一种usb转rs-485-422多功能有源隔离转换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器，包括隔离前端、隔离后端和驱动电路，光耦包括TX光电隔离芯片和RX光电隔离芯片，所述隔离前端包括信号转换芯片，所述隔离后端包括信号收发状态控制芯片、RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源。本实用新型提供一种方便快捷的USB和RS-485-422通信转换，既可以将任意口的USB信号转换成平衡的RS-485半双工差分信号，也可以将任意口的USB信号转换成平衡的RS-422全双工差分信号，且本实用新型支持热插拔功能，即插即用，可以组成点对点，点对多点的RS-485或RS-422通信网络，将通信距离拉长到1.2km。
【专利说明】—种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种通讯转换装置，具体是一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器。
【背景技术】
[0002]串口通信是指外部设备、智能仪器和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式，这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低；串口通信的概念非常简单，串口按位发送和接收字节，尽管比按字节的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据，串口用于ASCII码字符的传输，通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收，由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验，对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。
[0003]串口是计算机上一种比较通用的设备通信协议，串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议，很多GPIB兼容的设备也带有RS-232 口，同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。随着目前仪器仪表智能化的发展，越来越多的设备和计算机上并没有设置串口，为了在没有串口只有USB 口的计算机、外部设备、智能仪器之间通信，我们必须先将通信信号作转换。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种支持USB转RS-485半双工和USB转RS-422全双工两种通信模式的USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0006]一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器，包括隔离前端、隔离后端和驱动电路，隔离前端和隔离后端之间通过光耦连接，光耦包括TX光电隔离芯片和RX光电隔离芯片，所述隔离前端包括信号转换芯片，信号转换芯片通过USB数据线连接PC机的USB接口，所述隔离后端包括信号收发状态控制芯片、RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源，所述光耦通过信号收发状态控制芯片分别连接RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源，所述RS-485收发器连接RS-485总线，RS-422发送器连接RS-422发送端，RS-422接收器连接RS-422接收端。
[0007]作为本实用新型再进一步的方案:驱动电路中USB接口 J3的VCC_5端口连接电压信号VCCl，USB接口 J3的GND端口接地，USB接口 J3的D-端口通过电阻R18连接信号转换芯片Ull的16脚，USB接口 J3的D+端口通过电阻R19连接信号转换芯片Ull的15脚，信号转换芯片Ull的17脚分别连接并补电容C19和并补电容C20，并补电容C19另一端分别连接并补电容C20另一端、信号转换芯片Ull的18脚、信号转换芯片Ull的21脚、信号转换芯片Ull的22脚、信号转换芯片Ull的23脚、信号转换芯片Ull的24脚、并补电容C17和并补电容C18，并补电容C17另一端分别连接振荡器Yl —端和信号转换芯片Ull的28脚，并补电容C18另一端分别连接振荡器Yl另一端和信号转换芯片Ull的27脚，信号转换芯片Ull的20脚分别连接信号转换芯片Ull的4脚、电阻R23、电阻R21和电阻R22，电阻R23连接信号转换芯片Ull的6脚，电阻R21连接信号转换芯片Ull的13脚，电阻R22连接信号转换芯片Ull的14脚；
[0008]信号转换芯片Ull的I脚分别连接电阻Rl和电阻R2，电阻Rl另一端连接电压信号VCCl，电阻R2另一端连接三极管Q5的I脚，三极管Q5的3脚接地，三极管Q5的2脚连接TX光电隔离芯片U6的3脚，TX光电隔离芯片U6的2脚通过电阻R4连接电压信号VCCl，TX光电隔离芯片U6的5脚接地，TX光电隔离芯片U6的8脚分别连接电阻R7和电压信号VCC2,电阻R7另一端分别连接TX光电隔离芯片U6的6脚、非门控制芯片U4的9脚和非门控制芯片U4的13脚，信号转换芯片Ull的6脚分别连接RX光电隔离芯片U5的6脚和电阻R3，电阻R3另一端分别连接RX光电隔离芯片U5的8脚和电压信号VCCl，RX光电隔离芯片U5的3脚接地，RX光电隔离芯片U5的2脚通过电阻R6连接非门控制芯片U4的10脚；
[0009]非门控制芯片U4的I脚分别连接二极管Dl、电阻R5和并补电容C9，二极管Dl负极分别连接电阻R5另一端和非门控制芯片U4的4脚，非门控制芯片U4的3脚连接非门控制芯片U4的6脚，非门控制芯片U4的13脚连接非门控制芯片U4的8脚，非门控制芯片U4的11脚分别连接电阻R5和与门控制芯片U7的6脚，电阻R5另一端连接三极管Q7的I脚，三极管Q7的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q7的2脚依次通过发光二极管RXD和电阻R13接地，非门控制芯片U4的12脚分别连接电阻R4和发送芯片U2的4脚，电阻R14另一端连接三极管Q6的I脚，三极管Q6的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q6的2脚依次通过发光二极管TXD和电阻R12接地；
[0010]非门控制芯片U4的2脚分别连接发送芯片U2的2脚和发送芯片U2的3脚，发送芯片U2的I脚分别连接电阻R17和与门控制芯片U7的5脚，电阻R17另一端和发送芯片U2的8脚均连接电压信号VCC2，发送芯片U2的5脚接地，发送芯片U2的6脚分别连接稳压二极管ZD3、电阻Rll和排线JP3的I脚，电阻Rll另一端连接电压信号VCC2，发送芯片U2的7脚分别连接稳压二极管ZD2、电阻RlO和排线JP3的2脚，稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3和电阻RlO另一端均接地，排线JP3的6脚通过滑动变阻器RC6连接电源电压信号，排线JP3的5脚接地，排线JP3的3脚分别连接电阻R9、稳压二极管ZD5和接收芯片U3的6脚，排线JP3的4脚分别连接电阻R8、稳压二极管ZD4和7脚，R8另一端、稳压二极管ZD4正极、稳压二极管ZD5正极、接收芯片U3的2脚、接收芯片U3的3脚和接收芯片U3的5脚均接地，电阻R9另一端和接收芯片U3的8脚均连接电压信号VCC2，接收芯片U3的I脚连接与门控制芯片U7的4脚，与门控制芯片U7的7脚接地，与门控制芯片U7的14脚连接电压信号VCC2，电压信号VCC2分别连接并补电容C10、并补电容C12和并补电容C14。
[0011]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0012]本实用新型弥补了有些台式电脑和笔记本没有232串口的不足，提供一种方便快捷的USB和RS-485-422通信转换，不但兼容win2000，xp系统，而且支持最新的win7系统，本实用新型既可以将任意口的USB信号转换成平衡的RS-485半双工差分信号，也可以将任意口的USB信号转换成平衡的RS-422全双工差分信号，且本实用新型支持热插拔功能，即插即用，可以组成点对点，点对多点的RS-485或RS-422通信网络，将通信距离拉长到1.2km。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的结构示意图。
[0014]图2为本实用新型中驱动电路连接图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0016]请参阅图1-2，一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器，包括隔离前端、隔离后端和驱动电路，隔离前端和隔离后端之间通过光耦连接，光耦包括TX光电隔离芯片和RX光电隔离芯片，屏蔽外部干扰，所述隔离前端包括信号转换芯片，信号转换芯片通过USB数据线连接PC机的USB接口，隔离前端不需要外加电源，直接从USB端口取电，所述隔离后端包括信号收发状态控制芯片、RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源，所述光耦通过信号收发状态控制芯片分别连接RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源，所述RS-485收发器连接RS-485总线，RS-422发送器连接RS-422发送端，RS-422接收器连接RS-422接收端。
[0017]隔离前端通过信号转换芯片Ull实现USB信号的转换、数据格式处理和USB信号收发，隔离后端通过发送芯片U2和接收芯片U3来实现485数据的收发功能，通过非门控制芯片U4控制收发状态时序，通过与门控制芯片U7来实现RS-485和RS-422的切换。
[0018]当外部只接2根通讯线使用RS-485半双工通讯模式时，内部通过与门控制芯片U7控制，自动切换USB转RS-485模式；当外部接4根通讯线时使用RS-422全双工通讯模式时，内部通过与门控制芯片U7控制，自动切换USB转RS-422模式。
[0019]驱动电路中USB接口 J3的VCC_5端口连接电压信号VCCl，USB接口 J3的GND端口接地，USB接口 J3的D-端口通过电阻R18连接信号转换芯片Ull的16脚，USB接口 J3的D+端口通过电阻R19连接信号转换芯片Ull的15脚，信号转换芯片Ull的17脚分别连接并补电容C19和并补电容C20，并补电容C19另一端分别连接并补电容C20另一端、信号转换芯片Ull的18脚、信号转换芯片Ull的21脚、信号转换芯片Ull的22脚、信号转换芯片Ull的23脚、信号转换芯片Ull的24脚、并补电容C17和并补电容C18，并补电容C17另一端分别连接振荡器Yl —端和信号转换芯片Ull的28脚，并补电容C18另一端分别连接振荡器Yl另一端和信号转换芯片Ull的27脚，信号转换芯片Ull的20脚分别连接信号转换芯片Ull的4脚、电阻R23、电阻R21和电阻R22，电阻R23连接信号转换芯片Ull的6脚，电阻R21连接信号转换芯片Ull的13脚，电阻R22连接信号转换芯片Ull的14脚；
[0020]信号转换芯片Ull的I脚分别连接电阻Rl和电阻R2，电阻Rl另一端连接电压信号VCCl，电阻R2另一端连接三极管Q5的I脚，三极管Q5的3脚接地，三极管Q5的2脚连接TX光电隔离芯片U6的3脚，TX光电隔离芯片U6的2脚通过电阻R4连接电压信号VCCI，TX光电隔离芯片U6的5脚接地，TX光电隔离芯片U6的8脚分别连接电阻R7和电压信号VCC2,电阻R7另一端分别连接TX光电隔离芯片U6的6脚、非门控制芯片U4的9脚和非门控制芯片U4的13脚，信号转换芯片Ull的6脚分别连接RX光电隔离芯片U5的6脚和电阻R3，电阻R3另一端分别连接RX光电隔离芯片U5的8脚和电压信号VCCl，RX光电隔离芯片U5的3脚接地，RX光电隔离芯片U5的2脚通过电阻R6连接非门控制芯片U4的10脚。
[0021]非门控制芯片U4的I脚分别连接二极管Dl、电阻R5和并补电容C9，二极管Dl负极分别连接电阻R5另一端和非门控制芯片U4的4脚，非门控制芯片U4的3脚连接非门控制芯片U4的6脚，非门控制芯片U4的13脚连接非门控制芯片U4的8脚，非门控制芯片U4的11脚分别连接电阻R5和与门控制芯片U7的6脚，电阻R5另一端连接三极管Q7的I脚，三极管Q7的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q7的2脚依次通过发光二极管RXD和电阻R13接地，非门控制芯片U4的12脚分别连接电阻R4和发送芯片U2的4脚，电阻R14另一端连接三极管Q6的I脚，三极管Q6的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q6的2脚依次通过发光二极管TXD和电阻Rl2接地。
[0022]非门控制芯片U4的2脚分别连接发送芯片U2的2脚和发送芯片U2的3脚，发送芯片U2的I脚分别连接电阻R17和与门控制芯片U7的5脚，电阻R17另一端和发送芯片U2的8脚均连接电压信号VCC2，发送芯片U2的5脚接地，发送芯片U2的6脚分别连接稳压二极管ZD3、电阻Rll和排线JP3的I脚，电阻Rll另一端连接电压信号VCC2，发送芯片U2的7脚分别连接稳压二极管ZD2、电阻RlO和排线JP3的2脚，稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3和电阻RlO另一端均接地，排线JP3的6脚通过滑动变阻器RC6连接电源电压信号，排线JP3的5脚接地，排线JP3的3脚分别连接电阻R9、稳压二极管ZD5和接收芯片U3的6脚，排线JP3的4脚分别连接电阻R8、稳压二极管ZD4和7脚，R8另一端、稳压二极管ZD4正极、稳压二极管ZD5正极、接收芯片U3的2脚、接收芯片U3的3脚和接收芯片U3的5脚均接地，电阻R9另一端和接收芯片U3的8脚均连接电压信号VCC2，接收芯片U3的I脚连接与门控制芯片U7的4脚，与门控制芯片U7的7脚接地，与门控制芯片U7的14脚连接电压信号VCC2，电压信号VCC2分别连接并补电容C10、并补电容C12和并补电容C14。
[0023]数据发送时，当数据从USB端口发出后，前端USB信号转换电路把USB的信号处理成RS-485需要的数据规范，通过隔离部分传输到非门控制芯片U4，非门控制芯片U4自动把收发状态送给与门控制芯片U7，门控制芯片U7将状态改为发送状态，通过发送芯片U2的发送功能，使USB发送的信号发送到RS-485或RS-422总线上。
[0024]数据接收时，默认状态通过电阻R17上来置高，调节成接收状态，当RS-485总线上有信号时，自动接受信号，同时与门控制芯片U7将关闭发送芯片U2，同时将接受状态指示灯RXD点亮，数据通过转换电路从RS-485或RS-422总线端传输到USB端口。
[0025]本实用新型弥补了有些台式电脑和笔记本没有232串口的不足，提供一种方便快捷的USB和RS-485-422通信转换，不但兼容win2000，xp系统，而且支持最新的win7系统，本实用新型既可以将任意口的USB信号转换成平衡的RS-485半双工差分信号，也可以将任意口的USB信号转换成平衡的RS-422全双工差分信号，且本实用新型支持热插拔功能，即插即用，可以组成点对点，点对多点的RS-485或RS-422通信网络，将通信距离拉长到1.2km。
[0026]上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
【权利要求】
1.一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器，包括隔离前端、隔离后端和驱动电路，其特征在于，隔离前端和隔离后端之间通过光耦连接，光耦包括TX光电隔离芯片和RX光电隔离芯片，所述隔离前端包括信号转换芯片，信号转换芯片通过USB数据线连接PC机的USB接口，所述隔离后端包括信号收发状态控制芯片、RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源，所述光耦通过信号收发状态控制芯片分别连接RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源，所述RS-485收发器连接RS-485总线，RS-422发送器连接RS-422发送端，RS-422接收器连接RS-422接收端。
2.根据权利要求1所述的一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器，其特征在于，所述驱动电路中USB接口 J3的VCC_5端口连接电压信号VCCl，USB接口 J3的GND端口接地，USB接口 J3的D-端口通过电阻R18连接信号转换芯片Ull的16脚，USB接口 J3的D+端口通过电阻R19连接信号转换芯片Ull的15脚，信号转换芯片Ull的17脚分别连接并补电容C19和并补电容C20，并补电容C19另一端分别连接并补电容C20另一端、信号转换芯片Ull的18脚、信号转换芯片Ull的21脚、信号转换芯片Ull的22脚、信号转换芯片Ull的23脚、信号转换芯片Ull的24脚、并补电容C17和并补电容C18，并补电容C17另一端分别连接振荡器Yl —端和信号转换芯片Ull的28脚，并补电容C18另一端分别连接振荡器Yl另一端和信号转换芯片Ull的27脚，信号转换芯片Ull的20脚分别连接信号转换芯片Ull的4脚、电阻R23、电阻R21和电阻R22，电阻R23连接信号转换芯片Ull的6脚，电阻R21连接信号转换芯片Ull的13脚，电阻R22连接信号转换芯片Ull的14脚； 信号转换芯片Ull的I脚分别连接电阻Rl和电阻R2，电阻Rl另一端连接电压信号VCCl，电阻R2另一端连接三极管Q5的I脚，三极管Q5的3脚接地，三极管Q5的2脚连接TX光电隔离芯片U6的3脚，TX光电隔离芯片U6的2脚通过电阻R4连接电压信号VCCl，TX光电隔离芯片U6的5脚接地，TX光电隔离芯片U6的8脚分别连接电阻R7和电压信号VCC2,电阻R7另一端分别连接TX光电隔离芯片U6的6脚、非门控制芯片U4的9脚和非门控制芯片U4的13脚，信号转换芯片Ull的6脚分别连接RX光电隔离芯片U5的6脚和电阻R3，电阻R3另一端分别连接RX光电隔离芯片U5的8脚和电压信号VCCl，RX光电隔离芯片U5的3脚接地，RX光电隔离芯片U5的2脚通过电阻R6连接非门控制芯片U4的10脚； 非门控制芯片U4的I脚分别连接二极管Dl、电阻R5和并补电容C9，二极管Dl负极分别连接电阻R5另一端和非门控制芯片U4的4脚，非门控制芯片U4的3脚连接非门控制芯片U4的6脚，非门控制芯片U4的13脚连接非门控制芯片U4的8脚，非门控制芯片U4的11脚分别连接电阻R5和与门控制芯片U7的6脚，电阻R5另一端连接三极管Q7的I脚，三极管Q7的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q7的2脚依次通过发光二极管RXD和电阻R13接地，非门控制芯片U4的12脚分别连接电阻R4和发送芯片U2的4脚，电阻R14另一端连接三极管Q6的I脚，三极管Q6的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q6的2脚依次通过发光二极管TXD和电阻R12接地； 非门控制芯片U4的2脚分别连接发送芯片U2的2脚和发送芯片U2的3脚，发送芯片U2的I脚分别连接电阻R17和与门控制芯片U7的5脚，电阻R17另一端和发送芯片U2的8脚均连接电压信号VCC2，发送芯片U2的5脚接地，发送芯片U2的6脚分别连接稳压二极管ZD3、电阻Rll和排线JP3的I脚，电阻Rll另一端连接电压信号VCC2，发送芯片U2的7脚分别连接稳压二极管ZD2、电阻R10和排线JP3的2脚，稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3和电阻R10另一端均接地，排线JP3的6脚通过滑动变阻器RC6连接电源电压信号，排线JP3的5脚接地，排线JP3的3脚分别连接电阻R9、稳压二极管ZD5和接收芯片U3的6脚，排线JP3的4脚分别连接电阻R8、稳压二极管ZD4和7脚，R8另一端、稳压二极管ZD4正极、稳压二极管ZD5正极、接收芯片U3的2脚、接收芯片U3的3脚和接收芯片U3的5脚均接地，电阻R9另一端和接收芯片U3的8脚均连接电压信号VCC2，接收芯片U3的1脚连接与门控制芯片U7的4脚，与门控制芯片U7的7脚接地，与门控制芯片U7的14脚连接电压信号VCC2，电压信号VCC2分别连接并补电容C1、并补电容C12和并补电容C14。
【文档编号】G06F13/40GK204044816SQ201420533968
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】潘呈省 申请人:山东广达锂电检测研究院有限公司