- RS-232/RS-485無源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)
- 實(shí)現(xiàn)RS-485在收發(fā)之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換
- 采用無源的轉(zhuǎn)換方式
- RS-485采用平衡傳輸方式
RS-232、RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)。由于它們的接口電路簡(jiǎn)單,通用性比較好,所以在控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。RS-232和RS-485有著各自的優(yōu)缺點(diǎn):RS-232是低速率串行單端標(biāo)準(zhǔn),采取不平衡傳輸方式(即所謂單端通信),收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地的電平而言,其共模抑制能力差,傳送距離短,其為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式;RS-485采用平衡傳輸方式,可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信,由于采用了有別于RS-232電平方式的差分方式,使得在通信速率、抗干擾和傳輸距離方面都有較大的改善。但由于現(xiàn)用的工控PC機(jī)大多都只直接提供RS-232接口,所以為了實(shí)現(xiàn)RS-485與監(jiān)控系統(tǒng)的接口,往往需要另加轉(zhuǎn)換接口,從而使得網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成相對(duì)比較復(fù)雜,使用也不方便。為了克服使用上的不便,本文設(shè)計(jì)了一種RS-232/RS-485通用接口。為了克服以往在單端情況下只能232或485不能同時(shí)接口的局限,本文利用Maxim公司的ICL7662芯片設(shè)計(jì)一種通用接口。下面就ICL7662芯片及電路原理作全面地介紹。
1 ICL7662電壓轉(zhuǎn)換器
ICL7662是由美國(guó)Maxim 公司提供的一種CMOS電壓轉(zhuǎn)換器,主要特性為:
◆ 轉(zhuǎn)換電壓為4.5V~20V到-4.5V~-20V;
◆ 轉(zhuǎn)換效率高達(dá)99.7%;
◆ 外圍電路簡(jiǎn)單,最小只需兩個(gè)儲(chǔ)能電容。
引腳說明如表1所列。
2 ICL7662電壓轉(zhuǎn)換器工作原理
ICL7662原理性圖解如圖1所示。
注:①本原理圖為通用方式的RS485接口原理,2個(gè)TVP用于ESD防護(hù),外加2個(gè)自復(fù)位
保險(xiǎn)絲PCT;
②下半部分用于無源RS232→RS485的轉(zhuǎn)換電路,保證兩端同時(shí)可用,但在系統(tǒng)中只
能有一端為主,且RS232應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)232口,232口發(fā)送數(shù)據(jù)在485口可見。
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3 通用硬件設(shè)計(jì)說明
本文設(shè)計(jì)的接口電路主要是針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制終端,由于各種控制要求不同,所以對(duì)控制終端的配置各異。但總體要求是某一終端故障不應(yīng)影響系統(tǒng)其余部分的功能,要便于終端與監(jiān)控系統(tǒng)之間的接口。所以,本文設(shè)計(jì)中對(duì)于RS-485與RS-232的轉(zhuǎn)換采用了無源的轉(zhuǎn)換方式,而非常規(guī)的RS-232與RS-485標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換,既便是與PC相連的終端單元掉電,也不會(huì)影響系統(tǒng)中其它單元的正常通信。
圖2為接口電路的原理圖。在圖中的上半部分用美國(guó)Maxim公司的485芯片MAX487構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口電路,其中2片P133為快速光電耦合器,用于把控制內(nèi)核部分與網(wǎng)絡(luò)隔離開,控制端口用相對(duì)廉價(jià)一點(diǎn)的TPL521隔離。TVS1和TVS2為瞬態(tài)電壓抑制二極管,用以對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的高壓噪音干擾進(jìn)行吸收,保護(hù)接口芯片MAX487免予損壞。PCT1和PCT2為自復(fù)位保險(xiǎn)絲,在網(wǎng)絡(luò)過流的情況下起保護(hù)作用。在網(wǎng)絡(luò)過流時(shí)進(jìn)入高阻限流狀態(tài),在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常的情況下,又恢復(fù)到正常零電阻的工作狀態(tài)下。R7為可選終端匹配電阻。該接口電路簡(jiǎn)單、可靠。
圖2的下半部分為本文的重點(diǎn)部分,完成RS-232與RS-485標(biāo)準(zhǔn)之間的無源轉(zhuǎn)換。該部分的核心為Maxim公司的負(fù)電源轉(zhuǎn)換芯片ICL7662。電路的工作電源來自于RS-232的發(fā)送信號(hào)線PTXD,由電荷泵ICL7662進(jìn)行正負(fù)電源轉(zhuǎn)換,能量存儲(chǔ)于儲(chǔ)能電容C1、C2、C3中,作為本部分電路的工作電源。根據(jù)EIA的標(biāo)準(zhǔn),RS-232在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在 5V~ 15V(邏輯0),負(fù)電平在-5V~-15V(邏輯1),接收器的典型電平在 3~ 12V與-3~-12V(見參考文獻(xiàn)[1])之間,RS-485的接收門限為 /-200mv(見參考文獻(xiàn)[2])。由MAX487完成RS-232與RS-485標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換,電路自動(dòng)完成收發(fā)控制的轉(zhuǎn)換。本部分對(duì)控制內(nèi)核來講處于無源工作狀態(tài)下,不受所在終端工作狀態(tài)的影響,自動(dòng)完成收、發(fā)狀態(tài)控制,避免網(wǎng)絡(luò)“死鎖”。當(dāng)電路所在的節(jié)點(diǎn)不接RS-232時(shí),本部分電路不工作,使得系統(tǒng)的功耗最小。當(dāng)節(jié)點(diǎn)通過RS-232與系統(tǒng)通信時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)首先轉(zhuǎn)換到RS-485網(wǎng)上,節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)先經(jīng)過本節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換到RS-232的電平狀態(tài),然后與監(jiān)控系統(tǒng)通信。
4 總 結(jié)
通過大量的工程實(shí)踐證明,該電路簡(jiǎn)單可靠,經(jīng)濟(jì)實(shí)用,克服了有些電路在電源采集信號(hào)端長(zhǎng)期處于某一電平時(shí),電路電源中斷的弊端。同時(shí)根據(jù)RS-485半雙工總線的特性,本文巧妙地實(shí)現(xiàn)了RS-485在收發(fā)之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,避免了由于操作不當(dāng)造成的總線“死鎖”現(xiàn)象。實(shí)踐證明,不管是與信號(hào)電平相對(duì)較低的便攜式電腦接口還是與臺(tái)式機(jī)接口,本電路都能可靠工作,在通信速率300b/s~19200b/s范圍內(nèi),長(zhǎng)期運(yùn)行未發(fā)現(xiàn)通信有任何異?,F(xiàn)象。