CN214311733U

CN214311733U - 一种收发自动控制的rs485电路

Info

Publication number: CN214311733U
Application number: CN202120632199.5U
Authority: CN
Inventors: 张春光; 吴珍全; 柯秀凤; 张秋平
Original assignee: Shenzhen Rongkeda Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Rongkeda Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2031-03-29

Abstract

本实用新型适用于通信领域，提供了一种收发自动控制的RS485电路，包括：RS485芯片和触发电路，触发电路的输出端口与RS485芯片的发送信号控制端、接收信号控制端电性连接，用于通过使能RS485芯片的发送信号控制端、接收信号控制端来控制RS485芯片在发送状态与接收状态之间切换工作，并且受发送信号TXD触发、控制RS485芯片在发送周期一直处于发送状态而完整输出发送信号TXD。本实用新型所提供的RS485电路采用触发电路来进行收发自动控制，该触发电路通过控制RS485芯片在发送周期一直处于发送状态，这样无论发送信号为0电平还是1电平都能被RS485芯片完整输出，保证信号了完整性，减少通信了故障，通信质量也得到提升。

Description

一种收发自动控制的RS485电路

技术领域

本实用新型属于通信领域，尤其涉及一种收发自动控制的RS485电路。

背景技术

RS485是一个定义平衡数字多点***中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS-485使得连接本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能。

由于RS-485技术基于半双工的通信方式，因此通常需要采用MCU来控制RS-485电路对信号的接收和发送。为节省MCU的I/O资源，以及在某些不方便控制收发状态的场合，收发自动控制的RS485电路便应运而生。

现有的收发自动控制的RS485电路，是利用发送信号TXD经过调理之后控制RS485芯片的收发控制脚来实现。不同的调理控制方式产生不同的效果，目前使用的方式主要有两种：一种是TXD经过反相器之后直接控制RS485芯片的收发控制脚，TXD信号直接连接RS485芯片的D管脚，另一种也是TXD信号经过反相器后连接收发控制脚，但TXD信号是接地的。

这两种方式处理的结果是，RS485信号的1电平信号不是从芯片输出的，而是通过A端口上拉和B端口下拉来实现1电平信号。TXD信号接地很容易理解，在TXD不接地的时候，由于该信号经过反相器控制收发控制脚，导致RX485芯片进入接收状态，所以也无法输出有效的1电平信号。

在整个发送过程中RX485芯片无法直接输出1电平信号的话就无法保证信号的完整性，可能会造成通信故障，无法保证通信质量。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题为在整个发送过程中如何让RX485芯片能直接完整输出发送信号，从而保证信号的完整性，减少通信故障，提升通信质量。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的，一种收发自动控制的RS485电路，包括：

RS485芯片，具有发送信号输入端、接收信号输出端、发送信号控制端、接收信号控制端以及两个用于传输差分信号的总线数据端口，可在发送状态与接收状态之间切换工作；

触发电路，其输出端口与所述RS485芯片的发送信号控制端、接收信号控制端电性连接，用于通过使能所述RS485芯片的发送信号控制端、接收信号控制端来控制所述RS485芯片在发送状态与接收状态之间切换工作，并且受发送信号TXD触发、控制所述RS485芯片在发送周期一直处于发送状态而完整输出所述发送信号TXD。

进一步地，所述触发电路包括一RC充电电路，用于在发送信号TXD为1电平时进行预设时长的充电，且所述预设时长大于发送一帧数据的时长；所述触发电路在发送信号TXD为0电平时直接控制所述RS485芯片处于发送状态，所述触发电路在发送信号TXD为1电平时通过所述RC充电电路的充电信号来延迟RS485芯片向接收状态转换，从而使得所述RS485芯片在发送信号TXD为1时，也能处于发送状态。

进一步地，所述触发电路包括：电容C2，其第一端接地；型号为CD4013的RS+D触发器，具有上升沿有效的触发信号输入端口C、数据输入端口D、高电平有效的置位端口S、高电平有效的复位端口R、正信号输出端口Q、反信号输出端口

所述数据输入端口D和所述复位端口R接地；所述置位端口S连接所述电容C2的第二端，所述置位端口S还通过电阻R7与所述反信号输出端口

连接，所述电容C2与所述电阻R7构成所述RC充电电路；所述反信号输出端口

同时连接所述RS485芯片的接收信号输出端和发送信号控制端；反相器，发送信号TXD输入至其输入端，其输出端通过电阻R2连接至所述触发信号输入端口C；复位二极管D1，发送信号TXD输入至其阴极，其阳极连接至所述置位端口S；复位二极管D2，其阳极连接所述电容C2的第一端，其阴极与所述反信号输出端口

连接。

进一步地，所述发送信号TXD通过限流电阻R3输入至所述复位二极管D1的阴极。

进一步地，所述复位二极管D2的阴极通过限流电阻R4与所述反信号输出端口

连接。

进一步地，所述触发电路包括：电容C2，其第一端接VCC电源；型号为74HC74的RS+D触发器，具有上升沿有效的触发信号输入端口C、数据输入端口D、低电平有效的置位端口S、低电平有效的复位端口R、正信号输出端口Q、反信号输出端口

所述置位端口S和所述数据输入端口D均连接VCC电源，所述复位端口R连接所述电容C2的第二端，所述复位端口R还通过电阻R7与所述反信号输出端口

连接，所述电容C2与所述电阻R7构成所述RC充电电路；所述正信号输出端口Q同时连接所述RS485芯片的接收信号输出端和发送信号控制端；反相器，发送信号TXD输入至其输入端，其输出端通过电阻R2连接至所述触发信号输入端口C；复位二极管D1，其阳极连接所述反相器的输出端，其阳极连接至所述复位端口R；复位二极管D2，其阳极连接所述反信号输出端口

其阴极与所述复位端口R。

进一步地，所述反相器的输出端通过限流电阻R3输入至所述复位二极管D1的阳极。

进一步地，所述复位二极管D2的阴极通过限流电阻R4与所述复位端口R连接。

进一步地，所述VCC电源通过滤波电容C1接地。

进一步地，所述RS485芯片的接收信号输出端通过匹配电阻R1输出接收信号；所述两个用于传输差分信号的总线数据端口包括端口A和端口B，所述RS485还具有用于连接VCC电源的电源端VCC和用于接地的接地端GND；所述电源端VCC通过上拉电阻R11连接至RS485芯片的正信号端口485A+，所述端口A通过匹配电阻R6连接至RS485芯片的正信号端口485A+；所述接地端GND通过下拉电阻R12连接至RS485芯片的负信号端口485A-，所述端口B通过匹配电阻R5连接至RS485芯片的负信号端口485A-。

本实用新型所提供的RS485电路采用触发电路来进行收发自动控制，该触发电路通过控制RS485芯片在发送周期一直处于发送状态，这样无论发送信号为0电平还是1电平都能被RS485芯片完整输出，保证信号了完整性，减少通信了故障，通信质量也得到提升。

附图说明

图1是本实用新型提供的收发自动控制的RS485电路的模块框图；

图2是本实用新型提供的收发自动控制的RS485电路的一种具体电路图；

图3是本实用新型提供的收发自动控制的RS485电路的另一种具体电路图；

图4是本实用新型提供的图2和图3所示RS485电路的工作时序图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1，本实用新型所提供的收发自动控制的RS485电路包括触发电路11和RS485芯片12，其中，RS485芯片12具有发送信号输入端、接收信号输出端、发送信号控制端、接收信号控制端以及两个用于传输差分信号的总线数据端口，RS485芯片12可在发送状态与接收状态之间切换工作。

当RS485芯片12工作于接收状态时，RS485芯片12将从总线数据端口A和B输入的接收信号从接收信号输出端RXD输出，当RS485芯片12工作于发送状态时，RS485芯片12将从发送端信号TXD输入的发信号从总线数据端口A和B输出。

RS485芯片12的工作状态由触发电路11来控制，具体地，触发电路11的输出端口与RS485芯片12的发送信号控制端、接收信号控制端电性连接，用于通过使能RS485芯片12的发送信号控制端、接收信号控制端来控制RS485芯片12在发送状态与接收状态之间切换工作。并且受发送信号TXD触发、控制RS485芯片12在发送周期一直处于发送状态而完整输出发送信号TXD。

可见，不同于现有技术中直接采用发送信号TXD或反相后的发送信号TXD来控制RS485芯片12的状态，本实用新型通过采用专门的触发电路11在整个发送周期控制RS485芯片12的工作状态，使得RS485芯片12在整个发送周期都能一直保持在发送状态，从而使得无论发送信号为0电平还是1电平都能被RS485芯片完整输出，保证信号了完整性，减少通信了故障，通信质量也得到提升。

进一步地，触发电路11包括一RC充电电路，该RC充电电路中用于在发送信号TXD为1电平时进行预设时长的充电，且所述预设时长大于发送一帧数据的时长，例如，该预设时长可以设为将该充电电路充电到2/3电源电压所需要的时长。

触发电路11在发送信号TXD为0电平时直接控制RS485芯片12处于发送状态，触发电路11在发送信号TXD为1电平时通过所述RC充电电路的充电信号来延迟控制RS485芯片11向接收状态转换，从而使得RS485芯片12在发送信号TXD为1也能处于发送状态。

基于上述原理，本实用新型提供两种实施例来实现上述RS485电路，下文分别予以描述。其中，对于RS485芯片12，RO表示接收信号输出端，RE表示接收信号控制端，DE表示发送信号控制端，DI表示发送信号输入端，VCC表示电源端，GND表示接地端，A和B是RS485总线数据端口，在A和B上传输的是差分信号。

实施例一

参照图2，本实施例中的触发电路基于RS+D触发器来实现，具体包括：电容C2、型号为CD4013的RS+D触发器、反相器U1、复位二极管D1和复位二极管D2。反相器U1可采用型号为74HC14的反相器件，该反相器件为兼容TTL器件引脚的高速CMOS器件，耗电量低，速度快。

具体电路连接关系如下：

电容C2，其第一端接地；

型号为CD4013的RS+D触发器，具有上升沿有效的触发信号输入端口C、数据输入端口D、高电平有效的置位端口S、高电平有效的复位端口R、正信号输出端口Q、反信号输出端口

数据输入端口D和复位端口R接地；置位端口S连接电容C2的第二端，置位端口S还通过电阻R7与反信号输出端口

连接，电容C2与电阻R7构成RC充电电路；反信号输出端口

同时连接RS485芯片的接收信号输出端和发送信号控制端；

反相器U1，发送信号TXD输入至其输入端，其输出端通过电阻R2连接至触发信号输入端口C；

复位二极管D1，发送信号TXD输入至其阴极，其阳极连接至置位端口S；

复位二极管D2，其阳极连接电容C2的第一端，其阴极与反信号输出端口

连接。

进一步地，发送信号TXD通过限流电阻R3输入至复位二极管D1的阴极，复位二极管D2的阴极通过限流电阻R4与RS485芯片12的反信号输出端口

连接。

实施例二

参照图3，本实施例中的触发电路同样基于RS+D触发器来实现，具体包括：电容C2、型号为74HC74的RS+D触发器、反相器U1、复位二极管D1和复位二极管D2。反相器U1也可采用型号为74HC14的反相器件。

具体电路连接关系如下：

电容C2，其第一端接VCC电源；

型号为74HC74的RS+D触发器，具有上升沿有效的触发信号输入端口C、数据输入端口D、低电平有效的置位端口S、低电平有效的复位端口R、正信号输出端口Q、反信号输出端口

置位端口S和数据输入端口D均连接VCC电源，复位端口R连接电容C2的第二端，复位端口R还通过电阻R7与反信号输出端口

连接，电容C2与电阻R7构成RC充电电路；正信号输出端口Q同时连接RS485芯片的接收信号输出端和发送信号控制端；

复位二极管D1，其阳极连接反相器U1的输出端，其阳极连接至复位端口R；

复位二极管D2，其阳极连接反信号输出端口

其阴极与复位端口R。

进一步地，反相器U1的输出端通过限流电阻R3输入至复位二极管D1的阳极。复位二极管D2的阴极通过限流电阻R4与RS485芯片12的复位端口R连接。

还需要将VCC电源通过滤波电容C1接地，对将VCC电源信号进行滤波去耦处理。

上述实施例一和实施例二的核心部分均为RS+D触发器，完成在整个发送周期内使能RS485芯片12的收发控制端(即发送信号控制端和接收信号控制端)，使其一致能处于发送状态，而在接收过程中，保证RS485芯片12的收发控制端处于低电平，从而确保RS485芯片12正常接收信号。

一并参照图2、图3，RS485芯片12的接收信号输出端通过匹配电阻R1输出接收信号；两个用于传输差分信号的总线数据端口包括端口A和端口B，RS485电路还需要用于连接VCC电源的电源端VCC和用于接地的接地端GND；电源端VCC通过上拉电阻R11连接至RS485芯片的正信号端口485A+，端口A通过匹配电阻R6连接至RS485芯片的正信号端口485A+；接地端GND通过下拉电阻R12连接至RS485芯片的负信号端口485A-，端口B通过匹配电阻R5连接至RS485芯片的负信号端口485A-。

为方便描述和理解，现将图2、图3所示的RS485电路的工作过程一并描述如下：

1、上电过程中，由于CD4013的R和S端都是低电平，而74HC74的R和S端都是高电平，这时的触发器是处于保持态，每个触发器的保持态可能有2种，分别为：

①，CD4013的Q端输出为低电平(这时RS485芯片12处于接收态)：因为CD4013的S端也是低电平，TXD处于上拉状态，D1二极管反偏，C2无法充电，导致S端保持为低电平，芯片处于稳定态，CD4013的Q端输出高电平，而Q输出为低电平，确保RS485芯片12处于接收态；

②，CD4013的Q端输出为高电平(这时RS485芯片12处于发送态)：由于CD4013的S端是低电平，Q通过R7电阻给C2充电，导致S脚电压缓慢升高，升到2/3电源电压以上的时候，CD4013的输出产生翻转，Q端输出为低电平，让RS485芯片12处于接收状态。而Q端输出为低电平的时候，D2二极管导通，让C2电容通过R4电阻快速放电，确保CD4013处于保持态，等待下一个RS485发送态的到来。

③，74HC74的Q端输出为低电平(这时RS485芯片12处于发送态)：C2电容通过R7电阻进行充电，导致R脚电压缓慢下降，当降低到1/3电源电压以下的时候，74HC74的输出产生翻转，Q为高电平，而Q输出为低电平，RS485芯片12处于接收态。而Q端输出为高电平的时候，D2二极管导通，让74HC74的R脚快速地回到高电平，确保74HC74处于保持态，等待下一个RS485发送态的到来；

④，74HC74的Q端输出为高电平(这时RS485芯片12处于接收态)：Q通过D2二极管直接把R引脚拉到高电平，确保74HC74芯片处于稳定的保持态，等待下一个RS485发送态的到来。

2、在接收状态下，TXD信号被上拉到电源高电平，反相器U1输出低电平，触发器U2没有受到触发，处于保持态。在保持态下，CD4013的R和S端都是低电平，而74HC74的R和S端都是高电平。经过上电过程的调整或者发送转接收过程的调整，这时CD4013的Q端输出为低电平，而74HC74的Q端输出为低电平，让RS485芯片12的收发控制端为低电平，处于接收状态，满足要求。

3、接收转发送过程：TXD信号从高电平转为低电平，在反相器U1的输出端产生了一个上升沿。这个上升沿让触发器产生了输出，CD4013的Q输出为1，74HC74的Q端输出也为1，RS485芯片12进入发送状态。

4、发送状态的维持：

①，在TXD端口发送0的时候：反相器输出为1。这样CD4013的S脚就被TXD信号通过复位二极管D1钳位到低电平，从而维持CD4013输出不变，RS485芯片的发送态也保持不变。由于反相器U1输出为1，74HC74的R脚也被复位二极管D1上拉到高电平，从而维持74HC74输出不变，RS485芯片12的发送态也保持不变。

②，在TXD端口发送1的时候：CD4013的Q通过R7给C2充电，C2上的电压缓慢上升，这时要保证R7和C2组成的充电到2/3电源电压的时间要大于发送1帧数据的时间。如果一直发送1电平，那么在C2充电延时时间到了以后，RS485芯片12会转入接收态，总线上的电平通过上下拉来决定。这个总线上的上下拉状态对于接收端来说，也是1电平。正常来说，由于发送过程会有0和1互相交替的状态，完全发1的情况基本没有。

③，同样地，对74HC74芯片，在TXD端口发送1的时候，Q通过R7给C2充电，R脚电压不断下降，这时要保证R脚电压下降到1/3电源电压的时间要大于发送1帧数据的时间。如果一直发送1电平，那么在C2充电延时时间到了以后，RS485芯片12会转入接收态，总线上的电平通过上下拉来决定。这个总线上的上下拉状态对于接收端来说，也是1电平。正常来说，由于发送过程会有0和1互相交替的状态，完全发1的情况基本没有。

5、发送转接收的过程：当发送完成以后，TXD转入高电平，两个触发器的Q端都通过R7给C2进行充电。充电结束后，触发器输出发生翻转，控制RS485芯片12进入接收态，进入接收态之后触发器的Q端通过复位二极管D2控制触发器进入稳定态，等待下次发送时刻的到来。

6、电路其他部分的功能：R3和R4为C2放电时的限流电阻，防止冲击过大，R1电阻为RS485芯片12接收信号输出端的匹配电阻，目的在于减少高频尖峰。一般地说，在发送模式下R端处于高阻态，需要上拉来维持，这部分的电路放在靠近MCU侧，这里就不做具体介绍。R5和R6为RS485总线输出匹配电阻，由芯片规格书推荐。R11和R12为总线上下拉电阻，确保在没有信号的接收模式下，R端输出为高电平，保证***正常运行。

7、整个RS485电路工作的时序如图4所示，其中，RS485-E为RS485芯片12收发控制端波形。RS485芯片12在输出状态下，A和B之间的压差波形跟TXD是一样的，图4就没有再示出。由于RS485-E一直是高电平，A和B的输出都是有效且都有很强驱动能力，避免了仅仅依靠上下拉实现1电平传输的缺陷。在输入状态下，由于控制信号RS485-E为低电平，那么R脚输出的信号跟A和B之间的压差波形也是一样的。

综上所述，该RS485电路通过RS+D触发器加上***简单的电路，实现了RS485信号在自动发送过程无法有效发送1电平的缺陷，提高了驱动能力，增强了抗干扰能力，提高了通讯质量。另外，在此RS485电路的基础之上，输入侧可以加隔离器件，做到安规隔离，输出侧可以加保护电路和EMC滤波电路来提高抗干扰能力，增强电路工作的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。