串行通信RS232/RS485转换器

2006-05-07 15:50:11来源: 国外电子元器件

485接口芯睡SN75LBC184的主要特点和功能,给出了一种低成本、带光电隔离的RS232/RS485转换器的设计电路。该转换器电路结构简单,工作可靠,能满足大部分工业现场控制场合的使用要求。

485 串行通信 单片机 转换器 SN75LBC184

1 引言

以单片机为主体构成的分布式数据采集和控制系统,以附加电路结构简单、工作稳定可靠而被广泛应用在工业控制系统中。目前广泛使用的单片机产品(如Intel的8031、Armel的89C51、GMS97C51等系列单片机)芯片中都集成了串行通信接口。使用这些串行通信接口和RS485接口驱动芯片就可以构成总线通信网络,从而将多台单片机系统连接成一个分布式数据采集和控制系统。这种RS485网络结构具有接口简单、灵活性好、价格低、易于控制等优点,可广泛应用于工业控制系统中。

目前,在很多的分布式数据采集和控制系统中,为了克服单片机的功能不足,都引入了PC机,并采用主从式结构模式,即以PC机为主机,分布在现场的各个单片机系统为从机而组成的系统结构,其结构如图1所示。

一般的PC机串行口为标准RS232口,根据标准规定:RS232采用负逻辑,即:逻辑“1”为-5V~-15V,逻辑“0”为+5V~+15V;另外,驱动器最大只允许有2500pF的电容负载,且通信距离受此电容限制。因此,150pF/m的通信电缆的最大通信距离为15m,若每米电缆的电容量有所减少,则通信距离即可增长。RS232传输距离较短的另一原因是其属于单端信号传送,这种传送存在共地噪声且不能抑制共模干扰,因此,RS232一般用于20m以内的通信。

而对于大多数分布式控制系统来说,其通信距离一般为几十米到几千米不等,显然,RS232接口不能满足此类系统的要求,目前广泛采用的是RS485收发器。RS485收发器采用的平衡发送和差分接收具有抑制共模干扰的能力,加上收发器具有很高的灵敏度,能检测低达200mV的电压,因此,传输信号可在千米以外得到恢复。

在这种分布式控制系统中,通信是系统的关键,也是系统设计时首先要考虑的问题。如何有效、可靠的实现RS232与RS485之间的转换是实现系统通信的前提。

目前,介绍电平转换器的文献较多,比如:RS232与TTL之间的转换、RS485与TTL之间的转换、TS422与RS485之间的转换等等,而对RS232与RS485直接转换的电路则介绍的很少。目前,电子产品市场上已有现成的RS232/RS485转换器销售,但性价比很低,本文介绍一种低价格、带光电隔离、简单可靠且实用的RS232/RS485转换器,以及新的一种TTL与RS485之间的转换芯片。

2 SN75LBC184芯片介绍

SN75LBC184是美国TI公司生产的一种RS485接口芯片,它使用单一电源Vcc,电压在3.0~5.5V范围内均能正常工作,可以完成TTL与RS485之间转换。其引脚图如图2所示。

该芯片与普通的RS-485收发器相比有一个显著的特点,那就是片内A、B引脚接有高能量瞬变干扰保护装置(如图3所示),可以承受峰值为400W(典型值)的过压瞬变。由于引起过压瞬变的来源通常是雷电、静电放电、电源系统开关干扰等,因而它能显著提高防止雷电损坏器件的可靠性。对于一些环境比较恶劣的场合,可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件。该芯片还有一个独特的设计,即当输入端开路时,其输出为高电平,这样,即使在接收器输入端电缆有开路故障时,也不影响系统的正常工作。另外,它的输入阻抗为RS485标准输入阻抗的2倍(≥24kΩ),故可在总线上连接64个收发器。其工人原理如图4所示。其中:图4(a)表示在C=1时,发送使能端DE为高电平,接收使能端RE为低电平,SN75LBC184作为发送器;而图4(b)则表示C=0时,接收使能RE为高电平,发送使能端DE为低电平,SN75LBC184作为接收器。

3 RS232/RS485的转换电路设计

目前,大部分PC机的通信端口为9芯D型插头,在实际使用PC机进行串行通信时, 通常只使用其中的RTS、RXD、TXD与GND四个端口,以构成简易的四线通信线路。笔者采用这种方案巧妙地利用光电耦合器的隔离特性和RS232工作时RTS线与TXD线之间的电平关系,给出了简单、可靠的电路设计。具体转换电路如图5所示。

该电路使用了三片光电耦合器TLP521-1进行隔离,这使PC机与SN75LBC184之间完全没有了电的联系,从而提高了工作的可靠性。

当RS232的RTS端为逻辑电平1(-12V)时,光电耦合器的发光二极管不发光,光敏三极管不导通,输出端为TTL逻辑电平1(+5V),此时选中RS485的DE端允许RS485接收,这样,RS232的TXD端就可以发送数据(工作逻辑与RTS端相似)。当RS232的RTS端为逻辑电平0(+12V)时,光电耦合器的发光二极管发光,光敏三极管导通,输出端为TTL逻辑电平0(0V),此时选中RS485的RE端允许RS485发送。当RS485的R端的输出为逻辑电平1时,光电耦合器发光二极管不发光,光敏三极管不导通,这样,在RS232输出停止时,其TXD电平为-12V,电容被充电到-12V以使其输出也变成-12V,即逻辑电平1;当其输出为逻辑电平0时,光电耦合器发光二极管发光,光敏三极管导通,这时,其输出为+5V,也在RS232逻辑电平0的范围之内,即为逻辑电平0。

4 结束语

将上述转换器应用于分布式温度采集和控制系统中时,可获得较为满意的转换效果(已有应用实例)。因此,在对下位机的实时性要求较高、通信的数据量不太大的分布式控制场合,这种低成本、高可靠性的RS232/RS485转换器具有较大应用价值。

关键字:串行通信  通信  转换  转换器

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