CN204089768U - Rs485自动换向电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种RS485自动换向电路，包括485收发芯片和换向电路，而所述的换向电路包括与非门电路和延时电路，与非门电路包括三个与非门，延时电路由二极管与一电阻并联后再与一电容串联组成；第一与非门的两个输入端与485收发芯片的第四引脚连接，并连接在处理器芯片UART串行总线的TXD端，第一与非门与延时电路；第二与非门与延时电路连接，另一个输入端与第三与非门连接，并连接至485收发芯片的第二引脚和第三引脚。本实用新型节省了控制器的端口资源，同时提高了软件的兼容性以及降低了在操作***下嵌入式程序的开发难度，极大的提高RS485的传输距离及抗干扰能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及电数字数据处理领域，特别是涉及一种RS485自动换向电路。
背景技术
RS-485 总线作为一种多点差分数据传输的电气规范，已成为业界应用最为广泛的标准通信接口之一。这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点双向通信，它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、电缆长度及可靠性是其他标准无法比拟的。正因为此，RS-485 广泛应用于安防监控等行业。一般的控制芯片都自带了串行接口,但是很少会集成485接口, 所以控制器必须外接转换电路才能实现串行UART接口到485接口的转换。RS485通信接口信号是差分电平形式，半双工模式工作。同一时刻仅仅能发送或者接收，需要控制发送和接收的方向，才能完整交互通信，保证正常的收发。
现有的RS485接口电路换向方案一般有两种，软件程序控制换向，硬件电路控制方向。
利用软件程序的换向控制，电路的示意图如图1所示，将CPU的I/O1、I/O2引脚分别与RS485收发器的方向控制DE、RE引脚连接，通过CPU的I/O1、I/O2引脚电平来控制实现方向控制，当I/O电平为高，485收发器为发送模式，此时串口TX发出的数据会送到485总线，当I/O电平为低，485收发器为接收模式，此时485总线上的数据会被送到串口的RX信号线，这样就可以完成通过UART接口实现与485接口通信的目的。
另一种利用硬件实现，电路如图2~3所示，U1为485收发芯片型号为ISL3152EIBZ， U2A为非门电路或者三极管开关电路实现非门的效果，型号为74HC14， U1的RE非和DE引脚通过485-_DIR连接非门电路U2A的输出引脚2， U1的DI引脚通过UART_TXD连接非门电路U2A的输入引脚1；工作方式是，当UART_TXD没有数据，其电平常高，485收发芯片U1处于接收模式，可以正常接收数据；UART_TXD发送数据时，先发送数据开始位0，此时总线上的其余控制器开始进入接收状态，发送数据位为0，485收发芯片U1为发送模式，可以正常发送数据，发送数据位为1时，485收发芯片U1模式为接收，此时虽然UART_RXD上有高电平出现但是因为没有由高到低的起始位，UART并不会开始接受出现在UART_RXD上的数据，同时总线上的其它控制器都处于接收状态，总线空闲，此时总线的电平由发送控制器的上拉电阻R2和下拉电阻R3来决定，485_A为高电平，485_B为低电平，相当于此时发送数据为1，这样可以完成数据位0和1的发送了。
利用软件控制485换向存在一些问题：首先会占用控制器引脚，其次在有操作***的环境，尤其是linux这样的环境下，增加嵌入式软件的开发难度，并且不易于的程序兼容性。利用硬件的换向控制电路，大多是基于一个非门，这样的电路当发送1时其驱动能力完全取决于上拉电阻R2和下拉电阻R3，驱动能力较弱，同时由于上下拉电阻会破坏差分线的阻抗，为了增加驱动能力可以适当减小上下拉的电阻值，这样虽然能从一定程度上增加485输出驱动能力，但是电阻会消耗比较大的功率。
发明内容
本实用新型为了解决上述问题而提供一种RS485自动换向电路。
本实用新型为解决这一问题所采取的技术方案是：
本实用新型的一种RS485自动换向电路，包括485收发芯片和换向电路，而所述的换向电路包括与非门电路和延时电路，与非门电路包括三个与非门，延时电路由二极管与一电阻并联后再与一电容串联组成；第一与非门的两个输入端与485收发芯片的第四引脚连接，并连接在处理器芯片UART串行总线的TXD端，第一与非门的输出端与延时电路的输入端；第二与非门的一个输入端与延时电路的输出端连接，另一个输入端与第三与非门的输出端连接，并连接至485收发芯片的第二引脚和第三引脚；第三与非门的一个输入端与第二与非门的输出端连接，另一个输入端与485收发芯片的第四引脚连接。
本实用新型具有的优点和积极效果是：
本实用新型的RS485自动换向电路，可以实现UART到RS485的接口转换，实现了RS485方向的自动控制，不需要单独占用控制器IO资源，去实现发送和接收的控制，节省了控制器的端口资源，同时提高了软件的兼容性以及降低了在操作***下嵌入式程序的开发难度，极大的提高RS485的传输距离及抗干扰能力，为安防监控等需要高可靠、长距离485的数据传输应用提供了很好的保证。
附图说明
图1是现有技术中软件实现方式的电路图；
图2是现有技术中硬件实现方式的485收发芯片的电路图；
图3是现有技术中非门的电路图；
图4是本实用新型的485收发芯片的电路图；
图5是本实用新型的换向电路的电路图；
图6是本实用新型的UART_TXD发送一个字节的时序图。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本实用新型的RS485自动换向电路进行详细的说明。
如图4~6所示，一种RS485自动换向电路，包括485收发芯片和换向电路，所述的换向电路包括与非门电路和延时电路，与非门电路包括三个与非门，延时电路由二极管与一电阻并联后再与一电容串联组成；第一与非门的两个输入端与485收发芯片的第四引脚连接，并连接在处理器芯片UART串行总线的TXD端第一与非门的输出端与延时电路的输入端；第二与非门的一个输入端与延时电路的输出端连接，另一个输入端与第三与非门的输出端连接，并连接至485收发芯片的第二引脚和第三引脚；第三与非门的一个输入端与第二与非门的输出端连接，另一个输入端与485收发芯片的第四引脚连接。
二极管的阳极与电阻的接合点为延时电路的输入端，二极管的阴极与电阻的接合点为延时电路的输出端。
与非门电路型号为74HC00,包括4个与非门，任选其中三个U1B、U1C、U1D与非门使用。
具体工作方式是：
当UART_TXD开始发送起始位（电平由高变低，保持一位数据的时间长度），U1D的13脚会变为低电平，U1D的11脚会立即变为高电平，从而U2的模式变为发送模式，这个过程延迟在纳秒级，于此同时，U1B的5脚变为低电平，U1B的6脚变为高电平，通过二极管D1快速为电容C2充电，当C2充满电，U1C的9脚变为高电平，同时8脚变为低电平，U1D的12变为低电平，此时U1D的11脚电平由U1D的13脚的电平来决定,也就是UART_TXD的电平来决定；假设UART通过TXD发送一个数据为0xff的字节，先发送起始位，此时的电平变化过程如上所述，紧接着数据的第一位先发送，也就是发送一位数据1，此时U1D的13脚会变为高电平，U1的5脚变为高电平，U1B的6脚变为低电平，此时U1C的9脚仍然为高电平，并且U1C的9脚和U1B的6脚间通过R2形成一个电容的放电回路，R2为一个大阻值的电阻，需要一小段时间，U1C的9脚的电平才会慢慢变为低电平，在9脚电平保持为高的时候，紧跟着发送后面的7个数据位，后面7位都是1，重复着上面第一位数据位的发送过程，最后一个停止位1同样也是一样的过程，在停止位发送之前U1C的9脚都保持高电平，U1C的8脚就保持低电平，U1D的12脚就保持低电平，U1D的11脚就保持高电平，U2就保持发送模式不变；当停止位发送完毕，UART_TXD电平为高，U1B的6脚电平为低，此时经过一个字节8位数据的传送时长的放电时间，电容C2上的电压已经比较低，U1C的9脚为被识别为低电平，U1C的8脚为高电平，U1D的12脚就为高电平，从而U1D的11脚为低电平，U2处于切换到接收模式。UART_TXD保持高电平，U2保持接收模式，此时总线上有数据，就可以正常的接收数据。
此电路根据波特率的不同可以调整电阻R2和电容C2的参数来把发送到接收模式的响应速度调整好最佳，以9600为例, 一位起始位,8位数据,一位停止, 发送一个字节需要十位数据的时间,大概是1ms, 可以通过调整电阻R2和电容C2的值,使U1的9脚电压由高降落到可识别为低电平电压的时间正好大于1ms即可。实际长距离传输中，一般会选定波特率，并且也因为传输线距离长，对发送到接收的转换速度要求相对低，此电路完全能满足实际长距离传输的需要。
UART这里指的是TTL电平的串口，计算机输出对外一般是RS232电平的串口，TTL电平是5V的，而RS232是负逻辑电平，它定义+5~+12V为低电平，而-12~-5V为高电平。Uart串口的RXD、TXD等一般直接与处理器芯片的引脚相连，而RS232串口的RXD、TXD等一般需要经过电平转换(通常由Max232等芯片进行电平转换)才能接到处理器芯片的引脚上，否则过高的电压很可能会将芯片烧坏。通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器，通常集成在嵌入式控制器中或周边IC设备。
本实用新型的RS485自动换向电路，可以实现UART到RS485的接口转换，实现了RS485方向的自动控制，不需要单独占用控制器IO资源，去实现发送和接收的控制，节省了控制器的端口资源，同时提高了软件的兼容性以及降低了在操作***下嵌入式程序的开发难度，极大的提高RS485的传输距离及抗干扰能力，为安防监控等需要高可靠、长距离485的数据传输应用提供了很好的保证。
Claims (1)
1.一种RS485自动换向电路，包括485收发芯片和换向电路，其特征在于：所述的换向电路包括与非门电路和延时电路，与非门电路包括三个与非门，延时电路由二极管与一电阻并联后再与一电容串联组成；第一与非门的两个输入端与485收发芯片的第四引脚连接，并连接在处理器芯片UART串行总线的TXD端，第一与非门的输出端与延时电路的输入端；第二与非门的一个输入端与延时电路的输出端连接，另一个输入端与第三与非门的输出端连接，并连接至485收发芯片的第二引脚和第三引脚；第三与非门的一个输入端与第二与非门的输出端连接，另一个输入端与485收发芯片的第四引脚连接。
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| CN105629832A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-06-01 | 吉林大学 | 一种无收发控制端rs485收发自动切换隔离电路及方法 |
| CN109557859A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-04-02 | 珠海派诺科技股份有限公司 | 基于rs-485通信的简易通用电路 |
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