232-485转接口电路

RSRSRSRS----232232232232 至至至至 RSRSRSRS----485/485/485/485/RSRSRSRS----422422422422 智能转换器智能转换器智能转换器智能转换器 RSRSRSRS----232232232232至至至至 RSRSRSRS----485/485/485/485/RSRSRSRS----422422422422智能转换器智能转换器智能转换器智能转换器 A Smart Interface Converter For A Smart Interface Converter For A Smart Interface Converter For A Smart Interface Converter For RSRSRSRS----232232232232----totototo----RSRSRSRS----485/RS485/RS485/RS485/RS----422422422422 MAXIM北京办事处(100083 北京 8328信箱) 刘武光 摘摘摘摘 要要要要 本文详细地介绍了如何从 RS-232信号线上高效率地产生电源 如何实现 RS-232 接口与 RS-485/RS-422接口的智能转换 同时 也给出了具体的硬件设计及软件设计方法 Abstract:Abstract:Abstract:Abstract: This paper detailed introduces how to high-efficiently generate a supply from RS-232’s signal lines and how to intelligently convert a standard RS-232 interface to a RS-485/RS-422 interface, and also presents the method of hardware and software design. 关键词关键词关键词关键词 RS-232 RS-485/RS-422 接口 智能转换器 1.1.1.1. 概述概述概述概述 随着计算机在工业的广泛应用 控制局域网络也深入应用到各行各业之中 现行的 诸多控制系统 若采用单机控制方式已越来越难以满足设备控制的要求 因为往往我们 所控制的设备只是整个系统的一个基本单元 它既需要外部输入一些必要的信息 同时 也需要向外部输出自身的运行参数和状态 所有这些 都要求我们采用控制网络技术 将众多设备有机地连成一体 以保证整个系统安全可靠地运行 目前 在我国应用的现场总线中 RS-485/RS-422 使用最为普遍 当用户要将基于 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的 RS-232接口设备 如 PC机 连接至由 RS-485/RS-422构成的通讯网络时 则必 须作 RS-232和 RS-485/RS-422之间的电平转换 传统的做法是在设备内扩展一个通讯适 配卡 由通讯适配卡实现电平转换 内部主机再通过并行总线读出或写入数据 显然 这种设计方法存在下列缺点 !"由于适配卡是基于某一种总线标准扩展的 而不是基于 RS-232电平标准 所以 其应用范围受到限制 只能一种适配卡适用一种总线 如 ISA适配卡不可能插 入 STD总线或用户自定义的总线 其通用性较差 !"虽然实现的仅仅是电平转换 但是由于需要考虑与扩展总线的接口和增加一个 标准的 UART 并且需要占用系统的其它宝贵资源 使硬件和软件变得过于复杂 !"复杂的硬件设计大大增加了元器件的数目和电路板面 使适配卡的成本过高 !"由于采用内置插卡方式 使变更通信方式比较麻烦 如将半双工通信方式设置 为全双工方式等 另外 维修和测试也比较麻烦 !"对于现有的基于 RS-232的设备 在无法变动系统软件和硬件的情况下 显然适 配卡无法将这些设备连成基于 RS-485或 RS-422通信网络的分布式系统 为了克服上述缺点 同时考虑到 RS-232接口的自身特点 我们设计了一种小巧的 无须外部供电的智能收发转换器 实现 RS-232和 RS-485/RS-422之间的电平转换 2.2.2.2. 功能描述及结构框图功能描述及结构框图功能描述及结构框图功能描述及结构框图 本智能转换器作为一个独立的电平转换控制器 涉及线上取电 发送和接收状态的 智能切换 通信方式设置 RS-232电平与 RS-485/RS-422电平之间的转换等方面 具体 描述如下 !"从 RS-232接口上取电 由于不采用外部供电方式 则必须从 RS-232接口线取电 为内部元器件供电 我们知道 标准的 RS-232接口定义中 TXD RTS和 DTR是 RS-232电平输出 设计 一个 DC-DC转换器 从这些信号上 能够为系统提供一定的电源功率 RSRSRSRS----232232232232 至至至至 RSRSRSRS----485/485/485/485/RSRSRSRS----422422422422 智能转换器智能转换器智能转换器智能转换器 !"低功耗微处理器 微处理器通过监测 TXD信号的变化 决定是否允许数据发送和数据接收 另外 有关通信方式 波特率和半/双工工作方式选择也是通过 TXD 信号 或 I/O 口来设 定的 !"RS-232电平与 TTL电平之间的转换 !"RS-485/RS-422电平与 TTL电平之间的转换 其内部电路结构示意图如下 图 1 智能转换器的内部电路结构示意图 3.3.3.3. 工作原理工作原理工作原理工作原理 该智能转换器必须解决两个关键问题 即如何从 RS-232线上获得电路和 RS-485/RS-422 接口驱动所需的功率 和如何智能控制 RS-485/RS-422的收发使能 3.1.电源方案 标准的 RS-232定义中 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 处于停止发送 或发送数字 1 时 的时间较多 因而电源转换决定采用负电源输入 以最大限度地增加电源输入功率 升压至所需的工作电源 从 RTS和 DTR上输入功率=2*8*12mW=192mW,另外 由于通讯 为间歇工作方式 所以输入电源端的储能电容和 TXD 为负电平时 能够补充一定的 功率 假设 我们设计一个效率为 85% 输出电压为 3V 的 DC-DC 转换器 则输出电 流可达 54.4mA 3.2.智能控制收发使能 RS-232通讯接口采用电平方式传输 适用于点-点通讯 无须专门的收发使能控 制 而对于 RS-485/RS-422通讯接口则不同 由于采用差分电平方式传输 且允许在 一条通讯总线上挂接多个节点 必然要求各个节点能够独立地控制总线驱动器关断或 打开 保证不会影响到其它节点的正常通讯 为了简化与转换器 RS-232 接口端相连 的软件工作 更重要的是为了提高本转换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 本转换器内置微处理器 实现收发使能的智能控制 具体方法 微处理器在检测到 UART 的通信起始位后 打开发送使能 允许串行数据 发送至 RS-485/RS-422通讯网络 微处理器根据所设定的波特率延时至 UART停止位 发送一半时 例如11位 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 时 延时 10.5T,T=1/fBAUD ,开始检测是否有下一个起始 位到来 在时间 T内 若有下一个起始位到来 则保持发送状态 否则将关闭发送使 能 结束数据发送 4.4.4.4. 硬件设计硬件设计硬件设计硬件设计 由于本转换器供电来自 RS-232信号线 其输入功率受到限制 因而在本设计中将尽 可能地采用+3V供电的低功耗器件 保证总电流小于 54.4mA 主要包括 4个部分 DC-DC DC-DC 转换器 低功耗 微处理器 RS-485/RS-4 22接口 RS-232 接口 RS-RXD RS-TXD RS-DTR RS-RTS TTL-RXD TTL-TXD 半双工/ 全双工 接口 +3.0V或+5V 发送使能 接收使能 半/全双工跳线 RSRSRSRS----232232232232 至至至至 RSRSRSRS----485/485/485/485/RSRSRSRS----422422422422 智能转换器智能转换器智能转换器智能转换器 图 3 RS-232到 RS-485/RS-422接口的智能转换器 转换器 RS-232接口 RS-485/RS-422接口和微处理器 分别介绍如下 4.1. DC-DC转换器 显然 还没有一个 DC-DC转换器能够直接实现-12V输入 +3V输出的 IC 但是 如 果我们利用现有的 IC 稍作改动 即可实现该功能 图 2所示的 DC-DC转换电路 就是 利用 MAX761 实现的-12V输入 +3V输出 效率高于 85%的升压 DC-DC转换器 该转换器 实际输入电压范围为-2.5V 至-13.5V 静态工作电流仅 I1=120 A 具有输出电流大于 54.4mA的能力 如果前端输入功率未受到限制 则输出电流可达 300mA以上 由于 MAX761 采用高效率的 PFM 控制方式,而且在本电路中,开关损耗较小(因为开关电流小于负载电 流),所以能够达到比 MAX761 典 型应用更高的效率(MAX761 典型 应用效率为 86%) 输出电压由下 列方程确定 VOUT=VREF*R1/R2+0.7(V) 其 中 VREF=1.5V 选取 R2=100K 根据所需 要的输出电压 计算 R1 图 2 -12V至 3V 效率高于 85%的 DC-DC转换器 4.2. RS-232接口 本转换器只需要一片单发/单收 RS-232接口就可以满足要求 但必须要求+3V单电源 工作 工作电流尽可能地小的接口电路 MAX3221/MAX3221E 带 15kVESD保护 刚好能 够满足上述要求 具有 1TX/1RX 其工作电压+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 为兼顾 RS-485/RS-422 接口中半双工和全双工的要求 本转换器采用 MAX3491 作为 RS-485/RS-422 接口电路 其主要指标为 +3V 至+3.6V 单电源工作 工作电流 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 半双工和全双工工作方式是通过跳线器来设置的 见图 3 4.4. 微处理器 在本转换器中 微处理器所要 完成的任务很简单 仅需要几根 I/O 线即可实现参数的设置和发送 使能的自动控制 实际选择中 采 用 Microchip公司的 PIC12C508A 其 主 要 指 标 为 工 作 电 流 I4<1.0mA(工作电压 3V 频率 4MHz),6 条 I/O 线 512kByte 的 ROM 其中 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 的延时时间 GP3对应于 10位或11位串行数据格式 GP2为 TXD输入 用来检测 UART何时发送和停止数据 GP1 为复用输出引脚 用来控制 MAX3491 的发送使能控 制端 GP0也为复用输出引脚 用来控制 MAX3491 的接收使能 详见图 3 RSRSRSRS----232232232232 至至至至 RSRSRSRS----485/485/485/485/RSRSRSRS----422422422422 智能转换器智能转换器智能转换器智能转换器 本转换器的最大电流总和