CN103916105A - 用于rs通信的转换端子极性的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于RS通信的转换端子极性的装置，当电缆被连接用于RS-485通信时，即使电缆的极性被错误地连接，所述装置配置为自动地转换设备的端子极性，所述装置包括：比较器，其配置为通过比较用于RS-485通信的电缆的第一信号线及第二信号线上所指示的电压电平来识别第一信号线和第二信号线的极性；开关单元，其配置为响应于所提供的开关控制信号而将TRXD+端子连接到第一信号线并且将TRXD–端子连接到第二信号线，或者将TRXD+端子连接到第二信号线或将TRXD–端子连接到第一信号线；以及开关控制器，其配置为响应于通过所述比较器对于第一信号线和第二信号线的极性识别结果而将开关控制信号发送到所述开关单元。

Description

用于RS通信的转换端子极性的装置
技术领域
本公开的示例性方案涉及一种用于RS通信的转换端子极性的装置，尤其涉及一种用于RS通信的转换端子极性的装置，其配置为即使在不考虑端子极性的情况下将通信电缆接线也能通过分析信号的电压电平而自动地转换端子极性。
背景技术
RS-485是一种公知的串行数字通信***，其由于速度快和对噪声的鲁棒性而被广泛地用于各种领域。例如，RS-485通信***被广泛地用于PLC（可编程逻辑控制器）***中控制设备之间的数据传输。RS-485通信使用差分信号以及两个信号线TRXD+和TRXD–，这样RS-485的通信端子和电缆必须按相同的极性连接。
然而，当网络被设定于一个各种设备被相互连接的复杂***中时，接线错误频繁发生。如果在进行接线工作期间极性被错误地连接，则将无法实现通信。尤其，当RS-485通信被用于工业时，由于网络范围广阔而且***复杂，所以检查接线会花费大量时间。
发明内容
本公开的示例性方案是为了实质上解决至少上面的问题和/或缺陷并且是为了提供至少下面提到的优势。因此，本公开涉及提供一种用于RS通信的转换端子极性的装置，其配置为自动地转换设备的端子极性，当电缆被连接用于RS-485通信时，即使电缆极性被错误地连接，凭借所述装置，能够实现正常通信。
然而，应该强调的是，本公开并不限于上述说明的特定公开。应当理解的是，其他没有在此提及的技术主题可能被本领域的技术人员领悟到。
在本发明的一个总体方案中，提供了一种用于RS通信的转换端子极性的装置，所述装置包括：
比较器，其配置为通过比较用于RS-485通信的电缆的第一信号线及第二信号线上所指示的电压电平来识别第一信号线和第二信号线的极性；
开关单元，其配置为响应于所提供的开关控制信号而将TRXD+端子连接到第一信号线并且将TRXD–端子连接到第二信号线，或者将TRXD+端子连接到第二信号线或将TRXD–端子连接到第一信号线；以及
开关控制器，其配置为响应于通过比较器对于第一信号线和第二信号线的极性识别结果而将开关控制信号发送到所述开关单元。
优选地，但不是必要的，所述比较器可以使用施加于相互不同极性的输入端子的相对于第一信号线及第二信号线的输出电压来识别第一信号线的极性和第二信号线的极性。
优选地，但不是必要的，比较器可以包括：第一比较器，其配置为分别通过负号输入端子和正号输入端子接收第一信号线的电压及第二信号线的电压以识别第一信号线的极性和第二信号线的极性并且输出作为识别结果的信号；以及第二比较器，其配置为分别通过正号输入端子和负号输入端子接收第一信号线的电压及第二信号线的电压以识别第一信号线的极性和第二信号线的极性并且输出作为识别结果的信号。
优选地，但不是必要的，所述开关单元可以包括第一D触发器、第二D触发器、第一与元件、第二与元件和或元件，其中
所述第一与元件的两个输入端子被分别连接到所述第一比较器的输出端子和所述第二D触发器的Q’端子，
所述第二与元件的两个输入端子被分别连接到所述第二比较器的输出端子和所述第一D触发器的Q’端子，
来自主机的复位信号被输入到所述第一D触发器的复位端，并且置位端被连接到所述第一与元件的输出端子，
来自主机的复位信号被输入到所述第二D触发器的复位端，并且置位端被连接到所述或元件的输出端子，
所述第二与元件的输出信号和所述第一D触发器的Q端子信号反相信号被输入到所述或元件的两个输入端子，并且
通过使用所述第一D触发器的Q端子信号和第二D触发器的Q端子信号来生成所述开关控制信号。
优选地，但不是必要的，所述开关单元可以包括：第一开关，其配置为将TRXD+端子连接到第一信号线或将TRXD+端子与第一信号线断开连接；第二开关单元，其配置为将TRXD+端子连接到第二信号线或将TRXD+端子与第二信号线断开连接；第三开关，其配置为将TRXD–端子连接到第二信号线或将TRXD–端子与第二信号线断开连接；以及第四开关单元，其配置为将TRXD–端子连接到第一信号线或将TRXD–端子与第一信号线断开连接。
优选地，但不是必要的，当输入的开关控制信号为高时，所述第一、第二、第三和第四开关单元可以被接通，而当输入的开关控制信号为低时，所述第一、第二、第三和第四开关单元可以被关断。
优选地，但不是必要的，所述开关控制器可以将所述第一D触发器的Q端子信号反转以便发送而作为第一开关和第二开关的控制信号，并且所述开关控制器可以将所述第二D触发器的Q端子信号反转以便发送而作为第二开关和第四开关的控制信号。
在根据本公开的示例性实施例的用于RS通信的转换端子极性的装置的有益效果中，即使电缆的极性被错误地连接到使用RS-485通信的设备的端子上，端子极性也会被自动地转换以使能进行通信，并且转换的端子极性被保持，直到设备的电源被关断或复位。
另一个有益效果是，即使电源在设备运行中途从关断状态切换或复位到接通状态，也能通过分析电缆的极性而再次自动地转换端子极性，由此防止在任何情况下由于错误的接线所导致的问题。
因此，即使一个***有复杂的接线设备，网络范围广阔并且能够进行快速的接线操作，而不会有任何关于极性的烦扰。
附图说明
通过结合附图考虑下面的详细描述能够最佳地理解本公开，其中：
图1是示出配置为执行RS-485通信的设备以N：N方法连接的结构的框图；
图2是示出图1中设备的详细连接结构的框图；
图3是示出根据本公开的用于RS通信的转换端子极性的装置的框图；
图4是示出图3的装置的详细电路结构的框图；
图5是示出当设备作为主设备在图4的电路结构中运行时，开关连接结构的框图；以及
图6和图7是示出当设备作为从设备在图4的电路结构中运行时，开关连接结构的框图。
具体实施方式
现在，参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。参照附图，仅仅通过示例的方式在此描述本公开。介绍本公开是为了提供所述公开的原理和概念方面的被认为是最有用和最易懂的描述。在这点上，本公开除了必要的基础性理解以外没有试图更详细地示出本发明的结构细节，并且结合附图进行了说明，附图描述令本领域的技术人员明确了如何在实践中实施本发明的若干形式。
图1是示出配置为执行RS-485通信的设备10-1～10-2以N：N方法连接的结构的框图，其中各设备10-1～10-2被配置为将两端子TRXD+和TRXD–连接到电缆，并且其中所有设备的RS-485通信端子都被连接到拥有相同极性的电缆。任何使用RS-485通信的设备都可以被作为主设备或从设备使用。
图2是示出图1的设备的详细连接结构的框图，其中各设备10-1,10-2可以包括MPU（微处理器）21-1,22-1和收发器21-2,22-2。
RS-485收发器被用于RS-485通信，在图2中示出的收发器21-2,22-2用于通过将数据转换成差分信号来发送数据或者起到接收差分信号并且分析差分信号的作用。此外，收发器21-2,22-2以如下方式配置：电缆必须连接到两端子TRXD+和TRXD–，并且各设备10-1,10-2的RS-485通信端子必须连接到相同极性的电缆。
图3是示出根据本公开用于RS通信的转换端子极性的装置的框图。
参照图3，根据本公开所述用于RS通信的转换端子极性的装置30（下文中称为装置）用于分析施加于RS-485通信电缆17的各信号线17-1,17-2的电压电平并且自动地转换端子的极性。
例如，在图3中示出的TRXD+端子15必须被连接到第一信号线17-1，并且即使TRXD+端子15被连接到第二信号线17-2，装置30也通过自身来检测错误的连接，并且将TRXD+端子15连接到第一信号线17-1。装置30可以变化地应用。例如，装置30可以定位于收发器和通信电缆之间。
如图3中示出的装置30可以包括比较器31、开关控制器32和开关单元33。比较器31通过比较分别从通信电缆17的第一和第二信号线17-1,17-2生成的电压电平来识别第一和第二信号线17-1,17-2的极性。开关单元33响应于通过所述开关控制器32发送的开关控制信号而将TRXD+端子15连接到第一和第二信号线17-1,17-2中的任意一个，并且将TRXD–端子16连接到另一信号线。开关控制器32响应于通过比较器31识别的第一和第二信号线17-1,17-2的极性的结果而将开关控制信号发送到开关单元33，并且保持通过分析起始位等等而识别的端子极性。
在RS-485通信中，因为接收的或发送的信号是差分信号，所以开关控制器32能够响应于通过比较器31识别的第一和第二信号线17-1,17-2的极性的结果而识别TRXD+端子15是否必须被连接到第一信号线17-1或连接到第二信号线17-2以及TRXD–端子16是否必须被连接到第一信号线17-1或连接到第二信号线17-2，并且能够基于识别结果来为开关单元33提供开关控制信号。
图4是示出图3的装置的详细电路结构的框图。
参照图4，比较器31可以包括第一比较器31-1和第二比较器31-2，其中第一比较器31-1分别通过负号输入端子和正号输入端子来接收第一信号线17-1的电压和第二信号线17-2的电压，并且第二比较器31-2分别通过正号输入端子和负号输入端子来接收第一信号线17-1的电压和第二信号线17-2的电压。
因此，当第二信号线17-2的电压高于第一信号线17-1的电压时，第一比较器31-1输出高信号，并且当第一信号线17-1的电压高于第二信号线17-2的电压时，第二比较器31-2输出低信号。为稳定运行，电阻元件可以被***于比较器31-1,31-2的各输入端子和各信号线17-1,17-2之间。
开关控制器32可以包括第一与（AND）元件32-1、第二与元件32-2、第一D触发器32-3、第二D触发器32-4以及或（OR）元件32-5。
第一与元件32-1的两个输入端子分别连接到第一比较器31-1的输出端子和第二D触发器32-4的Q’端子，第二与元件32-2的两个输入端子分别连接到第二比较器31-2的输出端子和第一D触发器32-3的Q’端子。
来自主机（例如，MPU）的复位（RESET）信号被输入到第一D触发器32-3的复位端和第二D触发器32-4的复位端。第一D触发器32-3的置位（SET）端被连接到第一与元件32-1的输出端子，并且第二D触发器32-4的置位端被连接到或元件32-5的输出端子。
或元件32-5接收第二与元件32-2的输出信号以及第一D触发器32-3的Q端子信号反相信号。为此目的，第一D触发器32-3的Q端子信号反向信号通过反相器32-6和缓冲器32-7输入到或元件32-5。
由于这种结构，第一D触发器32-3的Q端子信号和第二D触发器32-4的Q端子信号不会相同，并且通过使用第一D触发器32-3的Q端子信号和第二D触发器32-4的Q端子信号来生成开关控制信号。
如图4中示出的开关控制信号将如下信号发送到开关单元3：第一控制信号（通过反相器32-8从第一D触发器32-3的Q端子信号反相的信号），第二控制信号（通过反相器32-9从第二D触发器32-4的Q端子信号反相的信号），第三控制信号（通过反相器32-10从第一D触发器32-3的Q端子信号反相的信号），以及第四控制信号（通过反相器32-11从第二D触发器32-4的Q端子信号反相的信号）。
开关单元33包括第一、第二、第三和第四开关SW1，SW2，SW3，SW4，其中，当对应其本身的控制信号为高时，各开关SW1～SW4被接通，并且当对应其本身的控制信号为低时，各开关SW1～SW4被关断。
第一开关SW1在TRXD+端子15和第一信号线17-1之间切换以接收第一控制信号。也就是说，当第一D触发器32-3的Q端子信号为低时，TRXD+端子15和第一信号线17-1相连接。
第二开关SW2在TRXD+端子15和第二信号线17-2之间切换以接收第二控制信号。也就是说，当第二D触发器32-4的Q端子信号为低时，TRXD+端子15和第二信号线17-2相连接。
第三开关SW3在TRXD–端子16和第二信号线17-2之间切换以接收第三控制信号。也就是说，当第一D触发器32-3的Q端子信号为低时，TRXD–端子16和第二信号线17-2相连接。
第四开关SW4在TRXD–端子16和第一信号线17-1之间切换以接收第四控制信号。也就是说，当第二D触发器32-4的Q端子信号为低时，TRXD–端子16和第一信号线17-1相连接。
终究，当第一D触发器32-3的Q端子信号为低时，TRXD+端子15和第一信号线17-1被连接并且TRXD–端子16和第二信号线17-2被连接。此外，当第二D触发器32-4的Q端子信号为低时，TRXD+端子15和第二信号线17-2被连接并且TRXD–端子16和第一信号线17-1被连接。这些开关33可以使用开关IC（集成电路）来配置。
现在，将参照图5来说明装置30被应用于主设备的示例。
当使用RS-485通信的设备为主设备时，端子极性在从设备之前确定，并且当主设备被启动时，为了复位第一D触发器32-3和第二D触发器32-4，复位信号被发送到第一D触发器32-3和第二D触发器32-4。
当第一D触发器32-3和第二D触发器32-4被复位时，虽然各D触发器的Q端子全部输出低信号，但是从第一D触发器32-3的Q端子输出的低信号通过反相器32-6被反相，并且通过或元件32-5被输入到第二D触发器32-4的置位端子，这样第二D触发器32-4的Q端子被立即转换为高信号。也就是说，阻止了四个开关全部运行。
当第一D触发器32-3的Q端子信号为低，并且第二D触发器32-4的Q端子信号为高时，第一开关SW1和第三开关SW3被短路，由此，在复位发生的初始状态下，TRXD+端子15和第一信号线17-1被连接，并且TRXD–端子16和第二信号线17-2被连接。
现在，将参照图6来说明装置30被应用于从设备的示例。
当使用RS-485通信的设备为从设备时，相关的设备等待从主设备发送的信号。从设备在初始操作中不复位，并且当来自通信电缆17的两个未知极性的信号被接收时，比较器31比较两信号的电压电平之差。
例如，第一信号线17-1的信号是TRXD+信号，通过主设备发送的数据的起始位使得TRXD+信号的电压高于TRXD–信号的电压，所以第一比较器31-1输出低信号而第二比较器31-2输出高信号。
因此，第一D触发器32-3的Q端子输出低信号，并且第二D触发器32-4的Q端子输出高信号，由此，第一开关SW1和第三开关SW3被控制在处于短路状态以允许TRXD+端子15和第一信号线17-1被连接，并且TRXD–端子16和第二信号线17-2被连接。第一D触发器32-3和第二D触发器32-4保持开关连接状态，直到设备的电源被关断或复位信号被输入。
现在，参照图7，将对所述装置30被应用于从设备的另一示例（当第二信号线的信号为TRXD+信号时）进行说明。
当来自通信电缆17的两个未知极性的信号被接收时，比较器31比较两信号的电压电平之差。
因为通过主设备发送的数据的起始位使得TRXD+信号的电压高于TRXD–信号的电压，所以第一比较器31-1输出高信号而第二比较器31-2输出低信号。
因此，第一D触发器32-3的Q端子输出高信号，并且第二D触发器32-4的Q端子输出低信号，由此，第二开关SW2和第四开关SW4被控制在处于短路状态以允许TRXD+端子15和第二信号线17-2被连接，并且TRXD–端子16和第一信号线17-1被连接。也就是说，不论信号线的极性如何，TRXD+端子15和TRXD–端子16中的每个被匹配地连接到正确极性的信号线上。
虽然已经参照多个说明性实施例描述了示例性实施例，但是应该理解的是，本领域的技术人员可以设计出将落在在本公开的原理的精神和范围之内的许多其他的修改和实施例。更具体而言，在本公开、附图和随附的权利要求书的范围之内，主题结合布置的组成部件和/或布置的各种变体和修改是可能的。

Claims (7)

1.一种用于RS通信的转换端子极性的装置，所述装置包括：
比较器，其配置为通过比较用于RS-485通信的电缆的第一信号线及第二信号线上所指示的电压电平来识别第一信号线和第二信号线的极性；
开关单元，其配置为响应于所提供的开关控制信号而将TRXD+端子连接到第一信号线并且将TRXD–端子连接到第二信号线，或者将TRXD+端子连接到第二信号线或将TRXD–端子连接到第一信号线；以及
开关控制器，其配置为响应于通过所述比较器对于第一信号线和第二信号线的极性识别结果而将所述开关控制信号发送到所述开关单元。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述比较器使用施加于相互不同极性的输入端子的相对于第一信号线及第二信号线的输出电压来识别第一信号线的极性和第二信号线的极性。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述比较器包括：第一比较器，其配置为分别通过负号输入端子和正号输入端子接收第一信号线的电压及第二信号线的电压以识别第一信号线的极性和第二信号线的极性并且输出作为识别结果的信号；以及第二比较器，其配置为分别通过正号输入端子和负号输入端子接收第一信号线的电压及第二信号线的电压以识别第一信号线的极性和第二信号线的极性并且输出作为识别结果的信号。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述开关单元包括第一D触发器、第二D触发器、第一与元件、第二与元件和或元件，其中
所述第一与元件的两个输入端子被分别连接到所述第一比较器的输出端子和所述第二D触发器的Q’端子，
所述第二与元件的两个输入端子被分别连接到所述第二比较器的输出端子和所述第一D触发器的Q’端子，
来自主机的复位信号被输入到所述第一D触发器的复位端，并且置位端被连接到所述第一与元件的输出端子，
来自主机的复位信号被输入到所述第二D触发器的复位端，并且置位端被连接到所述或元件的输出端子，
所述第二与元件的输出信号和所述第一D触发器的Q端子信号反相信号被输入到所述或元件的两个输入端子，并且
通过使用所述第一D触发器的Q端子信号和所述第二D触发器的Q端子信号来生成所述开关控制信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述开关单元包括：第一开关，其配置为将TRXD+端子连接到第一信号线或将TRXD+端子与第一信号线断开连接；第二开关单元，其配置为将TRXD+端子连接到第二信号线或将TRXD+端子与第二信号线断开连接；第三开关，其配置为将TRXD–端子连接到第二信号线或将TRXD–端子与第二信号线断开连接；以及第四开关单元，其配置为将TRXD–端子连接到第一信号线或将TRXD–端子与第一信号线断开连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，当输入的开关控制信号为高时，所述第一、第二、第三和第四开关单元被接通，而当输入的开关控制信号为低时，所述第一、第二、第三和第四开关单元被关断。
7.根据权利要求5所述的装置，其中所述开关控制器将所述第一D触发器的Q端子信号反转以便发送而作为第一开关和第二开关的控制信号，并且所述开关控制器将所述第二D触发器的Q端子信号反转以便发送而作为第二开关和第四开关的控制信号。
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