CN205142206U - 一种切换通信方向的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种切换通信方向的电路，包括单片机、隔离单元、NPN型三极管和RS485芯片；所述隔离单元的输入端与所述单片机连接，所述隔离单元的输出端通过NPN型三极管与所述RS485芯片的使能端相连接；所述单片机通过所述隔离单元控制所述RS485芯片的所述使能端模拟出差分信号进行数据传输。本实用新型提供的电路结构简单，实现通信方向自动切换。

Description

一种切换通信方向的电路

技术领域

本实用新型涉及电子通讯技术领域，具体涉及一种切换通讯方向的电路。

背景技术

RS-485是一种基于差分信号传送的串行通信链路层协议。它解决了RS-232协议传输距离太近(15m)的缺陷，是工业上广泛采用的较长距离数据通信链路层协议。

RS-485芯片是一种普遍应用于工程数据的有线通讯芯片，其采用半双工通讯方式，每次进行通讯时，需要进行接收和发送状态的转换。

在单片机电路中，一般用1根I/O线来控制RS-485芯片的接收和发送状态的转换。这样需要由软件来控制I/O引脚的电平，以达到控制RS-485收发转换的目的。

这样的控制方法造成RS-485通信存在以下问题：

在想要发送数据和真正的能发送数据之间，存在一定的转换延时；

如果发送到接收的转换时机不当，则会造成数据丢失；

在接收和发送数据转换期间，容易引入干扰，使UART单元收到多余的杂乱数据。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种切换通讯方向的电路，能有效解决RS-485芯片自动切换通讯方向的问题。

为实现上述技术目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种切换通信方向的电路，其特征在于，包括单片机、隔离单元、NPN型三极管和RS485芯片；

隔离单元的输入端与单片机连接，隔离单元的输出端通过NPN型三极管与RS485芯片的使能端相连接；

单片机通过隔离单元控制RS485芯片的使能端模拟出差分信号进行数据传输。

本实用新型通过单片机的数据发送端控制RS485芯片的驱动器输出使能端DE和接收器输入使能端模拟出差分信号进行数据传输，实现RS485通讯方向的自动切换。

进一步优选的，隔离单元选用HCPL2531芯片。

进一步优选的，隔离单元的阳极ANODE1通过电阻R1连接至电源VCC，隔离单元的阳极ANODE2通过电阻R2连接至电源；隔离单元的阴极CATHODE1连接单片机的数据发送端US2_TX，隔离单元的阴极CATHODE2连接RS485的接收器输出端RO；隔离单元的输出端VO1通过电阻R3连接电源VCC，同时隔离单元的输出端VO1通过电阻R6连接NPN型三极管的基极；隔离单元的输出端VO2通过电阻R4连接至电源VCC，同时隔离单元的输出端VO2还连接单片机的数据接收端RX；隔离单元的电源端连接至电源VCC，同时隔离单元的电源端通过电容C1与隔离单元的地端连接，隔离单元的地端接地；

NPN型三极管的集电极通过电阻R5连接至电源VCC，同时NPN型三极管的集电极连接RS485芯片的接收器使能端和驱动器输出使能端DE,NPN型三极管的发射极接地；

RS485芯片的驱动器输入端DI连接隔离单元的输出端VO1，RS485芯片的B端通过上拉电阻R7拉高为高电平，RS485芯片的A端通过下拉电阻R8下拉为低电平，RS485芯片的电源端连接至电源VCC，RS485芯片的低端接地。

进一步优选的，RS485芯片的B端和上拉电阻之间还连接有电阻RV1。

进一步优选的，RS485芯片的A端和下拉电阻之间还连接有电阻RV2。

本实用新型在RS485芯片的B端和A端分别增加电阻RV1和电阻RV2，使得在通信线路中一个RS485芯片因为损坏而内部短路时，阻止A、B线之间短路，从而不会影响别的节点通信。

本实用新型能够输出差分信号，控制传输方向，利用外部电路造成虚假差分信号，实现数据传输。本实用新型在单片机和RS485芯片之间还设有隔离单元，并在RS485芯片的AB端上增加保护电阻，使得本实用新型电路简单稳定，具有良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1为本实用新型一种切换通信方向的电路总体原理图；

图2为本实用新型一种切换通信方向的电路中SN65176B芯片结构示意图；

图3为本实用新型一种切换通信方向的电路一种具体实施例电路图。

附图标号：

1.单片机，2.隔离单元，3.NPN型三极管，4.RS485芯片。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本实用新型的目的为解决RS485通信方向自动切换。

图1为本实用新型一种切换通信方向的电路总体原理图，作为本实用新型的一个具体实施例，如图1所示，一种切换通信方向的电路，其特征在于，包括单片机1、隔离单元2、NPN型三极管3和RS485芯片4；

隔离单元2的输入端与单片机1连接，隔离单元2的输出端通过NPN型三极管3与RS485芯片4的使能端相连接；

单片机1通过隔离单元2控制RS485芯片4的使能端模拟出差分信号进行数据传输。

本实用新型通过单片机1的数据发送端控制RS485芯片4的驱动器输出使能端DE和接收器输入使能端模拟出差分信号进行数据传输，实现RS485通讯方向的自动切换。

具体的，本实用新型中隔离单元2选用HCPL2531芯片。

HCPL2531芯片为光耦合器(opticalcoupler，英文缩写为OC)，亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED)，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

优选的，RS485芯片4选用SN65176B芯片。

图2为本实用新型一种切换通信方向的电路中SN65176B芯片结构示意图。如图2所示，一般的8脚TTL电平到SN65176B芯片的引脚定义如下：

接收器输出端RO，接收数据的TTL电平输出。若A端电平高于B端电平，则RO为高电平，否则为低电平。

接收器输入使能端低电平有效的接收允许。当接收器输入使能端为低电平时，接收器输出端RO有效；当接收器输入使能端为高电平时，接收器输出端RO为高祖状态。

驱动器输出使能端DE，高电平有效的发送允许。当驱动器输出使能端DE变为高电平时，驱动器输出A端与B端有效；当驱动器输出使能端DE为低电平时，驱动器输出为高祖状态。当驱动器输出有效时，RS485芯片4被当做驱动器，而高阻状态下，若接收器输入使能端为低电平，则RS485芯片4被用作接收器。

驱动器输入端DI,发送数据的TTL电平输入。驱动器输入端DI上的低电平强制输出A端为低电平，而输出B端为高电平。同理，DI上的高电平强制输出A端为高电平，而输出B端为低电平。

A端，接收器同相输入端和驱动器同相输出端。

B端，接收器反相输入端和驱动器反相输出端。

图3为本实用新型一种切换通信方向的电路一种具体实施例电路图。本实用新型中隔离单元2为HCPL2531芯片，具体的电路连接如下：

HCPL2531芯片的阳极ANODE1通过电阻R1连接至电源VCC，其阳极ANODE2通过电阻R2连接至电源。HCPL2531芯片的阴极CATHODE1连接单片机1的数据发送端US2_TX，其阴极CATHODE2连接RS485的接收器输出端RO。HCPL2531芯片的输出端VO1通过电阻R3连接电源VCC，同时该端通过电阻R6连接NPN型三极管3的基极。HCPL2531芯片的输出端VO2通过电阻R4连接至电源VCC，同时该端还连接单片机1的数据接收端RX。HCPL2531芯片的电源端连接至电源VCC，同时该端通过电容C1与HCPL2531芯片的地端连接。HCPL2531芯片的地端接地。

NPN型三极管3的集电极通过电阻R5连接至电源VCC，同时该端连接RS485芯片4的接收器使能端和驱动器输出使能端DE。NPN型三极管3的发射极接地。

RS485芯片4的驱动器输入端DI连接HCPL2531芯片的输出端VO1。RS485芯片4的B端通过上拉电阻R7拉高为高电平，RS485芯片4的A端通过下拉电阻R8下拉为低电平。RS485芯片4的电源端连接至电源VCC，RS485芯片4的低端接地。

结合图3，具体的，本实用新型中单片机1的数据发送端US2_TX通过HCPL2531芯片连接NPN型三极管3控制SN65176B芯片的通讯方向具体方式为：

图3中US2_TX、US2_RX是单片机1的数据发送端和数据接收端，初始化时全部为高电平。当不发送数据时，单片机1的数据发送端US2_TX为高电平，经HCPL2531芯片的输出端VO1输出后接入NPN型三极管3的基极，NPN型三极管3反向为低电平，此时SN65176B芯片的接收器使能端和驱动器输出使能端DE为低，SN65176B芯片是工作在接受状态。

在发送数据时，包括发送数据0和数据1两种情况：

1.当US2_TX为低电平时，HCPL2531芯片的输出端VO1输出为低电平，经过NPN型三极管3信号反转后输出为高电平，SN65176B芯片的驱动器输出使能端DE为高电平，驱动器输出有效，驱动器输入端DI端接HCPL2531芯片的输出端VO1，则驱动器输入端DI为低电平，故驱动器输出端A为低电平，驱动器输出端B为高电平，SN65176B芯片工作在发送0。

2.当US2_TX为高电平时，HCPL2531芯片的输出端VO1输出为高电平，经过NPN型三极管3信号反转后输出低电平，SN65176B芯片的驱动器输出使能端DE为低电平，呈高阻状态，接收器使能端端为低电平，接收器输入端有效，SN65176B芯片工作在接收状态。SN65176B芯片的A、B端处于高阻态。此时靠上拉电阻R7和下拉电阻R8的上拉和下拉作用，使总线上产生正的差分信号，从而将单片机1数据发送端US2_TX的高电平信号送出，发送数据1。需要注意的是，发送数据1时，由于SN65176B芯片处于接收状态，此时的发送信号必须是在总线上其它节点发送数据时，才能将数据1送出。

本实用新型中在发送数据0时，单片机1的数据发送端US2_TX为低电平，SN65176B芯片的驱动器输出使能端DE为高电平，SN65176B芯片是发送状态，发送数据0。在发送数据1时，单片机1的数据发送端US2_TX为高电平，SN65176B芯片的接收器使能端为低，SN65176B芯片是接收状态，此时A端和B端上压差形成数据是1，数据1是通过把SN65176B芯片切换到输入状态AB线上的压差形成数据1的。

本实用新型中只要保证不同时进行接收和发送的操作，不必用指令控制DE/进行接收和发送的转换，通信方向的转换由硬件本身完成。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形，而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (5)

1.一种切换通信方向的电路，其特征在于，包括单片机、隔离单元、NPN型三极管和RS485芯片；

所述隔离单元的输入端与所述单片机连接，所述隔离单元的输出端通过NPN型三极管与所述RS485芯片的使能端相连接；

所述单片机通过所述隔离单元控制所述RS485芯片的所述使能端模拟出差分信号进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的切换通信方向的电路，其特征在于，所述隔离单元选用HCPL2531芯片。

3.根据权利要求2所述的切换通信方向的电路，其特征在于，所述隔离单元的阳极ANODE1通过电阻R1连接至电源VCC，所述隔离单元的阳极ANODE2通过电阻R2连接至电源；

所述隔离单元的阴极CATHODE1连接所述单片机的数据发送端US2_TX，所述隔离单元的阴极CATHODE2连接所述RS485的接收器输出端RO；

所述隔离单元的输出端VO1通过电阻R3连接电源VCC，同时所述隔离单元的输出端VO1通过电阻R6连接NPN型三极管的基极；

所述隔离单元的输出端VO2通过电阻R4连接至电源VCC，同时所述隔离单元的输出端VO2还连接所述单片机的数据接收端RX；

所述隔离单元的电源端连接至电源VCC，同时所述隔离单元的电源端通过电容C1与所述隔离单元的地端连接，所述隔离单元的地端接地；

所述NPN型三极管的集电极通过电阻R5连接至电源VCC，同时所述NPN型三极管的集电极连接所述RS485芯片的接收器使能端和驱动器输出使能端DE,所述NPN型三极管的发射极接地；

所述RS485芯片的驱动器输入端DI连接所述隔离单元的所述输出端VO1，所述RS485芯片的B端通过上拉电阻R7拉高为高电平，所述RS485芯片的A端通过下拉电阻R8下拉为低电平，所述RS485芯片的电源端连接至电源VCC，所述RS485芯片的低端接地。

4.根据权利要求3所述的切换通信方向的电路，其特征在于，所述RS485芯片的B端和所述上拉电阻之间还连接有电阻RV1。

5.根据权利要求3所述的切换通信方向的电路，其特征在于，所述RS485芯片的A端和所述下拉电阻之间还连接有电阻RV2。