Rs485自动换向电路的制作方法
【专利摘要】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系统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。
【专利说明】RS485自动换向电路
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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1/01、1/02引脚分别与RS485收发器的方向控制DE、RE引脚连接，通过CPU的1/01、1/02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。
[0005]另一种利用硬件实现，电路如图2?3所示，Ul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，Ul的RE非和DE引脚通过485_DIR连接非门电路U2A的输出引脚2，Ul的DI引脚通过UART_TXD连接非门电路U2A的输入引脚I ;工作方式是，当UART_TXD没有数据，其电平常高，485收发芯片Ul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Ul为发送模式，可以正常发送数据，发送数据位为I时，485收发芯片Ul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I，这样可以完成数据位O和I的发送了。
[0006]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，其次在有操作系统的环境，尤其是Iinux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I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】
[0007]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。
[0008]本实用新型为解决这一问题所采取的技术方案是:
[0009]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。
[0010]本实用新型具有的优点和积极效果是:
[0011]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1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系统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。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是现有技术中软件实现方式的电路图；
[0013]图2是现有技术中硬件实现方式的485收发芯片的电路图；
[0014]图3是现有技术中非门的电路图；
[0015]图4是本实用新型的485收发芯片的电路图；
[0016]图5是本实用新型的换向电路的电路图；
[0017]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】
[0018]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。
[0019]如图4飞所示，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。
[0020]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。
[0021]与非门电路型号为74HC00，包括4个与非门，任选其中三个U1B、U1C、UlD与非门使用。
[0022]具体工作方式是:
[0023]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)，UlD的13脚会变为低电平，UlD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，UlB的5脚变为低电平，UlB的6脚变为高电平，通过二极管Dl快速为电容C2充电，当C2充满电，UlC的9脚变为高电平，同时8脚变为低电平，UlD的12变为低电平，此时UlD的11脚电平由UlD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Oxff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UlD的13脚会变为高电平，Ul的5脚变为高电平，UlB的6脚变为低电平，此时UlC的9脚仍然为高电平，并且UlC的9脚和UlB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，UlC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I，重复着上面第一位数据位的发送过程，最后一个停止位I同样也是一样的过程，在停止位发送之前UlC的9脚都保持高电平，UlC的8脚就保持低电平，UlD的12脚就保持低电平，UlD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，UlB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，UlC的9脚为被识别为低电平，UlC的8脚为高电平，UlD的12脚就为高电平，从而UlD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。
[0024]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lms，可以通过调整电阻R2和电容C2的值，使Ul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Ims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。
[0025]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 AsynchronousReceiver/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。
[0026]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1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系统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。
【权利要求】
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。
【文档编号】H03K19/0175GK204089768SQ201420493239
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】戴林, 宁盛创 申请人:天津天地伟业数码科技有限公司