摘 要： 詳細(xì)地介紹了如何從RS-232信號(hào)線上高效率地產(chǎn)生電源，如何實(shí)現(xiàn)RS-232接口與RS-485RS-422接口的智能轉(zhuǎn)換，同時(shí)，也給出了具體的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞： RS-232 RS-485RS-422 接口 智能轉(zhuǎn)換器
隨著計(jì)算機(jī)在工業(yè)的廣泛應(yīng)用，控制局域網(wǎng)絡(luò)也深入應(yīng)用到各行各業(yè)之中�，F(xiàn)行的諸多控制系統(tǒng)，若采用單機(jī)控制方式已越來(lái)越難以滿足設(shè)備控制的要求，因?yàn)橥覀兯刂频脑O(shè)備只是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)基本單元，它既需要外部輸入一些必要的信息，同時(shí)，也需要向外部輸出自身的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)。所有這些，都要求我們采用控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將眾多設(shè)備有機(jī)地連成一體，以保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。
目前，在我國(guó)應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線中，RS-485RS-422使用最為普遍。當(dāng)用戶要將基于標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口設(shè)備，如PC機(jī)，連接至由RS-485RS -422構(gòu)成的通訊網(wǎng)絡(luò)時(shí)，則必須作RS-232和RS-485RS-422之間的電平轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的做法是在設(shè)備內(nèi)擴(kuò)展一個(gè)通訊適配卡，由通訊適配卡實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，內(nèi)部主機(jī)再通過(guò)并行總線讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。顯然，這種設(shè)計(jì)方法存在下列缺點(diǎn)：
· 由于適配卡是基于某一種總線標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展的，而不是基于RS-232電平標(biāo)準(zhǔn)，所以其應(yīng)用范圍受到限制，只能一種適配卡適用一種總線（如ISA適配卡不可能插入STD總線或用戶自定義的總線），其通用性較差；
· 雖然實(shí)現(xiàn)的僅僅是電平轉(zhuǎn)換，但是由于需要考慮與擴(kuò)展總線的接口和增加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的UART，并且需要占用系統(tǒng)的其它寶貴資源，使硬件和軟件變得過(guò)于復(fù)雜；
· 復(fù)雜的硬件設(shè)計(jì)大大增加了元器件的數(shù)目和電路板面，使適配卡的成本過(guò)高；
· 由于采用內(nèi)置插卡方式，使變更通信方式比較麻煩，如將半雙工通信方式設(shè)置為全雙工方式等。另外，維修和測(cè)試也比較麻煩；
· 對(duì)于現(xiàn)有的基于RS-232的設(shè)備，在無(wú)法變動(dòng)系統(tǒng)軟件和硬件的情況下，顯然適配卡無(wú)法將這些設(shè)備連成基于RS-485或RS-422通信網(wǎng)絡(luò)的分布式系統(tǒng)。
為了克服上述缺點(diǎn)，同時(shí)考慮到RS-232接口的自身特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種小巧的、無(wú)須外部供電的智能收發(fā)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)RS-232和RS-485RS-422之間的電平轉(zhuǎn)換。
１ 功能描述及結(jié)構(gòu)框圖
本智能轉(zhuǎn)換器作為一個(gè)獨(dú)立的電平轉(zhuǎn)換控制器，涉及線上取電、發(fā)送和接收狀態(tài)的智能切換、通信方式設(shè)置、RS-232電平與RS-485RS-422電平之間的轉(zhuǎn)換等方面。具體描述如下：
· 從RS-232接口上取電
由于不采用外部供電方式，則必須從RS-232接口線取電，為內(nèi)部元器件供電。我們知道，標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口定義中，TXD、RTS和DTR是RS-232電平輸出。設(shè)計(jì)一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，從這些信號(hào)上，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供一定的電源功率。
· 低功耗微處理器
微處理器通過(guò)監(jiān)測(cè)TXD信號(hào)的變化，決定是否允許數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收。另外，有關(guān)通信方式、波特率和半／雙工工作方式選擇也是通過(guò)TXD信號(hào)，或I/O口來(lái)設(shè)定的。
· RS-232電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換
· RS-485RS-422電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換
其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖１所示。
２ 工作原理
該智能轉(zhuǎn)換器必須解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，即如何從RS-232線上獲得電源和RS-485RS-422接口驅(qū)動(dòng)所需的功率，和如何智能控制RS-485RS-422的收發(fā)使能。
2。1 電源方案
標(biāo)準(zhǔn)的RS-232定義中，有三個(gè)發(fā)送信號(hào)：TXD，RTS和DTR。每根線上的典型輸出電流為±8mA／±12V，考慮到TXD為負(fù)電平（處于停止發(fā)送，或發(fā)送數(shù)字“１”時(shí)）的時(shí)間較多，因而電源轉(zhuǎn)換決定采用負(fù)電源輸入，以最大限度地增加電源輸入功率，升壓至所需的工作電源。從RTS和DTR上輸入功率＝２×８×12mW=192mW。另外，由于通訊為間歇工作方式，所以輸入電源端的儲(chǔ)能電容和TXD（為負(fù)電平時(shí)）能夠補(bǔ)充一定的功率。假設(shè)，我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)效率為85%、輸出電壓為3V的DC-DC轉(zhuǎn)換器，則輸出電流可達(dá)54.5mA。
2.2 智能控制收發(fā)使能
RS-232通訊接口采用電平方式傳輸，適用于點(diǎn)－點(diǎn)通訊，無(wú)須專門(mén)的收發(fā)使能控制；而對(duì)于RS-485RS-422通訊接口則不同，由于采用差分電平方式傳輸，且允許在一條通訊總線上掛接多個(gè)節(jié)點(diǎn)，必然要求各個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠獨(dú)立地控制總線驅(qū)動(dòng)器關(guān)斷或打開(kāi)，保證不會(huì)影響到其它節(jié)點(diǎn)的正常通訊。為了簡(jiǎn)化與轉(zhuǎn)換器RS-232接口端相連的軟件工作，更重要的是為了提高本轉(zhuǎn)換器的通用性和靈活性（即插即用，無(wú)須要求用戶更改任何相關(guān)軟件和硬件），本轉(zhuǎn)換器內(nèi)置微處理器，實(shí)現(xiàn)收發(fā)使能的智能控制。具體方法：微處理器在檢測(cè)到UART的通信起始位后，打開(kāi)發(fā)送使能，允許串行數(shù)據(jù)發(fā)送至RS-485RS-422通訊網(wǎng)絡(luò)。微處理器根據(jù)所設(shè)定的波特率延時(shí)至UART停止位發(fā)送一半時(shí)（例如11位格式時(shí)，延時(shí)10.5T,
