简易可扩展RS-232/485智能转换器设计
日期：2006-5-4 22:48:54 来源：本文摘自《PLC&FA》
点击： 作者：未知
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随着计算机和自动控制技术的发展及其在工业中的广泛应用，控制局域网络也广泛应用到了工业控制的各种场合中。在工业系统当前普遍应用及今后发展的趋势中，无疑各种分散控制子系统，数据采集子系统和智能仪表等均成为其重要的组成部分，这就要求采用控制网络技术，通过总线将各种设备有机地连接在一起，以保证整个系统的安全可靠运行，必定涉及到了长距离通信的问题。目前，我国应用的工业现场总线中以RS-485使用最为普遍，而工控机(IPC)和通用微机(PC)上一般只有2个RS-232串行接口，即COM1和COM2。而且在当前应用中，为了实现资源的有效利用，往往是一台IPC控制一个工业现场485网络，这就意味着必然要实现在多个下位机与IPC之间的通讯，即必须进行电平转换与信号选通。
目前实现电平转换有两种方法:内部通讯适配卡和外部通讯转换模块。其中，内部通讯适配卡虽然可以不占用COM口，但因其大量占用系统资源且安装、维修、测试不便而较少使用。较多使用的是外部转换模块，目前市面上这类产品如7520设计复杂且价格昂贵。本文介绍一种低成本，使用一些通用芯片设计出的一种简易的通讯转换模块，而且其使用单片机实现智能选通，能够有效而可靠地实现工业现场的信号传输与控制要求。
本转换器设计可分为RS-232接口部分和RS-485接口部分，其原理在于各接口均将各协议信号转换为TTL高低电平信号进行通信。
RS-232串行接口遵从的标准为RS-232-C。采用单端驱动共地接收电路，逻辑“1”为-5V～-15V，逻辑“0”为+5V～+15V;电平的地线是公共的，因此，其信号传输存在共地噪声且不能抑制共模干扰;且其驱动器最大只允许有2500pF的电容负荷 ，进一步限制了其通信距离。所以，RS-232方式的通讯一般应用于速度为20kbps以内，距离为20m的条件下，不适合于高速、远距离通讯。其转换用芯片可选用MAX202 CPE、MAX232CPE或HIN232CP。
RS-485串行通信是一种多发送器的电路标准，它采用了差分平衡的电气接口，利用平衡驱动，差分接收的方法，从根本上消除了信号地线，因此，RS-485可用于1200m的远距离，速度为100kbps的高速通讯。在一条总线上，允许同时存在32个接收器和32个发送器。其转换用芯片在组成半双工通信网时可选用MAX485、MAX480B、SN75LBC184等芯片，在组成全双工通信网时可选用MAX488、MAX489E等芯片。
在本设计中，因为RS-232接口为半双工工作，所以选用的芯片为MAX232CPE、MAX485。图1给出了整个转换电路详细电路图，并给出了各个芯片的详细引脚接线。
图1 转换器部分电路原理图
2.2 信号转换部分智能收发实现
由于RS-232串行接口为半双工工作方式，而RS-485串行接口为全双工工作方式，因此，转换器设计中的关键部分就在于RS-485收发使能的控制上。
在MAX485芯片上，其收发使能控制引脚为2脚和3脚。2脚控制接收，当MAX485的6、7脚上有数据时，如果2脚为低电平，允许接收，则芯片把6、7脚上的数据转换成TTL电平的数据并由1脚发出。如果2脚为高电平，则不转换。而3脚控制发送，当MAX485的4脚上有数据时，如果3脚为高电平，允许进行转换，则芯片将4脚上的数据转换成485电平从6、7脚送到外部485网络中去。如果3脚为低电平，则不转换。
在比较多种转换控制方式，包括由单片机控制2、3脚等方式后，我们根据异步通讯数据格式的特点，使用一个单反相器74LS04，即可由硬件实现智能收发。即信号RXD经MAX232CPE电平转换后，一方面接入MAX485的发送端4脚正常发送，另一方面经过反相器后接入2脚和3脚作为MAX485的收发控制。
1 引言
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随着计算机和自动控制技术的发展及其在工业中的广泛应用，控制局域网络也广泛应用到了工业控制的各种场合中。在工业系统当前普遍应用及今后发展的趋势中，无疑各种分散控制子系统，数据采集子系统和智能仪表等均成为其重要的组成部分，这就要求采用控制网络技术，通过总线将各种设备有机地连接在一起，以保证整个系统的安全可靠运行，必定涉及到了长距离通信的问题。目前，我国应用的工业现场总线中以RS-485使用最为普遍，而工控机(IPC)和通用微机(PC)上一般只有2个RS-232串行接口，即COM1和COM2。而且在当前应用中，为了实现资源的有效利用，往往是一台IPC控制一个工业现场485网络，这就意味着必然要实现在多个下位机与IPC之间的通讯，即必须进行电平转换与信号选通。
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目前实现电平转换有两种方法:内部通讯适配卡和外部通讯转换模块。其中，内部通讯适配卡虽然可以不占用COM口，但因其大量占用系统资源且安装、维修、测试不便而较少使用。较多使用的是外部转换模块，目前市面上这类产品如7520设计复杂且价格昂贵。本文介绍一种低成本，使用一些通用芯片设计出的一种简易的通讯转换模块，而且其使用单片机实现智能选通，能够有效而可靠地实现工业现场的信号传输与控制要求。
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2 转换器原理与硬件实现WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
2.1 转换器原理及集成电路芯片选用
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本转换器设计可分为RS-232接口部分和RS-485接口部分，其原理在于各接口均将各协议信号转换为TTL高低电平信号进行通信。
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RS-232串行接口遵从的标准为RS-232-C。采用单端驱动共地接收电路，逻辑“1”为-5V～-15V，逻辑“0”为+5V～+15V;电平的地线是公共的，因此，其信号传输存在共地噪声且不能抑制共模干扰;且其驱动器最大只允许有2500pF的电容负荷 ，进一步限制了其通信距离。所以，RS-232方式的通讯一般应用于速度为20kbps以内，距离为20m的条件下，不适合于高速、远距离通讯。其转换用芯片可选用MAX202 CPE、MAX232CPE或HIN232CP。
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RS-485串行通信是一种多发送器的电路标准，它采用了差分平衡的电气接口，利用平衡驱动，差分接收的方法，从根本上消除了信号地线，因此，RS-485可用于1200m的远距离，速度为100kbps的高速通讯。在一条总线上，允许同时存在32个接收器和32个发送器。其转换用芯片在组成半双工通信网时可选用MAX485、MAX480B、SN75LBC184等芯片，在组成全双工通信网时可选用MAX488、MAX489E等芯片。
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在本设计中，因为RS-232接口为半双工工作，所以选用的芯片为MAX232CPE、MAX485。图1给出了整个转换电路详细电路图，并给出了各个芯片的详细引脚接线。
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图1 转换器部分电路原理图
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2.2 信号转换部分智能收发实现
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由于RS-232串行接口为半双工工作方式，而RS-485串行接口为全双工工作方式，因此，转换器设计中的关键部分就在于RS-485收发使能的控制上。
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在MAX485芯片上，其收发使能控制引脚为2脚和3脚。2脚控制接收，当MAX485的6、7脚上有数据时，如果2脚为低电平，允许接收，则芯片把6、7脚上的数据转换成TTL电平的数据并由1脚发出。如果2脚为高电平，则不转换。而3脚控制发送，当MAX485的4脚上有数据时，如果3脚为高电平，允许进行转换，则芯片将4脚上的数据转换成485电平从6、7脚送到外部485网络中去。如果3脚为低电平，则不转换。
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在比较多种转换控制方式，包括由单片机控制2、3脚等方式后，我们根据异步通讯数据格式的特点，使用一个单反相器74LS04，即可由硬件实现智能收发。即信号RXD经MAX232CPE电平转换后，一方面接入MAX485的发送端4脚正常发送，另一方面经过反相器后接入2脚和3脚作为MAX485的收发控制。
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