 2 µs

2 µs, 8,68 µs’lik bit süresinin yaklaşık %23’üdür. Kısa kabloda ve hafif kapasitif yükte kenarlar daha hızlıdır, ağır yükte bitin kayda değer bir kısmı geçişe harcanır. 115200 baud’da uzun ve kapasitesi yüksek kablolarla hata görülmesinin sebebi budur.

Hat akımı da kolayca bulunur. Karşı taraftaki alıcının giriş direnci tipik 5 kΩ’dur. Maxim datasheet’i 5 kΩ’luk bir alıcıyla yüklü sürücü çıkışını tipik ±8 V olarak verir. Bu durumda hat akımı 8 V / 5 kΩ = 1,6 mA olur. Texas Instruments sürümünde yüksüz besleme akımı tipik 8 mA olduğundan boştaki güç tüketimi 5 V × 8 mA = 40 mW civarındadır. Maxim sürümünde tipik 5 mA ile bu değer 25 mW’tır.

Devre çalışmıyorsa ölçüm sırası

1. 16 ve 15 numaralı bacaklar arasında 4,5 V – 5,5 V olduğunu doğrulayın.
2. 2 numaralı bacakta (VS+) toprağa göre yaklaşık +8,5 V ile +10 V arası, 6 numaralı bacakta (VS−) benzer büyüklükte, çoğu zaman biraz daha küçük bir negatif gerilim olmalıdır. Bu gerilimler yoksa kondansatör değerlerini, yönlerini ve lehimleri kontrol edin.
3. UART boştayken T1OUT (14) eksi gerilimde olmalıdır. 3 kΩ yükte garanti edilen değer −5 V veya daha negatiftir.
4. T1OUT’u (14) R1IN’e (13) kısa devre edip veri gönderin. Gönderilen veri R1OUT’tan (12) aynen geri geliyorsa entegre ve kondansatörler sağlamdır, sorun kablo veya konnektör tarafındadır.

Sık sorulan sorular

MAX232 3,3 V ile çalışır mı?

Hayır. MAX232’nin besleme aralığı 4,5 V – 5,5 V’tur. 3,3 V sistemlerde 3 V beslemeyle çalışmak üzere tasarlanmış RS-232 alıcı-vericileri kullanılır.

MAX232’de hangi kondansatör kullanılır?

Dört adet 1 µF şarj pompası kondansatörü ve VCC ile toprak arasına 1 µF besleme kondansatörü kullanılır. Seramik, tantal veya elektrolitik olabilir. Kutuplu kondansatörlerde yön önemlidir, C4’ün artı ucu toprağa bağlanır.

MAX232 ile MAX232A arasındaki fark nedir?

Maxim datasheet’indeki seçim tablosuna göre MAX232, 1 µF kondansatörle 120 kbit/s hıza kadar çalışır (0,1 µF ile 64 kbit/s). MAX232A ise 0,1 µF kondansatör kullanır ve 200 kbit/s hıza çıkar. Bacak dizilimleri aynıdır.

MAX232 çıkışında kaç volt ölçülür?

Sürücü çıkışı 3 kΩ yükte en az ±5 V, tipik olarak ±7 V civarındadır. Yüksüz hatta gerilim şarj pompası çıkışlarına yaklaşır. Boştaki TX hattında eksi gerilim görülür.

MAX232 kısa devreye dayanıklı mı?

Texas Instruments datasheet’ine göre sürücü çıkışları toprağa kısa devreye karşı korumalıdır ve kısa devre akımı tipik ±10 mA’dir. Aynı anda birden fazla çıkışın kısa devre edilmemesi gerektiği de belirtilir.

Sonuç

MAX232, 5 V’luk bir kartı RS-232 portuna bağlamanın yalın bir yoludur. Bir entegre, beş adet 1 µF kondansatör ve doğru TX/RX yönü yeterlidir. Tasarımda üç noktayı baştan netleştirmek işi kolaylaştırır: besleme 5 V mu, kılıf delik içi mi yüzey montaj mı, çalışma sıcaklığı 0–70 °C aralığını aşıyor mu. Deney tahtası (breadboard) ve delikli kart için MAX232N, yüzey montaj kartlar için MAX232CWE, −40 °C’ye kadar inen ortamlar için MAX232EPE uygun seçeneklerdir.

Kaynaklar

• Texas Instruments, MAX232 Dual EIA-232 Drivers and Receivers datasheet (SLLS047N)
• Maxim Integrated, MAX220–MAX249 +5V-Powered, Multichannel RS-232 Drivers/Receivers datasheet