具有自动收发功能的RS‑485接口芯片及其控制方法与流程

本发明实施例涉及通信电路技术领域，特别涉及一种具有自动收发功能的RS-485芯片及其控制方法。

背景技术：

RS-485是一种基于差分信号传输的串口通信协议，具有远距离传输的特点。由于RS-485属于半双工通信协议，在通讯时接收状态和发送状态需要进行转换。

在传统的RS-485电路组网通信时，需要三根信号线，分别为发送信号线、接收信号线和状态控制信号线，当状态控制信号线为高电平时，RS-485芯片为发送状态，当状态信号控制线为低电平时，RS-485芯片为接收状态。该种RS-485芯片不具有自动收发功能，若要实现接收状态和驱动状态的自动切换，则需要在RS-485芯片接外围电路，图1示例性地示出了一种现有的实现RS-485芯片自动收发功能的电路图，图中TXD为输入信号。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：由于现有的RS-485芯片是靠外围电路实现自动收发功能，利用上/下拉电阻驱动至高/低电平，导致RS-485芯片的驱动能力弱、传输速度受到限制。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了具有自动收发功能的RS-485接口芯片及其控制方法。该技术方案如下：

第一方面，提供了一种具有自动收发功能的RS-485接口芯片，包括RS-485芯片、以及设置在所述RS-485芯片内的控制信号识别电路；

所述控制信号识别电路与所述RS-485芯片的驱动器输入端连接；

所述控制信号识别电路与所述RS-485芯片内的状态机连接；

所述状态机与所述RS-485芯片内的接收器连接；

所述状态机与所述RS-485芯片内的驱动器连接。

可选的，所述控制信号识别电路包括8个D触发器、8个倒相放大器、24个N沟道场效应管、4个P沟道场效应管以及恒流源；

每个所述D触发器的时钟输入端与时钟信号线连接；

第一D触发器的输入端与所述驱动器输入端连接；

8个所述D触发器、8个所述倒相放大器和24个所述N沟道场效应管成行成列排列；

每行包括1个所述D触发器、1个所述倒相放大器和3个所述N沟道场效应管；

当1≤i≤6时，第i行的所述D触发器的输出端连接第i行的所述倒相放大器的输入端，第i行的所述倒相放大器的输出端与第i行的三个所述N沟道场效应管的栅极分别连接，任意两个所述N沟道场效应管的栅极连接；

当i＝7时，第i行的所述D触发器的输出端连接第i行的所述倒相放大器的输入端，第i行的所述倒相放大器的输出端与第i行的第一个所述N沟道场效应管和第二个所述N沟道场效应管的栅极分别连接，第i行的所述D触发器的输出端与第i行的第三个所述N沟道场效应管的栅极连接；

当i＝8时，第i行的所述D触发器的输出端连接第i行的所述倒相放大器的输入端，第i行的所述倒相放大器的输出端与第i行的第一个所述N沟道场效应管和第三个所述N沟道场效应管的栅极分别连接，第i行的所述D触发器的输出端与第i行的第二个所述N沟道场效应管的栅极连接，第i行的三个所述N沟道场效应管的源极分别接地；

当i＝1时，第i行的每个所述N沟道场效应管的漏极分别与一个所述P沟道场效应管的漏极连接，每个所述P沟道场效应管的源极接电压，任意两个所述P沟道场效应管的栅极相互连接，第一P沟道场效应管的漏极与栅极相连，所述第一P沟道场效应管的漏极连接所述恒流源后接地；

当1≤i≤7，1≤j≤3时，第i行的第j个所述N沟道场效应管的源极与第i+1行的第j个所述N沟道场效应管的漏极连接；

当1≤i≤7，第i行的所述D触发器的输出端与所述第i+1行的所述D触发器的输入端连接。

可选的，所述RS-485芯片的驱动信号输出使能端与所述状态机连接；

所述接收器输出使能端与所述状态机连接。

第二方面，提供了一种RS-485接口芯片的控制方法，应用于如第一方面所述的具有自动收发功能的RS-485接口芯片，该方法包括：

通过所述控制信号识别电路检测所述RS-485芯片的驱动器输入端的输入信号；

当检测到所述输入信号为第一数字信号时，通过所述控制信号识别电路控制所述控制信号识别电路中每行的第一个所述N沟道场效应管开启；通过所述控制信号识别电路向所述状态机发送第一控制信号，所述RS-485接口芯片的状态切换为发送状态；

当检测到所述输入信号为第二数字信号时，通过所述控制信号识别电路控制所述控制信号识别电路中每行的第二个所述N沟道场效应管开启；通过所述控制信号识别电路向所述状态机发送第二控制信号，所述RS-485接口芯片的状态切换为接收状态；

当检测到所述输入信号为第三数字信号时，通过所述控制信号识别电路控制所述控制信号识别电路中每行的第三个所述N沟道场效应管开启；通过所述控制信号识别电路向所述状态机发送第三控制信号，所述RS-485接口芯片的状态切换为关断状态。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的具有自动收发功能的RS-485接口芯片，包括RS-485芯片、以及设置在RS-485芯片内的控制信号识别电路，控制信号识别电路与RS-485芯片的驱动器输入端连接，控制信号识别电路与RS-485芯片内的状态机连接；通过在RS-485芯片内部设置控制信号识别电路，解决了相关技术中RS-485芯片需要接外围电路才能够实现自动收发功能，RS-485芯片的驱动能力弱、数据传输速度受到限制问题；达到了无需外围电路就能实现自动收发功能，且传输速度不受限制，节省外部元件，便于设备小型化设计的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1是一种现有的实现RS-485芯片自动收发功能的电路图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种具有自动收发功能的RS-485接口芯片的结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种控制信号识别电路的结构示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种RS-485接口芯片控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图2是根据一示例性实施例示出的一种具有自动收发功能的RS-485接口芯片的结构示意图。

该具有自动收发功能的RS-485接口芯片包括RS-485芯片110、以及设置在RS485芯片110内的控制信号识别电路120。

控制信号识别电路120与RS-485芯片的驱动器输入端DI连接；

控制信号识别电路120与RS-485芯片内的状态机111连接；

状态机111与RS-485芯片110内的接收器112连接；

状态机111与RS-485芯片110内的驱动器113连接。

控制信号识别电路120用于检测驱动器输入端DI输入的信号，当检测到特定的三个控制信号中的其中一个时，控制该具有自动收发功能的RS-485接口芯片进入与控制信号对应的工作模式，实现自动收发控制。

可选的，三个控制信号为8位的数字信号。

在通讯过程中，三个控制信号不作为通信数据信号，对正常通信不造成影响。

驱动器输入端DI能接收00000000至1111111的共256个信号，驱动器输入端DI接收数字信号，每个信号的大小为一字节。

可选的，000000000至1111111中的00000000、00000001和00000010作为控制信号，在数据通信中不使用。

综上所述，本发明实施例提供的具有自动收发功能的RS-485接口芯片，包括RS-485芯片、以及设置在RS-485芯片内的控制信号识别电路，控制信号识别电路与RS-485芯片的驱动器输入端连接，控制信号识别电路与RS-485芯片内的状态机连接；通过在RS-485芯片内部设置控制信号识别电路，解决了相关技术中RS-485芯片需要接外围电路才能够实现自动收发功能，RS-485芯片的驱动能力弱、数据传输速度受到限制问题；达到了无需外围电路就能实现自动收发功能，且传输速度不受限制，节省外部元件，便于设备小型化设计的效果。

在基于图2所示的具有自动收发功能的RS-485接口芯片中，设置在RS-485芯片内的控制信号识别电路的结构示意图如图3所示：

控制信号识别电路包括8个D触发器，为D1至D8，8个倒相放大器，为INV1至INV8，24个N沟道场效应管，为NM11至NM81、NM12至NM82、NM13至NM83，4个P沟道场效应管，为PM1至PM4以及恒流源IDC1；

每个D触发器的时钟输入端与时钟信号线连接。

具体地，D触发器D1至D8的时钟输入端CLK分别与时钟信号线TIME连接。

第一D触发器的输入端与驱动器输入端连接。

具体地，第一D触发器D1的输入端D与驱动器输入端DI连接。第一D触发器为位于第1行的D触发器。

8个D触发器、8个倒相放大器和24个N沟道场效应管成行成列排列；

每行包括1个D触发器、1个倒相放大器和3个N沟道场效应管；

具体地，8个D触发器、8个倒相放大器和24个N沟道场效应管排成8行，每行按顺序排放有1个D触发器、1个倒相放大器和3个N沟道场效应管。

比如：第1行为第一D触发器D1，倒相放大器INV1连接，N沟道场效应光INV11、INV12、INV13；第8行为第八D触发器D8，倒相放大器INV8连接，N沟道场效应光INV81、INV82、INV83。

当1≤i≤6时，第i行的D触发器的输出端连接第i行的倒相放大器的输入端，第i行的倒相放大器的输出端与第i行的三个N沟道场效应管的栅极分别连接，任意两个N沟道场效应管的栅极连接。

比如：第1行的D触发器D1的输出端Q连接第1行的倒相放大器INV1的输入端，第1行的倒相放大器INV1的输出端与第1行的三个N沟道场效应管NM11、NM12和NM13的栅极分别连接，NM11和NM12的栅极连接，NM11和NM13的栅极连接，NM12和NM13的栅极连接；

第6行的D触发器D6的输出端Q连接第6行的倒相放大器INV6的输入端，第6行的倒相放大器INV6的输出端与第6行的三个N沟道场效应管NM61、NM62和NM63的栅极分别连接，NM61和NM62的栅极连接，NM61和NM63的栅极连接，NM62和NM63的栅极连接。

当i＝7时，第i行的D触发器的输出端连接第i行的倒相放大器的输入端，第i行的倒相放大器的输出端与第i行的第一个N沟道场效应管和第二个N沟道场效应管的栅极分别连接，第i行的D触发器的输出端与第i行的第三个N沟道场效应管的栅极连接。

第7行的D触发器D7的输出端Q连接第7行的倒相放大器INV7的输入端，第7行的倒相放大器INV7的输出端与第7行的第一个N沟道场效应管NM71的栅极和第二个N沟道场效应管NM72的栅极分别连接，第7行的D触发器D7的输出端与第7行的第三个N沟道场效应管NM73的栅极连接。

当i＝8时，第i行的D触发器的输出端连接第i行的倒相放大器的输入端，第i行的倒相放大器的输出端与第i行的第一个N沟道场效应管和第三个N沟道场效应管的栅极分别连接，第i行的D触发器的输出端与第i行的第二个N沟道场效应管的栅极连接，第i行的三个N沟道场效应管的源极分别接地。

第8行的D触发器D8的输出端Q连接第8行的倒相放大器INV8的输入端，第8行的倒相放大器的输出端与第8行的第一个N沟道场效应管NM81的栅极和第三个N沟道场效应管NM83的栅极分别连接，第8行的D触发器的输出端Q与第8行的第二个N沟道场效应管NM82的栅极连接，第8行的三个N沟道场效应管MN81、NM82、NM83的源极分别接地。

当i＝1时，第i行的每个N沟道场效应管的漏极分别与一个P沟道场效应管的漏极连接，每个P沟道场效应管的源极接电压，任意两个P沟道场效应管的栅极相互连接，第一P沟道场效应管的漏极与第一P沟道场效应管的栅极连接，第一P沟道场效应管的漏极连接恒流源后接地。

具体地，第1行的每个N沟道场效应管的漏极分别与一个P沟道场效应管的漏极连接。比如：NM11的漏极与PM1的漏极连接，NM12的漏极与PM2的漏极连接，NM13的漏极与PM3的漏极连接。

PM1、PM2、PM3、PM4的栅极连接在一起，第一P沟道场效应管P4的漏极与栅极连接，第一P沟场效应管P4的漏极连接恒流源IDC1后接地。

当1≤i≤7，1≤j≤3时，第i行的第j个N沟道场效应管的源极与第i+1行的第j个N沟道场效应管的漏极连接。

具体地，当1≤i≤7，j＝1时，第i行的第1个N沟道场效应管的源极与第i+1行的第1个N沟道场效应管的漏极连接。比如：第1行第1个N沟道场效应管NM11的源极与第2行的第1个N沟道场效应管NM21的漏极连接。

当1≤i≤7，j＝2时，第i行的第2个N沟道场效应管的源极与第i+1行的第2个N沟道场效应管的漏极连接。比如：第1行第2个N沟道场效应管NM12的源极与第2行的第2个N沟道场效应管NM22的漏极连接。

当1≤i≤7，j＝3时，第i行的第3个N沟道场效应管的源极与第i+1行的第13个N沟道场效应管的漏极连接。比如：第1行第3个N沟道场效应管NM13的源极与第1行的第3个N沟道场效应管NM23的漏极连接。

当1≤i≤7，第i行的D触发器的输出端与第i+1行的D触发器的输入端连接。

比如：第1行的D触发器D1的输出端Q与第2行的D触发器的输入端D连接。

需要说明的是，NM11的漏极为驱动信号输出端K1，NM12的漏极为接收信号输出端K2，NM13为关断信号输出端K3。

假设00000000信号为驱动模式控制信号，当该具有自动收发功能的RS-485接口芯片接收到00000000信号时，控制信号识别电路识别出该信号，并控制NM11、NM21至NM81全部开启，驱动信号变为低电平，接收信号和关断信号保持为高电平，将驱动信号、接收信号和关断信号输入状态机，启动驱动器，关闭接收器，该具有自动收发功能的RS-485接口芯片的状态切换为发送状态；假设00000001信号为接收模式控制信号，当具有自动收发功能的RS-485接口芯片接收到00000001信号时，控制信号识别电路识别出该信号，并控制NM12、NM22至NM82全部开启，接收信号变为低电平，驱动信号和关断信号保持为高电平，将接收信号、驱动信号和关断信号输入状态机，启动接收器、关闭驱动器，该具有自动收发功能的RS-485接口芯片的状态切换为接收状态；假设00000010信号为关断模式控制信号，当该具有自动收发功能的RS-485接口芯片接收到00000010信号时，控制信号识别电路识别出该信号，并控制NM13、NM23至NM83全部开启，关断信号变为低电平，驱动信号和接收信号保持为高电平，将关断信号、驱动信号、接收信号输入状态机，关闭驱动器和接收器，该具有自动收发功能的RS-485接口芯片的状态切换为关断状态。

该具有自动收发功能的RS-485接口芯片进入某一个状态时，将一直以该状态工作，直到新的控制信号到来。

在基于图2所示的具有自动收发功能的RS-485接口芯片中，RS-485芯片的驱动信号输出使能端与状态机DE与状态机连接，RS-485芯片的输出使能端RE与状态机连接。

RS-485芯片的接收器输出端RO与RS-485芯片内的接收器的输出端连接；驱动器的输出端与接收器的输入端连接；端口A和端口B分别与接收器和驱动器之间的两条连线中的一条连接。

请参考图4，其示出了本发明一个实施例提供的RS-485接口芯片控制方法的流程图。该RS-485接口芯片控制方法适用于如图2所示的具有自动收发功能的RS-485芯片中。如图4所示，该RS-485接口芯片控制方法可以包括以下步骤：

步骤401，通过控制信号识别电路检测RS-485芯片的驱动器输入端的输入信号。

可选的，RS-485芯片的驱动器输入端DI的接收输入信号，输入信号为控制信号和/或通信数据信号。可选的，输入信号为00000000至11111111中的任意一种。

步骤402，当检测到输入信号为第一数字信号时，通过控制信号识别电路控制控制信号识别电路中每行的第一个N沟道场效应管开启；通过控制信号识别电路向状态机发送第一控制信号，该RS-485接口芯片的状态切换为发送状态。

具体地，假设00000000信号为第一数字信号，当该具有自动收发功能的RS-485接口芯片接收到00000000信号时，控制信号识别电路识别出输入信号为第一数字信号，并控制每行的第一个N沟道场效应管也即NM11、NM21至NM81全部开启，驱动信号变为低电平，接收信号和关断信号保持为高电平。

通过控制信号识别电路向状态机发送第一控制信号，第一控制信号由驱动信号、接收信号和关断信号组成，启动驱动器，关闭接收器，该具有自动收发功能的RS-485接口芯片的状态切换为发送状态。

步骤403，当检测到输入信号为第二数字信号时，通过控制信号识别电路控制控制信号识别电路中每行的第二个N沟道场效应管开启；通过控制信号识别电路向状态机发送第二控制信号，RS-485接口芯片的状态切换为接收状态。

具体地，假设00000001信号为第二数字信号，当具有自动收发功能的RS-485接口芯片接收到00000001信号时，控制信号识别电路识别出输入信号为第二数字信号，并控制每行的第二个N沟道场效应管也即NM12、NM22至NM82全部开启，接收信号变为低电平，驱动信号和关断信号保持为高电平。

通过控制信号识别电路向状态机发送第二控制信号，第二控制信号由接收信号、驱动信号和关断信号组成，启动接收器、关闭驱动器，该具有自动收发功能的RS-485接口芯片的状态切换为接收状态。

步骤404，当检测到输入信号为第三数字信号时，通过控制信号识别电路控制控制信号识别电路中每行的第三个N沟道场效应管开启；通过控制信号识别电路向状态机发送第三控制信号，RS-485接口芯片的状态切换为关断状态。

具体地，假设00000010信号为第三数字信号，当该具有自动收发功能的RS-485接口芯片接收到00000010信号时，控制信号识别电路识别出输入信号为第三数字信号，并控制NM13、NM23至NM83全部开启，关断信号变为低电平，驱动信号和接收信号保持为高电平。

通过控制信号识别电路向状态机发送第三控制信号，第三控制信号由关断信号、驱动信号、接收信号组成，关闭驱动器和接收器，该具有自动收发功能的RS-485接口芯片的状态切换为关断状态。

需要说明的是，该具有自动收发功能的RS-485接口芯片进入某一个状态时，将一直以该状态工作，直到新的控制信号到来。比如：该具有自动收发功能的RS-485接口芯片接收到第一数字信号后，该具有自动收发功能的RS-485接口芯片的状态为发送状态，在该具有自动收发功能的RS-485接口芯片接收到第二数字信号或第三数字信号之前，该具有自动收发功能的RS-485接口芯片的状态都保持为发送状态；当该具有自动收发功能的RS-485接口芯片接收到第三数字信号时，状态切换为关断状态。

综上所述，本发明实施例提供的RS-485接口芯片的控制方法，通过RS-485接口芯片中内置的控制信号识别电路检测驱动器输入端输入的输入信号，根据用于控制RS-485芯片的收发状态切换的数字信号，控制RS-485芯片的状态；解决了相关技术中RS-485芯片需要接外围电路才能够实现自动收发功能，RS-485芯片的驱动能力弱、数据传输速度受到限制问题；达到了无需外围电路就能实现自动收发功能，且传输速度不受限制的效果。

需要说明的是：上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。