串口232轉(zhuǎn)485原理電路,485原理圖,232原理圖

1、深圳市九漢科技有限公司網(wǎng)址：電話：0755 27612990 傳真：0755 23442032地址：深圳市龍華民治橫嶺二區(qū)金福大廈B棟6樓聯(lián)系人：董工 QQ : 157261983RS-232至RS-485/RS-422智能轉(zhuǎn)換器電路圖A Smart In terface Co nverter For RS RS-232 232-to to-RS RS-485/RS RS-422 摘要本文詳細地介紹了如何從 RS-232信號線上高效率地產(chǎn)生電源如何實現(xiàn)RS-232接口與RS-485/RS-422接口的智能轉(zhuǎn)換同時也給岀了具體的硬件設計及軟件設計方法Abstract: This paper de

2、tailed in troduces how to high-efficie ntly gen erate a supply from RS-23 2' sign al li nes and how to in tellige ntly co nvert a sta ndard RS-232 in terface to a RS-485/RS- 422 in terface, and also prese nts the method of hardware and software desig n.關鍵詞RS-232 RS-485/RS-422接口 智能轉(zhuǎn)換器1. 概述隨著計算機在工

3、業(yè)的廣泛應用控制局域網(wǎng)絡也深入應用到各行各業(yè)之中現(xiàn)行的諸多控制系統(tǒng)若采用單機控制方式已越來越難以滿足設備控制的要求因為往往我們所控制的設備只是整個系統(tǒng)的一個基本單元它既需要外部輸入一些必要的信息同時也需要向外部輸岀自身的運行參數(shù)和狀態(tài)所有這些都要求我們采用控制網(wǎng)絡技術將眾多設備有機地連成一體以保證整個系統(tǒng)安全可靠地運行目前在我國應用的現(xiàn)場總線中RS-485/RS-422使用最為普遍當用戶要將基于標準的RS-232接口設備如PC機連接至由RS-485/RS-422構(gòu)成的通訊網(wǎng)絡時則必須作RS-232和RS-485/RS-422之間的電平轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)的做法是在設備內(nèi)擴展一個通訊適配卡由通訊適配卡實現(xiàn)電

4、平轉(zhuǎn)換內(nèi)部主機再通過并行總線讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)顯然這種設計方法存在下列缺點A. 由于適配卡是基于某一種總線標準擴展的而不是基于RS-232電平標準所以其應用范圍受到限制只能一種適配卡適用一種總線如 ISA適配卡不可能插入STD總線或用戶自定義的總線其通用性較差B. 雖然實現(xiàn)的僅僅是電平轉(zhuǎn)換但是由于需要考慮與擴展總線的接口和增加一個標準的UART并且需 要占用系統(tǒng)的其它寶貴資源使硬件和軟件變得過于復雜C. 復雜的硬件設計大大增加了元器件的數(shù)目和電路板面使適配卡的成本過高D. 由于采用內(nèi)置插卡方式使變更通信方式比較麻煩如將半雙工通信方式設置為全雙工方式等另外維修和測試也比較麻煩E. 對于現(xiàn)有的基于RS

5、-232的設備在無法變動系統(tǒng)軟件和硬件的情況下顯然適配卡無法將這些設備連成基于RS-485或RS-422通信網(wǎng)絡的分布式系統(tǒng)為了克服上述缺點同時考慮到RS-232接口的自身特點我們設計了一種小巧的無須外部供電的智能收發(fā)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)RS-232和RS-485/RS-422之間的電平轉(zhuǎn)換2. 功能描述及結(jié)構(gòu)框圖本智能轉(zhuǎn)換器作為一個獨立的電平轉(zhuǎn)換控制器涉及線上取電發(fā)送和接收狀態(tài)的智能切換通信方式設置RS-232電平與RS-485/RS-422電平之間的轉(zhuǎn)換等方面具體描述如下A.從RS-232接口上取電由于不采用外部供電方式則必須從RS-232接口線取電為內(nèi)部元器件供電我們知道標準的RS-232接口定義

6、中TXD RTS和DTR是RS-232電平輸岀設計一個 DC-DC轉(zhuǎn)換器從這些信號上能夠為系統(tǒng)提供 一定的電源功率.E.低功耗微處理器微處理器通過監(jiān)測TXD信號的變化決定是否允許數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收另外有關通信方式波特率和半/雙工工作方式選擇也是通過 TXD信號或I/O 口來設定的C. RS-232電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換D. RS-485/RS-422電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)示意圖如下：I二I此主題相關圖片如下:TTL-TXDkTTVIXD4-i UY接口22按口DCDC低功続it處理器KL'IT亍歪T針氏圖/智總轉(zhuǎn)換脣的內(nèi)部電路站構(gòu)示意圖3. 工作原理該智能轉(zhuǎn)換器必

7、須解決兩個關鍵問題即如何從RS-232線上獲得電路和RS-485/RS-422接口驅(qū)動所需的功率和如何智能控制 RS-485/RS-422的收發(fā)使能3.1. 電源方案標準的RS-232定義中有三個發(fā)送信號 TXD RTS和DTR每根線上的典型輸岀電流為 8mA/ 12V考 慮到TXD為負電平處于停止發(fā)送或發(fā)送數(shù)字1時的時間較多因而電源轉(zhuǎn)換決定采用負電源輸入以最大限度地增加電源輸入功率升壓至所需的工作電源從RTS和DTR上輸入功率=2*8*12mW=192mW,另外由于通訊為間歇工作方式所以輸入電源端的儲能電容和TXD為負電平時能夠補充一定的功率假設我們設計一個效率為 85%輸岀電壓為3V的DC

8、-DC轉(zhuǎn)換器則輸岀電流可達 54.4mA3.2. 智能控制收發(fā)使能RS-232通訊接口采用電平方式傳輸適用于點 -點通訊無須專門的收發(fā)使能控制而對于RS-485/RS-422通訊接口則不同由于采用差分電平方式傳輸且允許在一條通訊總線上掛接多個節(jié)點必然要求各個節(jié) 點能夠獨立地控制總線驅(qū)動器關斷或打開保證不會影響到其它節(jié)點的正常通訊為了簡化與轉(zhuǎn)換器RS232 接口端相連的軟件工作更重要的是為了提高本轉(zhuǎn)換器的通用性和靈活性即插即用無須要求用戶 更改任何相關軟件和硬件本轉(zhuǎn)換器內(nèi)置微處理器實現(xiàn)收發(fā)使能的智能控制具體方法微處理器在檢測 到UART的通信起始位后打開發(fā)送使能允許串行數(shù)據(jù)發(fā)送至RS-485/R

9、S-422通訊網(wǎng)絡微處理器根據(jù)所設定的波特率延時至 UART停止位發(fā)送一半時例如11位格式時延時10.5T,T=1/fBAUD ,開始檢測 是否有下一個起始位到來在時間T內(nèi)若有下一個起始位到來則保持發(fā)送狀態(tài)否則將關閉發(fā)送使能結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送4. 硬件設計由于本轉(zhuǎn)換器供電來自RS-232信號線其輸入功率受到限制因而在本設計中將盡可能地采用 +3V供電 的低功耗器件保證總電流小于 54.4mA主要包括4個部分DC-DC轉(zhuǎn)換器RS-232接口 RS-485/RS-42 2接口和微處理器分別介紹如下4.1. DC-DC轉(zhuǎn)換器顯然還沒有一個DC-DC轉(zhuǎn)換器能夠直接實現(xiàn)-12V輸入+3V輸岀的IC但是如果我們

10、利用現(xiàn)有的IC 稍作改動即可實現(xiàn)該功能圖 2所示的DC-DC轉(zhuǎn)換電路就是利用 MAX761實現(xiàn)的-12V輸入+3V輸 岀效率高于85%的升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器該轉(zhuǎn)換器實際輸入電壓范圍為-2.5V至-13.5V靜態(tài)工作電流 僅11=120 A具有輸岀電流大于54.4mA的能力如果前端輸入功率未受到限制則輸岀電流可達300mA以上由于MAX761采用高效率的PFM控制方式,而且在本電路中，開關損耗較小（因為開關電流小于 負載電流）,所以能夠達到比MAX761典型應用更高的效率（MAX761典型應用效率為86%）輸岀電壓 由下列方程確定VOUT=VREF*R1/R2+0.7（V）其中 VREF=1.5

11、V選取R2=100K根據(jù)所需要的輸岀電壓計算 R11=1此主題相關圖片如下：11LI 3MID! IN5817sv標準HSI232接口33uF/16V 卡D21N5817RADTR H/lD3RS-RTSD4 1H581?RS-TXD 1/1U1MAX7611N581?T 1T斗aLBISBEBO£HDH GHD7-12V155KE2QI9012R2 10DK33uF6 3V圖2 -12V至3V效率高于85%的DC-DC轉(zhuǎn)換器42 RS-232 接口本轉(zhuǎn)換器只需要一片單發(fā)/單收RS-232接口就可以滿足要求但必須要求 +3V單電源工作工作電流盡可能地小的接口電路 MAX3221/MA

12、X3221E帶15kVESD保護剛好能夠滿足上述要求具有 1TX/1RX其工作電壓+3V至+5.5V,僅1 A的靜態(tài)電流負載電流小于I2=2mA4.3. RS-485/RS-422 接口為兼顧RS-485/RS-422接口中半雙工和全雙工的要求本轉(zhuǎn)換器采用MAX3491作為RS-485/RS-422接口電路其主要指標為+3V至+3.6V單電源工作工作電流1mA,驅(qū)動60負載時半雙工時兩個120終端匹配電阻的并聯(lián)值峰值電流可達I3=3V/6O =50mA半雙工和全雙工工作方式是通過跳線器來設置的見圖344微處理器在本轉(zhuǎn)換器中微處理器所要完成的任務很簡單僅需要幾根I/O線即可實現(xiàn)參數(shù)的設置和發(fā)送使

13、能的自動控制實際選擇中采用 Microchip公司的PIC12C508A其主要指標為工作電流I4<1.0mA（工作電壓 3V頻率4MHz）,6條I/O 線512kByte的ROM其中GPO GP1 GP4和GP5四個引腳設定對應于 16種常用波特率300 600 1200至38.4Kbps等8種以及900 1800至115.4Kbps等8種的延時時間 GP3對應于10位或11位串行數(shù)據(jù)格式 GP2為TXD輸入用來檢測UART何時發(fā)送和停止數(shù)據(jù) GP1為 復用輸岀引腳用來控制 MAX3491的發(fā)送使能控制端 GP0也為復用輸岀引腳用來控制 MAX3491的接 收使能詳見圖3I此 主題相關圖

14、片如如下：_此主題相關圖片如|i>4曲T汕C6J4io4 x 20 KU4 MAX3221ID f£DEDEMUDCIIL_L_lC2C3-L-C4hotjiiciri-CttFC1+RSSEFBffqivmjdei*CZ+C2-niKVllOUT壬U312C308AvtcGFOGF*GF1OPJSI SWDIP5tl rLL R4 IDOL _l終端跳線4PIN圖3> RS-232到RS-485/RS-422接口的智能轉(zhuǎn)換器本轉(zhuǎn)換器的最大電流總和<11+12+13+14=0.12+2.0+50.0+1.0=53.12mA 小于DC-DC轉(zhuǎn)換器的最小輸岀電流54.4

15、mA因而通過RS-232信號線為本電路供電是完全可行的實際上由于輸入電源端的儲能電容E1和TXD為負電平時能夠為電路補充一定的功率所以設計上留有較大的電源功率裕量5. 軟件設計本轉(zhuǎn)換器的軟件設計較為簡單微處理器復位后將所有的I/O 口設為輸入并讀入所有的I/O狀態(tài)保存到寄存器將GP2和GP3改設為輸岀狀態(tài)并輸岀低電平使RS-485/RS-422接口處于禁止發(fā)送允許接收的狀態(tài)CPU根據(jù)GPIO的初始狀態(tài)確定岀用戶設定的通訊波特率和串行數(shù)據(jù)格式從而預置內(nèi)部的延時設定CPU檢測到UART開始通訊后打開發(fā)送使能經(jīng)內(nèi)部預置延時后開始在一個位寬時間內(nèi)檢測是否有下一個起始位到來如檢測到則重新延時等待否則關閉

16、發(fā)送使能結(jié)束當前通訊重新檢測UART的起始位對于半雙工通訊方式允許發(fā)送使能前應該關閉接收使能而在發(fā)送使能關閉后才打開接收使能對于全雙工通訊方式其接收使能可以不受此信號控制而可以直接通過跳線接地始終允許接收6. 結(jié)論在本RS-232到RS-485/RS-422接口的智能轉(zhuǎn)換器設計中除了本身這個產(chǎn)品具有較高的應用價值外文中所涉及的RS-232信號線供電方案由于其高效率大電流輸岀能力在許多基于RS-232接口的應用中都能夠很好地滿足應用另外這種智能控制RS-485/RS-422接口的收發(fā)使能的思想在擴展基于RS-485/RS-422接口的網(wǎng)絡分支及延伸通訊距離都能夠得到很好的應用1=1此主題相關圖片

17、如下：MODEL RS422ShD ErORH - ： 32 TXTEfJ：!口卜I 機IF" '.'?f A6-WIPE REVERSING TELEFTOt* CABLE TO 匚0NWE：C 1 1R$4?£iS IJNII g THC PS4cPORTS, rOR COMPUTER TD 匚口MPUTER DPERATION h'ULL JSB.J? Of-t EE* UNETS. FDP CDhPuTEP P MODEM DPEr'ATtQN =EMD E _：闍左 UN ?-£ MDDCN iJN：7INSTAL-L 莢

18、4RE. SMITH4311 TYLERSVtl.LE HUAI?HAMILTON, OHIO 45011&13-87 斗一斗 796Mre d 代 n寸 hft t*1mi ViT M ! M 于耳郵£ iTM WW 序仆廳 i*曲 i 皿 I. |P40 g旨i> N «M *EnfFUrrRtai w Mlil!»r rWlW 卜 WW WMk朝理!！M I. UHTA- c :k«h 1MT:| 3T1此主題相關圖片如下:H2.50d氣口UNTfNG H3-. L S 己QT X l-50F% g'lULt «CT

19、 BE；忙I陀L PS4?S'"F電E3己 T口 RS42c.-"7TTZ 11 i-wrTI * seMODEL ASC2I(W/R) hi m rE Hr LD3LIPLPHU ITMmR£ SMITH *：K» T'ltWCsUI 肝2: >L A74 冇蟲ptionall.-FLE -i?F 序 M芒廠 Mib PQV£P WRPLfAVAkWELE：lllllqsE E fl* t »JX/» |M 1n n 訕血1*uLIHLK rFAST AUTOMATIC PS532 TH PSjISS cf"WtPE A-FPLtCAT 庚ATCS UP TO H5 PQw£P. f* PATA,IONS AT?K. Lfps FOR韶4t u Fata.；%：】："：i E；r Ar.n'-'I TP DJJE -HAlf LJHR 1.0 :E,hJ <L i' ： i' 1111- ! . L，C d f -SUPCAIQR TRANSIENT TOTECTiaM,luIFICA-SI7E1己予CT x己曲 vTH CJWNEC1UR