1. 概述
跟着核算机在工业的广泛运用操控局域网络也深化运用到各行各业之中现行的许多操控体系若选用单机操控办法已越来越难以满意设备操控的要求因为往往咱们所操控的设备仅仅整个体系的一个根本单元它既需求外部输入一些必要的信息一起也需求向外部输出自身的运转参数和状况一切这些都要求咱们选用操控网络技术将很多设备有机地连成一体以确保整个体系安全可靠地运转现在在我国运用的现场总线中RS-485/RS-422 运用最为遍及当用户要将依据规范的RS-232 接口设备如PC 机衔接至由RS-485/RS-422 构成的通讯网络时则有必要作RS-232和RS-485/RS-422之间的电平转化传统的做法是在设备内扩展一个通讯适配卡由通讯适配卡完结电平转化内部主机再经过并行总线读出或写入数据明显这种规划办法存在下列缺陷
Ａ．因为适配卡是依据某一种总线规范扩展的而不是依据RS-232电平规范所以其运用规模受到约束只能一种适配卡适用一种总线如ISA 适配卡不可能刺进STD总线或用户自界说的总线其通用性较差
Ｂ．尽管完结的仅仅是电平转化可是因为需求考虑与扩展总线的接口和添加一个规范的UART 并且需求占用体系的其它名贵资源使硬件和软件变得过于杂乱
Ｃ．杂乱的硬件规划大大添加了元器材的数目和电路板面使适配卡的本钱过高
Ｄ．因为选用内置插卡办法使改变通讯办法比较费事如将半双工通讯办法设置为全双工办法等别的修理和测验也比较费事
Ｅ．关于现有的依据RS-232的设备在无法改变体系软件和硬件的情况下明显适配卡无法将这些设备连成依据RS-485或RS-422通讯网络的分布式体系为了战胜上述缺陷一起考虑到RS-232 接口的自身特色咱们规划了一种细巧的无须外部供电的智能收发转化器完结RS-232和RS-485/RS-422之间的电平转化
2. 功用描绘及结构框图
本智能转化器作为一个独立的电平转化操控器触及线上取电发送和接纳状况的智能切换通讯办法设置RS-232电平与RS-485/RS-422电平之间的转化等方面详细描绘如下
Ａ．从RS-232接口上取电
因为不选用外部供电办法则有必要从RS-232接口线取电为内部元器材供电咱们知道规范的RS-232接口界说中TXD RTS和DTR是RS-232电平输出规划一个DC-DC转化器从这些信号上可以为体系供给必定的电源功率．
Ｂ．低功耗微处理器
微处理器经过监测TXD信号的改变决议是否答应数据发送和数据接纳别的有关通讯办法波特率和半/双作业业办法挑选也是经过TXD 信号或I/O 口来设定的
Ｃ．RS-232电平与TTL电平之间的转化
Ｄ．RS-485/RS-422电平与TTL电平之间的转化
其内部电路结构示意图如下：
3. 作业原理
该智能转化器有必要处理两个关键问题即怎么从RS-232线上取得电路和RS-485/RS-422接口驱动所需的功率和怎么智能操控RS-485/RS-422的收发使能
3.1.电源计划
规范的RS-232 界说中有三个发送信号TXD RTS 和DTR 每根线上的典型输出电流为8mA/ 12V 考虑到TXD为负电平处于中止发送或发送数字1 时的时刻较多因此电源转化决议选用负电源输入以最大极限地添加电源输入功率升压至所需的作业电源从RTS和DTR上输入功率=2*8*12mW=192mW,别的因为通讯为间歇作业办法所以输入电源端的储能电容和TXD 为负电平常可以弥补必定的功率假定咱们规划一个功率为85% 输出电压为3V 的DC-DC 转化器则输出电流可达54.4mA
3.2.智能操控收发使能
RS-232通讯接口选用电平办法传输适用于点-点通讯无须专门的收发使能操控而关于RS-485/RS-422通讯接口则不同因为选用差分电平办法传输且答应在一条通讯总线上挂接多个节点必定要求各个节点可以独登时操控总线驱动器关断或翻开确保不会影响到其它节点的正常通讯为了简化与转化器RS-232 接口端相连的软件作业更重要的是为了进步本转化器的通用性和灵活性即插即用无须要求用户更改任何相关软件和硬件本转化器内置微处理器完结收发使能的智能操控详细办法微处理器在检测到UART 的通讯开端位后翻开发送使能答应串行数据发送至RS-485/RS-422 通讯网络微处理器依据所设定的波特率延时至UART 中止位发送一半时例如11位格局时延时10.5T,T=1/fBAUD ,开端检测是否有下一个开端位到来在时刻T内若有下一个开端位到来则坚持发送状况不然将封闭发送使能完毕数据发送
4. 硬件规划
因为本转化器供电来自RS-232信号线其输入功率受到约束因此在本规划中将尽可能地选用+3V供电的低功耗器材确保总电流小于54.4mA 首要包含4个部分DC-DC转化器RS-232接口RS-485/RS-422接口和微处理器别离介绍如下
4.1. DC-DC转化器
明显还没有一个DC-DC 转化器可以直接完结-12V 输入+3V 输出的IC 可是假如咱们使用现有的IC 稍作改动即可完结该功用图2 所示的DC-DC 转化电路便是使用MAX761 完结的-12V 输入+3V 输出功率高于85%的升压DC-DC 转化器该转化器实践输入电压规模为-2.5V 至-13.5V 静态作业电流仅I1=120 A 具有输出电流大于54.4mA的才能假如前端输入功率未受到约束则输出电流可达300mA以上因为MAX761选用高功率的PFM 操控办法,并且在本电路中,开关损耗较小(因为开关电流小于负载电流),所以可以到达比MAX761 典型运用更高的功率(MAX761 典型运用功率为86%) 输出电压由下列方程确认
VOUT=VREF*R1/R2+0.7(V) 其间VREF=1.5V
选取R2=100K 依据所需求的输出电压核算R1
4.2. RS-232接口
本转化器只需求一片单发/单收RS-232接口就可以满意要求但有必要要求+3V单电源作业作业电流尽可能地小的接口电路MAX3221/MAX3221E 带15kVESD维护刚好可以满意上述要求具有1TX/1RX 其作业电压+3V至+5.5V, 仅1 A的静态电流负载电流小于I2=2mA
4.3. RS-485/RS-422接口
为统筹RS-485/RS-422 接口中半双工和全双工的要求本转化器选用MAX3491 作为RS-485/RS-422 接口电路其首要目标为+3V 至+3.6V 单电源作业作业电流1mA,驱动60负载时半双工时两个120 终端匹配电阻的并联值峰值电流可达I3=3V/60 =50mA半双工和全双作业业办法是经过跳线器来设置的见图3
4.4. 微处理器
在本转化器中微处理器所要完结的使命很简略仅需求几根I/O 线即可完结参数的设置和发送使能的自动操控实践挑选中选用Microchip公司的P%&&&&&%12C508A其首要目标为作业电流I4<1.0mA(作业电压3V 频率4MHz),6 条I/O 线512kByte 的ROM 其间GP0 GP1 GP4和GP5四个引脚设定对应于16 种常用波特率300 600 1200至38.4Kbps等8 种以及900 1800 至115.4Kbps等8种的延时时刻GP3对应于10位或11位串行数据格局GP2为TXD输入用来检测UART何时发送和中止数据GP1为复用输出引脚用来操控MAX3491的发送使能操控端GP0也为复用输出引脚用来操控MAX3491的接纳使能详见图3
本转化器的最大电流总和
5. 软件规划
本转化器的软件规划较为简略微处理器复位后将一切的I/O 口设为输入并读入一切的I/O 状况保存到寄存器将GP2 和GP3 改设为输出状况并输出低电平使RS-485/RS-422 接口处于制止发送答应接纳的状况CPU 依据GPIO 的初始状况确认出用户设定的通讯波特率和串行数据格局然后预置内部的延时设定CPU 检测到UART开端通讯后翻开发送使能经内部预置延时后开端在一个位宽时刻内检测是否有下一个开端位到来如检测到则从头延时等候不然封闭发送使能完毕当时通讯从头检测UART的开端位关于半双工通讯办法答应发送使能前应该封闭接纳使能而在发送使能封闭后才翻开接纳使能关于全双工通讯办法其接纳使能可以不受此信号操控而可以直接经过跳线接地一直答应接纳
6. 定论
在本RS-232到RS-485/RS-422接口的智能转化器规划中除了自身这个产品具有较高的运用价值外文中所触及的RS-232信号线供电计划因为其高功率大电流输出才能在许多依据RS-232 接口的运用中都可以很好地满意运用别的这种智能操控RS-485/RS-422 接口的收发使能的思想在扩展依据RS-485/RS-422 接口的网络分支及延伸通讯间隔都可以得到很好的运用
