Rs485自動換向電路的製作方法
2023-07-24 11:43:01 1
Rs485自動換向電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種RS485自動換向電路，包括485收發晶片和換向電路，而所述的換向電路包括與非門電路和延時電路，與非門電路包括三個與非門，延時電路由二極體與一電阻並聯後再與一電容串聯組成；第一與非門的兩個輸入端與485收發晶片的第四引腳連接，並連接在處理器晶片UART串行總線的TXD端，第一與非門與延時電路；第二與非門與延時電路連接，另一個輸入端與第三與非門連接，並連接至485收發晶片的第二引腳和第三引腳。本實用新型節省了控制器的埠資源，同時提高了軟體的兼容性以及降低了在作業系統下嵌入式程序的開發難度，極大的提高RS485的傳輸距離及抗幹擾能力。
【專利說明】RS485自動換向電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電數字數據處理領域，特別是涉及一種RS485自動換向電路。
【背景技術】
[0002]RS-485總線作為一種多點差分數據傳輸的電氣規範，已成為業界應用最為廣泛的標準通信接口之一。這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點雙向通信，它所具有的噪聲抑制能力、數據傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標準無法比擬的。正因為此，RS-485廣泛應用於安防監控等行業。一般的控制晶片都自帶了串行接口，但是很少會集成485接口，所以控制器必須外接轉換電路才能實現串行UART接口到485接口的轉換。RS485通信接口信號是差分電平形式，半雙工模式工作。同一時刻僅僅能發送或者接收，需要控制發送和接收的方向，才能完整交互通信，保證正常的收發。
[0003]現有的RS485接口電路換向方案一般有兩種，軟體程序控制換向，硬體電路控制方向。
[0004]利用軟體程序的換向控制，電路的示意圖如圖1所示，將CPU的1/01、1/02引腳分別與RS485收發器的方向控制DE、RE引腳連接，通過CPU的1/01、1/02引腳電平來控制實現方向控制，當I/O電平為高，485收發器為發送模式，此時串口 TX發出的數據會送到485總線，當I/O電平為低，485收發器為接收模式，此時485總線上的數據會被送到串口的RX信號線，這樣就可以完成通過UART接口實現與485接口通信的目的。
[0005]另一種利用硬體實現，電路如圖2?3所示，Ul為485收發晶片型號為ISL3152EIBZ，U2A為非門電路或者三極體開關電路實現非門的效果，型號為74HC14，Ul的RE非和DE引腳通過485_DIR連接非門電路U2A的輸出引腳2，Ul的DI引腳通過UART_TXD連接非門電路U2A的輸入引腳I ;工作方式是，當UART_TXD沒有數據，其電平常高，485收發晶片Ul處於接收模式，可以正常接收數據；UART_TXD發送數據時，先發送數據開始位0，此時總線上的其餘控制器開始進入接收狀態，發送數據位為0，485收發晶片Ul為發送模式，可以正常發送數據，發送數據位為I時，485收發晶片Ul模式為接收，此時雖然UART_RXD上有高電平出現但是因為沒有由高到低的起始位，UART並不會開始接受出現在UART_RXD上的數據，同時總線上的其它控制器都處於接收狀態，總線空閒，此時總線的電平由發送控制器的上拉電阻R2和下拉電阻R3來決定，485_A為高電平，485_B為低電平，相當於此時發送數據為I，這樣可以完成數據位O和I的發送了。
[0006]利用軟體控制485換向存在一些問題:首先會佔用控制器引腳，其次在有作業系統的環境，尤其是Iinux這樣的環境下，增加嵌入式軟體的開發難度，並且不易於的程序兼容性。利用硬體的換向控制電路，大多是基於一個非門，這樣的電路當發送I時其驅動能力完全取決於上拉電阻R2和下拉電阻R3，驅動能力較弱，同時由於上下拉電阻會破壞差分線的阻抗，為了增加驅動能力可以適當減小上下拉的電阻值，這樣雖然能從一定程度上增加485輸出驅動能力，但是電阻會消耗比較大的功率。
【發明內容】
[0007]本實用新型為了解決上述問題而提供一種RS485自動換向電路。
[0008]本實用新型為解決這一問題所採取的技術方案是:
[0009]本實用新型的一種RS485自動換向電路，包括485收發晶片和換向電路，而所述的換向電路包括與非門電路和延時電路，與非門電路包括三個與非門，延時電路由二極體與一電阻並聯後再與一電容串聯組成；第一與非門的兩個輸入端與485收發晶片的第四引腳連接，並連接在處理器晶片UART串行總線的TXD端，第一與非門的輸出端與延時電路的輸入端；第二與非門的一個輸入端與延時電路的輸出端連接，另一個輸入端與第三與非門的輸出端連接，並連接至485收發晶片的第二引腳和第三引腳；第三與非門的一個輸入端與第二與非門的輸出端連接，另一個輸入端與485收發晶片的第四引腳連接。
[0010]本實用新型具有的優點和積極效果是:
[0011]本實用新型的RS485自動換向電路，可以實現UART到RS485的接口轉換，實現了RS485方向的自動控制，不需要單獨佔用控制器1資源，去實現發送和接收的控制，節省了控制器的埠資源，同時提高了軟體的兼容性以及降低了在作業系統下嵌入式程序的開發難度，極大的提高RS485的傳輸距離及抗幹擾能力，為安防監控等需要高可靠、長距離485的數據傳輸應用提供了很好的保證。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是現有技術中軟體實現方式的電路圖；
[0013]圖2是現有技術中硬體實現方式的485收發晶片的電路圖；
[0014]圖3是現有技術中非門的電路圖；
[0015]圖4是本實用新型的485收發晶片的電路圖；
[0016]圖5是本實用新型的換向電路的電路圖；
[0017]圖6是本實用新型的UART_TXD發送一個字節的時序圖。
【具體實施方式】
[0018]以下參照附圖及實施例對本實用新型的RS485自動換向電路進行詳細的說明。
[0019]如圖4飛所示，一種RS485自動換向電路，包括485收發晶片和換向電路，所述的換向電路包括與非門電路和延時電路，與非門電路包括三個與非門，延時電路由二極體與一電阻並聯後再與一電容串聯組成；第一與非門的兩個輸入端與485收發晶片的第四引腳連接，並連接在處理器晶片UART串行總線的TXD端第一與非門的輸出端與延時電路的輸入端；第二與非門的一個輸入端與延時電路的輸出端連接，另一個輸入端與第三與非門的輸出端連接，並連接至485收發晶片的第二引腳和第三引腳；第三與非門的一個輸入端與第二與非門的輸出端連接，另一個輸入端與485收發晶片的第四引腳連接。
[0020]二極體的陽極與電阻的接合點為延時電路的輸入端，二極體的陰極與電阻的接合點為延時電路的輸出端。
[0021]與非門電路型號為74HC00，包括4個與非門，任選其中三個U1B、U1C、UlD與非門使用。
[0022]具體工作方式是:
[0023]當UART_TXD開始發送起始位(電平由高變低，保持一位數據的時間長度)，UlD的13腳會變為低電平，UlD的11腳會立即變為高電平，從而U2的模式變為發送模式，這個過程延遲在納秒級，於此同時，UlB的5腳變為低電平，UlB的6腳變為高電平，通過二極體Dl快速為電容C2充電，當C2充滿電，UlC的9腳變為高電平，同時8腳變為低電平，UlD的12變為低電平，此時UlD的11腳電平由UlD的13腳的電平來決定，也就是UART_TXD的電平來決定；假設UART通過TXD發送一個數據為Oxff的字節，先發送起始位，此時的電平變化過程如上所述，緊接著數據的第一位先發送，也就是發送一位數據1，此時UlD的13腳會變為高電平，Ul的5腳變為高電平，UlB的6腳變為低電平，此時UlC的9腳仍然為高電平，並且UlC的9腳和UlB的6腳間通過R2形成一個電容的放電迴路，R2為一個大阻值的電阻，需要一小段時間，UlC的9腳的電平才會慢慢變為低電平，在9腳電平保持為高的時候，緊跟著發送後面的7個數據位，後面7位都是I，重複著上面第一位數據位的發送過程，最後一個停止位I同樣也是一樣的過程，在停止位發送之前UlC的9腳都保持高電平，UlC的8腳就保持低電平，UlD的12腳就保持低電平，UlD的11腳就保持高電平，U2就保持發送模式不變；當停止位發送完畢，UART_TXD電平為高，UlB的6腳電平為低，此時經過一個字節8位數據的傳送時長的放電時間，電容C2上的電壓已經比較低，UlC的9腳為被識別為低電平，UlC的8腳為高電平，UlD的12腳就為高電平，從而UlD的11腳為低電平，U2處於切換到接收模式。UART_TXD保持高電平，U2保持接收模式，此時總線上有數據，就可以正常的接收數據。
[0024]此電路根據波特率的不同可以調整電阻R2和電容C2的參數來把發送到接收模式的響應速度調整好最佳，以9600為例，一位起始位，8位數據，一位停止，發送一個字節需要十位數據的時間，大概是lms，可以通過調整電阻R2和電容C2的值，使Ul的9腳電壓由高降落到可識別為低電平電壓的時間正好大於Ims即可。實際長距離傳輸中，一般會選定波特率，並且也因為傳輸線距離長，對發送到接收的轉換速度要求相對低，此電路完全能滿足實際長距離傳輸的需要。
[0025]UART這裡指的是TTL電平的串口，計算機輸出對外一般是RS232電平的串口，TTL電平是5V的，而RS232是負邏輯電平，它定義+5?+12V為低電平，而_12'5V為高電平。Uart串口的RXD、TXD等一般直接與處理器晶片的引腳相連，而RS232串口的RXD、TXD等一般需要經過電平轉換(通常由Max232等晶片進行電平轉換)才能接到處理器晶片的引腳上，否則過高的電壓很可能會將晶片燒壞。通用異步收發傳輸器(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter),通常稱作UART,是一種異步收發傳輸器，通常集成在嵌入式控制器中或周邊IC設備。
[0026]本實用新型的RS485自動換向電路，可以實現UART到RS485的接口轉換，實現了RS485方向的自動控制，不需要單獨佔用控制器1資源，去實現發送和接收的控制，節省了控制器的埠資源，同時提高了軟體的兼容性以及降低了在作業系統下嵌入式程序的開發難度，極大的提高RS485的傳輸距離及抗幹擾能力，為安防監控等需要高可靠、長距離485的數據傳輸應用提供了很好的保證。
【權利要求】
1.一種RS485自動換向電路，包括485收發晶片和換向電路，其特徵在於:所述的換向電路包括與非門電路和延時電路，與非門電路包括三個與非門，延時電路由二極體與一電阻並聯後再與一電容串聯組成；第一與非門的兩個輸入端與485收發晶片的第四引腳連接，並連接在處理器晶片UART串行總線的TXD端，第一與非門的輸出端與延時電路的輸入端；第二與非門的一個輸入端與延時電路的輸出端連接，另一個輸入端與第三與非門的輸出端連接，並連接至485收發晶片的第二引腳和第三引腳；第三與非門的一個輸入端與第二與非門的輸出端連接，另一個輸入端與485收發晶片的第四引腳連接。
【文檔編號】H03K19/0175GK204089768SQ201420493239
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】戴林, 寧盛創 申請人:天津天地偉業數碼科技有限公司