Как соединить сотовый телефон с компьютером
Р. АЛЕКСАНДРОВ, г. Малоярославец Калужской обл.
В статье пойдет речь как о физическом подключении сотового телефона к компьютеру и необходимых для этого адаптеров (кабелей данных), так и о программах, обеспечивающих взаимодействие, и настройке модемного соединения компьютера с сетью Интернет через сотовый телефон.
Для чего нужно соединять сотовый телефон с персональным компьютером? Очевиден факт, что с помощью компьютера намного быстрее и удобнее, чем с клавиатуры телефона, корректировать базу данных о номерах телефонов и их хозяевах. Владельцев нескольких сотовых аппаратов компьютер избавит от необходимости вручную приводить в соответствие записи в памяти каждого из них. Дубликаты баз данных, сохраненные в компьютере, позволят не потерять ценную информацию в случае выхода телефона из строя.
Почти все производители сотовых телефонов поставляют программные утилиты, дающие возможность пользоваться услугами SMS, EMS и MMS с компьютера. Эти утилиты обычно имеют доступ к базе телефонных номеров.
Можно утверждать, что загрузка изображений и полифонических мелодий предусмотрена во всех телефонах, способных их воспроизводить. Однако пользоваться для этого сервисом операторов сотовой связи — дорогое удовольствие. Компьютер позволит каждому, имеющему простейшие навыки работы с графическим редактором, быстро превратить любое изображение или фотографию в миниатюру на дисплее телефона. С мелодиями еще проще. Как правило, телефоны с поддержкой полифонии воспринимают музыкальные файлы формата MIDI.
Сотовый телефон может с успехом послужить модемом для подключения к Интернету. Здесь имеются два варианта: работа по обычному голосовому каналу GSM (оплата повременная, соединившись с сервером, разговаривать по телефону и отвечать на звонки нельзя) и использование сотового телефона в качестве GPRS-терминала (оплачиваются только принятые и переданные данные, скорость обмена выше, телефон можно одновременно использовать по прямому назначению).
Физическое соединение
Существуют три основных способа передачи данных между телефоном и компьютером: по инфракрасному каналу IRDA (телефон и компьютер должны быть снабжены соответствующими портами), по радиоканалу (технология Bluetooth, требующая дорогого дополнительного оборудования) и по обычным проводам. Последний вариант мы и рассмотрим далее. Его легко реализовать даже в любительских условиях, изготовив несложный адаптер.
Для проводной связи с сотовым телефоном используют компьютерные интерфейсы RS-232 (EIA-232) и USB. По физическим характеристикам сигналов и протоколам передачи данных эти варианты существенно различаются.
Популярность интерфейса USB в компьютерном мире сегодня гораздо выше, чем RS-232. Да и многие сотовые телефоны уже снабжены розеткой USB (она есть, например, в аппаратах С250, СЗЗО, С350, С450, С550, V150 фирмы Motorola). Для связи с компьютером в этом случае достаточно кабеля, состоящего только из разъемов и соединительных проводов. При необходимости можно применить стандартный USB-ка-бель, заменив обычную кабельную вилку USB-B (рис. 1,а) миниатюрной USB-miniB (рис. 1 ,б) вилкой, стыкующейся с розеткой телефона.
Рис. 1
У некоторых телефонов (например, Nokia 6610, Nokia 7210) специальный разъем USB отсутствует, но полный набор сигналов этого интерфейса выведен на многоконтактный разъем наряду с другими сигналами.
Однако значительно большее число сотовых телефонов оснащено последовательным асинхронным интерфейсом F-BUS, состоящим из линий Тх (данные из телефона в компьютер), Rx (данные из компьютера в телефон) и общего провода (GND). Скорость передачи может превышать 200 кБод. Другой распространенный интерфейс — M-BUS (иногда CBUS) — отличается от F-BUS объединением ли-ний Тх и Rx в одну двунаправленную и номинальной скоростью передачи всего 9600 Бод. Интересно, что некоторые телефоны (например, фирмы Nokia) оснащены и F-BUS, и M-BUS одновременно.
Принцип передачи данных через эти интерфейсы такой же, как через компьютерный СОМ-порт. На рис. 2 приведены временные диаграммы информационных сигналов при передаче одного восьмиразрядного слова данных (байта).
Рис. 2
Уровни сигналов СОМ-порта компьютера полностью соответствуют стандарту RS-232: лог. О — положительное напряжение 5...15 В, лог. 1 — такое же по абсолютной величине отрицательное. Чтобы формировать сигналы подобных уровней в мобильном телефоне, пришлось бы расходовать на получение повышенного напряжения питания для сравнительно редко используемых интерфейсных узлов дефицитный внутренний объем аппарата и драгоценный запас энергии в его аккумуляторе. По этим причинам ограничились уровнями, обычными для КМОП или ТТЛ микросхем. Лог. 1 соответствует напряжение более +2 В, лог. 0 — близкое к нулевому.
Как видим, соединяя телефон с компьютером, информационные сигналы нужно не только усилить или ослабить (в зависимости от направления передачи), но и логически проинвертировать. Поэтому кабель, связывающий разъемы телефона и компьютера, обязательно снабжают инверторами, служащими одновременно преобразователями уровней. Так как обычно они "спрятаны" в корпусе одного из разъемов, неопытный пользователь может и не подозревать об их наличии.
Расположение девяти контактов наиболее распространенной блочной вилки СОМ-порта компьютера, устанавливаемой на его системном блоке, показано на рис. 3. С ней стыкуют кабельную розетку DB-9F.
Рис. 3
|
Контакт |
Цепь |
Назначение |
Направление |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
DCD RXD TXD DTR SG DSR RTS CIS Rl |
Несущая сигнала данных обнаружена Принимаемые данные Передаваемые данные Терминал к приему готов Общий провод Блок данных готов Запрос передачи Передача разрешена Индикатор звонка |
Вход Вход Выход Вход Выход Выход Вход Вход |
Обобщенная схема соединения сотового телефона, оснащенного интерфейсом F-BUS, с СОМ-портом компьютера показана на рис. 4.
Рис. 4
В тех сравнительно редких случаях, когда в телефоне предусмотрены цепи аппаратного управления обменом RTS и CTS (например, в аппаратах серии J фирмы Sony), их тоже можно соединить перемычкой или установить показанные штриховыми линиями дополнительные инверторы-формирователи A3 и А4, аналогичные А1 и А2 в информационных цепях.
Схема соединения по M-BUS показана на рис. 5. Здесь узел А1 ничем не отличается от одноименного на предыдущей схеме. А вот узел А2 не инвертирует сигнал, но к его выходу подключен инвертор на транзисторе VT1. В отсутствие передачи со стороны компьютера напряжение на линии TXD отрицательное, транзистор VT1 закрыт и не мешает компьютеру принимать данные от сотового телефона. Аналогичным образом выполнена и выходная цепь телефона.
Рис. 5
Телефоны с последовательным асинхронным интерфейсом F-BUS или M-BUS можно соединить с компьютером и по USB. Но для этого необходимо не только изменить уровни сигналов, но и особым образом "упаковать" данные для передачи по USB, "распаковать" принятые. К тому же контроллер, выполняющий все эти операции, должен вести с драйвером USB в компьютере довольно сложный диалог.
Специализированные микросхемы для подобного преобразования выпускают, например, фирмы Future Technology Design и Cygnal. О некоторых из них шла речь и на страницах журнала "Радио" [2]. В кабелях для сотовых телефонов микросхемы—преобразователи интерфейса включают, как правило, по типовым схемам, приведенным в их справочных данных.
А теперь рассмотрим основные варианты преобразователей уровней сигналов, применяемых в "кабелях данных" для подключения к СОМ-порту.
Преобразователи на специализированных интерфейсных микросхемах
Микросхемы-преобразователи уровней ТТЛ (КМОП)—RS-232 широко распространены. Их применяют во всех снабженных интерфейсом RS-232 приборах, в том числе в персональных компьютерах. Самая известная из таких микросхем — МАХ232. Она содержит два преобразователя уровня ТТЛ—RS-232 (передатчика, А1 и A3 согласно рис. 4) и два RS-232—ТТЛ (приемника, А2 и А4 согласно рис. 4).
Эта микросхема снабжена преобразователями напряжения питания +5 В в +10 и -10 В, необходимые для формирования сигналов с уровнями RS-232. Таким образом, внешних источников повышенного или отрицательного напряжения не требуется. Более того, встроенные преобразователи имеют некоторый запас мощности, что позволяет при необходимости питать их выходным напряжением внешние по отношению к микросхеме узлы.
МАХ232 — член большого семейства аналогичных микросхем [3, 4], различающихся числом приемников и передатчиков, номиналами и числом внешних элементов, допустимым интервалом напряжения питания и потребляемым током, типом корпуса и другими параметрами (например, максимальной скоростью передачи данных или степенью защиты от разрядов статического электричества). Такие микросхемы (ADM232, ICL232, HIH232, SP232, ST232 и другие) выпускают многие фирмы. Как правило, совпадение цифровой части обозначения с прототипом фирмы MAXIM говорит о полной взаимозаменяемости.
Типовая схема интерфейсного кабеля приведена на рис. 6. Установленная в нем микросхема MAX232CSE — малогабаритная в корпусе SO-16. Ее можно заменить такими же ADM232AARN, HIN232CB, ICL232CBE, MAX232ACSE, SP232ACT, ST232CD и др. Пригодны, конечно, и варианты этих же микросхем в корпусе DIP-16, например, МАХ232СРЕ.
Рис. 6
Если кабель используют только для загрузки в телефон логотипов и мелодий, с этим можно смириться, однако при работе телефона в качестве модема из сложившейся ситуации необходимо искать выход. Напряжение +5 В можно подать от внешнего стабилизированного источника или снять его с имеющихся на системном блоке компьютера розеток интерфейсов USB или PS/2 (рис. 7). Соблюдайте осторожность. Случайное замыкание цепи +5 В этих разъемов на общий провод приводит к перегоранию установленной на материнской плате плавкой вставки.
Рис. 7
Рис. 8
Еще одна особенность — неиспользованные в предыдущем устройстве (см. рис. 5) приемник и передатчик микросхемы DA1 задействованы для передачи между телефоном и компьютером сигналов управления обменом RTS и CTS.
Преобразователи уровня на логических микросхемах
Приемник сигналов интерфейса RS-232 должен, согласно стандарту, воспринимать как лог. О входное напряжение более +3 В и как лог. 1 напряжение менее -3 В. Современные интерфейсные микросхемы (в том числе рассмотренные выше) выполняют это требование весьма оригинальным образом. Приемник имеет характеристику переключения, подобную триггеру Шмитта. Порог, уровень выше которого принят за лог. О, находится в пределах 1,7...2,4 В. При напряжении ниже 0,8...1,2 В будет зафиксирована лог. 1. Ширина зоны гистерезиса между двумя порогами — не менее 0,5 В — считается достаточной для помехоустойчивости. Таким образом, приемник совместим по уровням входных сигналов и с обычными логическими микросхемами структуры ТТЛ и КМОП.
Схема интерфейсного кабеля, в котором установлена логическая микросхема 74LS14 (отечественный аналог — К555ТЛ2), показана на рис. 9. Использованы только три из шести ее триггеров Шмитта. Элемент DD1.2 инвертирует сигнал Тх, превращая его в RXD. Аналогичным образом в цепи TXD—Rx действует элемент DD1.3. Резистор R3 и имеющиеся внутри микросхемы DD1 защитные диоды образуют ограничитель, не позволяющий напряжению на входе элемента DD1.3 выйти за допустимые пределы. Резисторы R1 и R2 также выполняют защитные функции.
Рис. 9
Питание микросхемы организовано так же, как в предыдущем устройстве (см. рис. 7), но при необходимости ее можно питать напряжением +5 В от разъемов USB или PS/2. С цепью питания соединен вход элемента DD1.1, в результате чего на его выходе постоянно установлен низкий логический уровень, воспринимаемый цепью DCD как разрешающий работу.
Часто вместо триггеров Шмитта в подобных устройствах используют обычные инверторы микросхем 74НС04, К561ЛН2 и их функциональных аналогов. Имея структуру КМОП, они потребляют значительно меньший ток.
Преобразователь уровня на ОУ
В [5] описан интерфейсный кабель RTM60301 на сдвоенном ОУ TL082C фирмы Texas Instruments, предназначенный для телефонов серии J фирмы Sony. На упрощенной схеме этого кабеля на рис. 10 не показаны выполненные на транзисторах формирователь сигналов Rx и CTS, некоторые вспомогательные и защитные элементы.
Рис. 10
Преобразователи уровня на транзисторах
Интерфейсные кабели с преобразователями уровня на транзисторах очень просты, не содержат дорогих специализированных микросхем и по этим причинам наилучшим образом подходят для самостоятельного изготовления.
Одна из возможных схем, показанная на рис. 11, состоит из двух инверторов на транзисторах структуры n-p-п, которые могут быть практически любыми маломощными. Вопреки некоторым рекомендациям, не стоит устанавливать здесь транзисторы со слишком большим коэффициентом передачи тока п21э- При высокой скорости передачи данных их глубокое насыщение в открытом состоянии приводит к недопустимому искажению сигналов.
Рис. 11
Этот кабель несложно превратить в интерфейсный для телефонов с шиной M-BUS. Достаточно цепи Rx и Тх соединить вместе.
Как и в рассмотренных ранее устройствах, напряжение питания Un может поступать от управляющих цепей интерфейса RS-232, от сотового телефона или от внешнего источника. Потребляемый ток — несколько миллиампер, поэтому оставлять кабель надолго подключенным к телефону при питании от него не рекомендуется.
Рис. 12
Чтобы снизить потребляемый ток во время отсутствия передачи данных со стороны телефона, можно заменить инвертор сигнала Тх на n-p-п транзисторе VT2 аналогичным узлом на транзисторе структуры p-n-р. Такой транзистор при высоком уровне напряжения в цепи Тх будет закрыт. Усовершенствованная схема показана на рис. 12. На "холостом ходу", когда обмена данными нет, такой кабель потребляет ток в несколько раз меньше, чем собранный по предыдущей схеме.
ЛИТЕРАТУРА
1. GSM pinout by Bruce. — <http://www.id2.cz/ pics_htm_other/Bruce-Gsm Pinout.pngX
2. Лысенко А. и др. Преобразователи интерфейса USB на микросхемах FT8U232AM, FT8U245AM. — Радио, 2002, № 6, с. 20, 21; № 7, с. 36, 37.
3. МАХ220—МАХ249 Multichannel RS-232 Drivers/ Receivers. — <http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/ MAX220-MAX249.pdf>
4. MAX3222, MAX3232, MAX3237, MAX3241 3.0V to 5.5V, Low-Power, up to 1Mbps, True RS-232 Transceivers Using Four 0.1 uF External Capacitors. — <http://pdfserv.maxim-ic.com/ en/ds/MAX3222-MAX3241 .pdf>.
5. Луговнин В. Схема кабеля на микросхеме TL082C и проблемы с ее работоспособностью. —<http://www.spt.ru/ victor/t!082c.htm>.
Радио 1-2005