RS232_RS422_RS485_TLL信號(hào)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

1、第 12 卷 第 2 期2012 年 4 月山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)Journal of Shandong Institute of Commerce and TechnologyVol 12 No 2Apr 2012信號(hào)RS232 RS422 / RS485 / TLL轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)燕，周士龍?zhí)K(山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南250103 )摘 要:主要介紹了 RS232 RS422 /485 信號(hào)轉(zhuǎn)換器在竊電電路、自動(dòng)方向轉(zhuǎn)換電路、RS232 信號(hào)補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，提出了將 RS422 接口與 TLL 接口兼容使用的方法。關(guān)鍵詞:串口; 轉(zhuǎn)換; 設(shè)計(jì)中圖分類號(hào):文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:文章編號(hào):167

2、1 4385( 2012) 02 092 03TB52AThe Design Points of RS232 RS422 / RS485 / TLL Signal ConverterSU Yan，ZHOU Shi long( Shandong Institute of Commerce and Technology，Jinan，Shandong 250103，China )Abstract:This article mainly introduces design points of the RS232 RS422 /485 signal converter 's gettingpow

3、er supply from signal pins circuit，automatic direction of transform circuit and RS232 signal compensation cir-cuit It puts forward the RS422 interface and TLL interface compatibility methodsKey words:serial port; converter引言1在工業(yè)控制中，普遍采用的 RS422 / RS485 通訊接口傳輸距離能達(dá)到 1 2Km 左右，可靠性較高，并 且，可 以 組 成 通 訊 網(wǎng) 絡(luò)。由

4、 于 PC 機(jī) 上 多 配 置 有 RS232 接口，所以，經(jīng)常需要進(jìn)行 RS232 與 RS422 / RS485 信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與工業(yè)設(shè)備之 間的通訊。在這篇文章里，主要對(duì) RS232 RS422 /485 / TTL 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)和分 析。2 整體轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)整個(gè)轉(zhuǎn)換電路分為四部分: 竊電部分、RS232 信 號(hào)與 TTL 兼容信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換部分、TTL 兼容信號(hào) 與 RS422 信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換部分和方向控制部分。 如圖 1 所示。圖 1 轉(zhuǎn)換電路原理框圖轉(zhuǎn)換電路的 5V 供電。當(dāng) RS232 的 TXD 信號(hào)進(jìn)入轉(zhuǎn) 換器的時(shí)候，首先由 RS232

5、 TTL 硬件轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn) 換成與 TTL 兼容的信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的 TTL 信號(hào)進(jìn)入方向控制部分生成反相信號(hào)并且進(jìn)行適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，然后控制 MAX491 芯片的“輸出數(shù)據(jù)輸入端( DI) ”和“輸出允許( DE) ”引腳，MAX491 將 TTL 的兼容信號(hào)轉(zhuǎn)換為 RS422 信號(hào)輸出。當(dāng) RS422 端口輸入 端有數(shù)據(jù)輸入時(shí)，首先經(jīng) MAX491 芯片轉(zhuǎn)換成 TTL供電就可完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的作 用，大 大 地 提 高 了RS232 RS422 /485 轉(zhuǎn)換器的易用性。RS232 接口用 9V 表示邏輯狀態(tài) 1，用 + 9V 表 示邏輯狀態(tài) 0。在它的諸多引腳當(dāng)中，有三個(gè)用作 輸出，它們是 TXD、D

6、TR 和 RTS。其中，TXD 引腳為 數(shù)據(jù)輸出端，DTR 和 RTS 為握手信號(hào)。為了保護(hù)內(nèi) 部電路，這三個(gè)引腳輸出阻抗都比較大，即使將他們 直接連接到穩(wěn)壓二極管、將輸出拉低至 5V 也不會(huì) 對(duì)接口造成損壞。TXD 端在沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下保持邏輯狀 態(tài) 1，即輸出 9 左右的電壓; 當(dāng)有數(shù)據(jù)寫(xiě)出的時(shí)候， 輸出為 + / 9V 變化的電壓，為了適用于大多數(shù)簡(jiǎn) 單的、無(wú)握手信號(hào)的三線連接，應(yīng)該把這個(gè)引腳作為 主要的竊電電源供應(yīng)端。握手信號(hào) DTR 和 RTS 作 為輔助的竊電輸入端可以得到更好的竊電效果。竊電電 路 如 圖 2 所 示，電路的主要部分是 TC7660 芯片廠家推薦的標(biāo)準(zhǔn)電路。

7、當(dāng) TXD、DTR 或者 RTS 三個(gè)竊電端口有任意一個(gè)端口輸出 + 9V 電壓時(shí)，對(duì)應(yīng)的 D1、D4 或者 D5 的正向二極管導(dǎo)通， 經(jīng)齊納二極管 D2 穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的 + 5V 電壓。 當(dāng)這三個(gè)竊電端口的某一個(gè)輸出為 9V 的電壓時(shí)， 其對(duì)應(yīng)的 D1、D4、D5 的反向的二極管導(dǎo)通，把 9V 電壓加到了電荷泵 TC7660 的 V 腳，該電荷泵將 9V 的輸入電壓轉(zhuǎn)換為 + 5V 的 VCC 輸出。狀態(tài)發(fā)送出去。當(dāng) TXD 由 0 變 1 時(shí)，Q2 截止，DI 變高，但是，由于 R9 和 C4 的延時(shí)作用，與非門(mén) U3 的第 3 腳要延時(shí) T 之后才會(huì)變高，在這段延時(shí)時(shí)間里，輸出使能腳

8、DE 依然是高電平，允許將 DI 的邏輯 1狀態(tài)通過(guò) X、Y 腳發(fā)送出去，延時(shí)時(shí)間 T 之后，DE 變 低，X、Y 腳變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，485 總線的狀態(tài)由上拉電 阻和下拉電阻維持。通過(guò)這樣的轉(zhuǎn)換，既保證了輸出狀態(tài)由 0 變 1時(shí)總線反應(yīng)的速度，又能及時(shí)將 X、Y 變?yōu)楦咦钁B(tài)，使得發(fā)送完畢后轉(zhuǎn)換器能夠立刻接收其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)。在選擇延時(shí)時(shí)間 T 的時(shí)候，首先要保證 延時(shí)時(shí)間 T 不會(huì)超過(guò)最高波特率時(shí)傳遞一個(gè) bit 的 時(shí)間; 在這個(gè)前提下，延時(shí) T 的時(shí)間越長(zhǎng)，電路的驅(qū) 動(dòng)能力就越強(qiáng)，傳遞出去的數(shù)據(jù)失真率就越小。當(dāng) 最高傳輸波特率為 115200Pbs 的時(shí)候，很容易計(jì)算得出，發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)位

9、的時(shí)間約為 8 68S，所以，4s 大概是最適合的延時(shí)時(shí)間。圖 3 自動(dòng)六問(wèn)轉(zhuǎn)換電路原理圖5 對(duì) RS232 芯片產(chǎn)生信號(hào)畸變補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)要點(diǎn)普遍使用的 RS232 芯片存在的一個(gè)普遍問(wèn)題就是，信號(hào)的上升沿和下跳沿延時(shí)不一樣，在轉(zhuǎn)換之 后會(huì)發(fā)生一定程度的波形變化。所以，如果原始數(shù) 據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)幾次連續(xù)的 RS232 TTL、TTL RS232芯片轉(zhuǎn)換之后，所得到的信號(hào)就已經(jīng)不能識(shí)別了。為了使轉(zhuǎn)換后的信號(hào)更加完美，我們通過(guò)調(diào)整 DE使能引腳延時(shí)電路中電阻搭 配的比例來(lái)補(bǔ)償了 RS232 芯片給信號(hào)造成的畸變。圖 4 表示的是 TTL 信號(hào)波形和經(jīng)過(guò) RS232 芯 片轉(zhuǎn)換之后的 RS232 波形。其

10、中，1 號(hào)波形是 TTL 信號(hào)，2 號(hào)波形是經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的 RS232 信號(hào)。從圖 中可以看出，1 號(hào)波形是占空比為 50% 的高 5V 低0V 的 TTL 信號(hào)，但是，經(jīng)過(guò) 232 芯片之后，邏輯 0 /1 的占空比發(fā)生了畸變。明顯地，邏輯 0 的狀態(tài)持續(xù) 時(shí)間要比邏輯 1 的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間少 0 5us，產(chǎn)生了大 約 5% 的信號(hào)畸變。93圖 2 竊電電路原理圖4 自動(dòng)方向轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)所謂的 RS485 自動(dòng)控制傳輸方向，其實(shí)就是把485 轉(zhuǎn)換芯片的輸出控制腳 ( DE 腳) 和輸出數(shù)據(jù)輸 輸入端( DI 腳) 進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪壿嬏幚恚?485 轉(zhuǎn)換芯 片在不發(fā)送時(shí) 485 驅(qū)動(dòng)器輸出腳 X

11、、Y 處于高阻狀 態(tài)，不對(duì) 485 總線造成影響。為了這個(gè)目的，設(shè)計(jì)了 圖 3 的電路。當(dāng) RS232 的 TXD 端由邏輯 1 變邏輯 0 時(shí)( 從 9V 變到 + 9V) ，Q2 導(dǎo)通，485 轉(zhuǎn)換芯片的個(gè)阻值很大的上拉電阻 R11 和下拉電阻 R12，將輸入端 B 的電壓設(shè)置為 1 7V 左右，用一個(gè) TTL 的輸 出( 如單片機(jī)的 TX 腳) 直接驅(qū)動(dòng) A 端，那么，A 端的 邏輯電平變化就會(huì)直接反映到 RS232 側(cè)了。如果 R11 和 R12 選 得 足 夠 大，就 能 夠 不 影 響 RS422 / RS485 的正常使用，這樣，一個(gè)轉(zhuǎn)換器就變?yōu)槎嘤?途了。圖 4 TTL 信號(hào)波

12、形和 RS232 波形在圖 3 的電路中，實(shí)際上已經(jīng)對(duì)這種信號(hào)畸變 進(jìn)行了補(bǔ)償: 當(dāng)有信號(hào)從 TXD 端由低變高的時(shí)候， 三級(jí)管 Q2 立即導(dǎo)通，DI 立即變低，信號(hào)的延時(shí)滯后 可以忽略不計(jì); 當(dāng) TXD 由高變低的時(shí)候，由于 Q2 的 上拉電阻和電容 C4 的充電作用，DI 不會(huì)立刻由低 變高，要過(guò)一段時(shí)間才能達(dá)到邏輯 1 的狀態(tài)，這就延 長(zhǎng)了信號(hào)保持邏輯 0 的時(shí)間，彌補(bǔ)了信號(hào)的畸變。圖 5 兼容 RS232 TTL 電平轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器原理圖總結(jié)7兼 容 RS232 TTL 電 平 轉(zhuǎn) 換 的 RS232 以上主要對(duì) RS232 RS422 /485 / TTL 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的描

13、述，該電路經(jīng)過(guò)詳細(xì)測(cè)試、現(xiàn) 場(chǎng)使用，證明其使用方便、工作狀態(tài)良好、各參數(shù)符 合設(shè)計(jì)要求6RS422 / RS485 轉(zhuǎn)換器以上介紹的轉(zhuǎn)換電路 實(shí) 現(xiàn) 了 RS232 信 號(hào) 和 RS422 / RS485 信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。稍微變通一下，就 可以變成一個(gè)兼容 RS232 TTL 電平轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換 器。如圖 5 所示。TTL 信號(hào)輸入邏輯 1 /0 分別 2 0V 和 0 8V，輸 出邏輯 1 /0 分別是 2 4V 和 0 4V。而 RS422 的驅(qū)動(dòng) 輸出端 X、Y 大致是在 0V 和 5V 上變化的，將 Y 腳 空閑不用，單用 X 腳就可以直接驅(qū)動(dòng)一個(gè) TTL 電路 的輸入端 ( 如單片機(jī)的 RX 腳) 。同樣，RS422 的輸 入端 A 和 B 的輸入電壓范圍都是 0 5V，如果用一參考文獻(xiàn):1TC7660 datasheet，Microchip S 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)2MAX491 datasheet，MicrochipS 國(guó)際標(biāo)