专利名称：自动流向控制装置、控制方法及其应用的电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种串口转换器及信号转换方法，尤其是指在RS-485/422接口中的自动流向控制装置、控制方法及其应用的电路。
背景技术：
RS-422与RS-485是串行数据接口标准。其中，RS-422与RS-485都可支持多个节点，因此可构成总线型的网络。由RS-485/422构建网络时，总线上并联多个RS-485/422设备进行通信。RS-485/422构成的网络可广泛应用于过程控制系统、远程数据采集系统、安防系统、小区门禁系统、智能大厦、实验室自动化等领域。
对于RS-422网络，为全双工方式，总线上只有一台主机(Master)，其它为从机。当主机发送数据到总线时，从机同时从总线上接收数据；当从机通过总线上传数据到主机时，同一个时刻只能有一台从机上传数据，其他从机必须释放总线上传数据控制权，否则出现总线竞争，造成总线瘫痪，无法通信。
对于RS-485网络，为半双工方式，总线上允许有多台主机，同一个时刻也只能有一台RS-485主机或从机发送数据，其它主机或从机处于接收状态。因此在每次通信前必须先设置收发控制，发送完数据后必须释放总线控制权。
RS-485/422接口芯片包含两个控制引脚/RE和DE引脚。/RE为接收使能端口，低电平有效；DE为发送使能端口，高电平有效。发送数据时先置DE为高电平，数据发送完毕后必须置DE为低电平，否则总线数据一直跟随RS-485/422接口芯片的输入端，总线处于被占用状态，其他设备发送的数据便会丢失。
目前，RS-485/422传输数据时，多采用以下两种方法进行数据流向控制一种是利用与相连的前级电路进行控制，如利用RS-232接口芯片端的DTR引脚信号接入RS-485/422的DE端，并通过软件控制RS-485/422接口芯片的DE端的高低电平，从而完成数据流向控制。此方法用到RS-232的DTR引脚，势必需要相应的加入一个信号线，使电路繁复，且同时增加了软件开销。
另一种是增加一微处理器，对数据处理和分析，并输出一信号控制RS-485/422接口芯片的DE端，以完成数据流向控制。此方法由于增加了微处理器，提高了成本，且使硬件电路和调试变复杂化。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种自动流向控制装置、控制方法及其应用的电路，以实现可以根据输入信号自动的对RS-485/422接口芯片进行流向控制，不需要引入微处理器，不需要前级电路进行控制。
本发明提供的自动流向控制装置，包括与非施密特触发器、充电延迟电路，其中，与非施密特触发器第一输入端用于接收输入信号；与非施密特触发器第二输入端串连所述充电延迟电路后与第一输入端相连，接收输入信号；与非施密特触发器输出端用于输出控制信号。
其中，所述充电延迟电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、电容C、二极管D；R1、R2及与非施密特触发器第一输入端相连；R2的另一端与二极管D正极相连；二极管D负极与R1的另一端、电容C相连，且接至与非施密特触发器第二输入端；电容C的另一端接地，且，R1值大于R2的值。
其中，所述的自动流向控制装置波特率从300～115200bps自适应。
本发明提供的相应的自动流向控制方法包括在发送空闲期间，输入信号保持为高电平自动流向控制装置输出低电平；当输入信号输入一低电平时，自动流向控制装置即刻输出高电平；当输入信号由低电平跳变为高电平时，自动流向控制装置在短暂时刻维持输出高电平；在所述短暂时刻后，自动流向控制装置输出低电平。
本发明提供的自动流向控制装置应用于RS-485的电路，包括与非施密特触发器、充电延迟电路；与非施密特触发器第一输入端用于接收同时输入到RS-485的输入信号；与非施密特触发器第二输入端串连所述充电延迟电路后与第一输入端相连，接收输入信号；与非施密特触发器输出端用于输出控制信号，与RS-485的使能端口/RE、发送使能端口DE相连；RS-485连接总线的正向引脚A接上拉电阻，反向引脚B接下拉电阻。
其中，所述充电延迟电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、电容C、二极管D，其中，R1、R2及与非施密特触发器第一输入端相连；R2的另一端与二极管D正极相连；二极管D负极与R1的另一端、电容C相连，且接至与非施密特触发器第二输入端；电容C的另一端接地，且，R1值大于R2的值。
本发明提供的自动流向控制装置应用于RS-422的电路，包括与非施密特触发器、充电延迟电路；与非施密特触发器第一输入端用于接收同时输入到RS-422的输入信号；与非施密特触发器第二输入端串连所述充电延迟电路后与第一输入端相连，接收输入信号；与非施密特触发器输出端用于输出控制信号，与RS-422的发送使能端口DE相连；RS-422的使能端口/RE接地；RS-422连接总线的正向端Y接上拉电阻，反向端Z接下拉电阻。
其中，所述充电延迟电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、电容C、二极管D；R1、R2及与非施密特触发器第一输入端相连；R2的另一端与二极管D正极相连；二极管D负极与R1的另一端、电容C相连，且接至与非施密特触发器第二输入端；电容C的另一端接地，且，R1值大于R2的值。
由上可以看出，本发明提供的自动流向控制电路，不需要引入微处理器，不需要前级电路进行控制。本发明的自动流向控制电路，对于接收和发送两个信号，无需外加收发控制信号，即可完成RS-485/422与RS-232等信号的转换。不仅减少软件开销，而且波特率3 00～11 5200bps自适应、硬件电路简单。大大降低了用户软硬件成本。尤其，用户原有RS-232系统改为RS-48 5/422系统时，不用修改软件，直接使用本发明即可。
图1是自动流向控制装置与RS-485接口芯片的连接示意图；图2是自动流向控制应用于RS-485接口的电路原理图；图3是通过流向控制实现RS-485数据发送的流程图；图4是通过流向控制实现RS-485数据发送的波形图；图5是自动流向控制装置与RS-422接口芯片的连接示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1示出了自动流向控制装置与RS-485接口芯片的连接关系。其中，在上行信号传输中，RS-485接口芯片的输出端RO用于输出来自总线的上行信号。在下行信号传输中，RS-48 5接口芯片的输入端DI用于接收下行信号以发送到总线上；同时，自动流向控制电路也接收传送给RS-485接口芯片输入端DI的信号，并对该信号分析处理生成控制电平信号发送到RS-485接口芯片的接收使能端/RE和发送使能端DE，以完成对RS-485接口芯片的自动流向控制，实现RS-485数据的下传到总线和数据从总线的接收。本发明可实现自动流向控制装置波特率从300～115200bps自适应。
下面参照图2示出的自动流向控制应用于RS-485接口的电路图。进一步对本发明的自动流向控制装置进行说明。
自动流向控制装置包括第一电阻R1、和第二电阻R2、电容C、二极管D、与非施密特触发器UIA。
其中，接收传送给RS-485输入端DI的输入端与R1、R2及与非施密特触发器UIA一输入端相连；R2的另一端与二极管D正极相连；二极管D负极与R1的另一端、电容C相连，且接至UIA的另一输入端；电容C的另一端接地。
其中，R1电阻一般可取30K～40K之间，以使电容充电时间拉长，R2电阻一般取几K，电容C取300pF，这样输入信号为低电平时，二极管D导通，电容C通过R2迅速放电。
而UIA的输出端接至RS-485接口芯片的接收使能端/RE和发送使能端DE。RS-485接口芯片的总线正向引脚A接上拉电阻；总线反向引脚B接下拉电阻。
当进行数据的收发时，其对流向控制的原理如下，可参加图3示出的通过流向控制实现RS-485数据发送的流程图，包括以下步骤步骤301在空闲期间，输入信号保持为高电平，电容C已经充电完毕，与非施密特触发器的两个输入端均为高电平，与非施密特触发器输出低电平，使得RS-485接口芯片发送使能端DE禁止，接收使能端/RE有效。当RS-485总线上有数据时，因为接收使能/RE一直有效，接收总线数据。当RS-485总线上无数据时，RS-485接口芯片的总线正向引脚A在上拉电阻作用下拉至高电平，总线反向引脚B在下拉电阻作用下拉至低电平。
步骤302当输入信号输入一个低电平时，与非施密特触发器一个输入端为低电平，与非施密特触发器立马输出高电平，使得RS-485接口芯片的/RE禁止，DE端有效，RS-485输出到总线的信号跟随DI变化，即A输出低电平，B输出高电平，实现了将DI数据送至RS-485总线上。
同时电容C通过电阻R1和二极管D、R2两个通路迅速放电，与非施密特触发器的另一个输入端瞬间变为低电平，与非施密特触发器保持输出高电平。
步骤303当输入信号由低电平跳变为高电平时，通过电阻R1给电容C充电，与非施密特触发器的正向门限电压Vp在2.9V左右，与非施密特触发器输入端2电压逐渐升高，当电容电压小于与非施密特触发器正向门限电压Vp时，与非施密特触发器输出端仍保持高电平，RS-485接口芯片DE使能继续有效，总线A跟随DI变化，A输出高电平，B输出低电平。
步骤304当电容电压大于与非施密特触发器正向门限电压Vp时，与非施密特触发器输出变为低电平，RS-485接口芯片DE使能端禁止，总线A由于上拉电阻仍保持高电平，B由于下拉电阻仍保持低电平。
当下一个低电平输入时，则返回步骤302，与非施密特触发器再次输出高电平，RS-485接口芯片发送使能DE有效，依次往返动作，实现自动流向控制功能，不再赘述。
在发送数据停止后，则返回发送空闲状态，即输入信号保持为高电平，使RS-485接口芯片DE使能端禁止，/RE使能端有效，RS-485接口芯片处于接收状态。关于发送空闲状态可参见步骤301的描述。此处不再赘述。
以上过程也可参见图4示出的通过流向控制实现RS-485数据发送的波形图。图中标明了对应图3的时刻，从图中可以明显看出，当DI由低电平跳变为高电平时，与非施密特触发器延迟输出高电平，使得RS-485接口芯片A和B输出电平转换完全结束后，RS-485接口芯片发送使能才禁止，A和B在上拉和下拉电阻作用下仍保持发送使能禁止前的电平。
说明应用到自检的过程，对于某些程序，为了确保发送无误，在发送数据的同时，还要从总线上接收所发的数据，以进行校验是否出现总线数据丢失。这种情况下，与非施密特触发器输出端只接RS-485接口芯片的DE端，RS-485接口芯片的/RE接地，接收使能一直有效。当发送数据时，RS-485接口芯片的DE端有效，数据发送到总线上，同时/RE接地，接收使能一直有效，发送的数据又会被接收到，用于软件校验。
图5为本发明自动流向控制装置应用到RS-422的应用，其与RS-422接口芯片的连接示意图如图所示，由于RS-422为全双工方式，发送和接收独立，所以，RS-422接口芯片的接收使能端/RE接地，即RS-422接口芯片接收使能一直有效。自动流向控制电路输出端只控制发送使能端DE，总线驱动输出正向端Y接上拉电阻，反向端Z接下拉电阻。其控制的工作原理同RS-485，在此不再做赘述。
由上可以看出，本发明不需要引入微处理器，不需要前级电路进行控制，可应用于所有RS-232转RS-485/422、TTL转RS-485/422、USB转RS-485/422、以太网转RS-485/422、CAN总线转RS-485/422等转换器中。本发明的自动流向控制电路，对于接收和发送两个信号，无需外加收发控制信号，即可完成RS-485/422与RS-232等信号的转换。不仅减少软件开销，而且波特率300～115200bps自适应、硬件电路简单，大大降低了用户软硬件成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。
权利要求
1.一种自动流向控制装置，其特征在于，包括与非施密特触发器、充电延迟电路，其中，与非施密特触发器第一输入端用于接收输入信号；与非施密特触发器第二输入端串连所述充电延迟电路后与第一输入端相连，接收输入信号；与非施密特触发器输出端用于输出控制信号。
2.根据权利要求1所述的自动流向控制装置，其特征在于，所述充电延迟电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、电容C、二极管D，其中，R1、R2一端与与非施密特触发器第一输入端相连；R2的另一端与二极管D正极相连；二极管D负极与R1的另一端、电容C一端相连，且接至与非施密特触发器第二输入端；电容C的另一端接地，且，R1值大于R2的值。
3.根据权利要求1或2所述的自动流向控制装置，其特征在于，所述的自动流向控制装置波特率从300～115200bps自适应。
4.一种自动流向控制方法，其特征在于，包括在发送空闲期间，输入信号保持为高电平，自动流向控制装置输出低电平；当输入信号输入一低电平时，自动流向控制装置即刻输出高电平；当输入信号由低电平跳变为高电平时，自动流向控制装置在短暂时刻维持输出高电平；在所述短暂时刻后，自动流向控制装置输出低电平。
5.一种自动流向控制装置应用于RS-485接口芯片的电路，其特征在于，包括与非施密特触发器、充电延迟电路，其中，与非施密特触发器第一输入端用于接收同时输入到RS-485接口芯片的输入信号；与非施密特触发器第二输入端串连所述充电延迟电路后与第一输入端相连，接收输入信号；与非施密特触发器输出端用于输出控制信号，与RS-485接口芯片的使能端口/RE、发送使能端口DE相连；RS-485接口芯片连接总线的正向引脚A接上拉电阻，反向引脚B接下拉电阻。
6.根据权利要求5所述的自动流向控制装置，其特征在于，所述充电延迟电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、电容C、二极管D，其中，R1、R2一端与与非施密特触发器第一输入端相连；R2的另一端与二极管D正极相连；二极管D负极与R1的另一端、电容C一端相连，且接至与非施密特触发器第二输入端；电容C的另一端接地，且，R1值大于R2的值。
7.一种自动流向控制装置应用于RS-422接口芯片的电路，其特征在于，包括与非施密特触发器、充电延迟电路，其中，与非施密特触发器第一输入端用于接收同时输入到RS-422的输入信号；与非施密特触发器第二输入端串连所述充电延迟电路后与第一输入端相连，接收输入信号；与非施密特触发器输出端用于输出控制信号，与RS-422接口芯片的发送使能端口DE相连；RS-422接口芯片的使能端口/RE接地；RS-422接口芯片连接总线的正向端Y接上拉电阻，反向端Z接下拉电阻。
8.根据权利要求7所述的自动流向控制装置，其特征在于，所述充电延迟电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、电容C、二极管D，其中，R1、R2一端与与非施密特触发器第一输入端相连；R2的另一端与二极管D正极相连；二极管D负极与R1的另一端、电容C一端相连，且接至与非施密特触发器第二输入端；电容C的另一端接地，且，R1值大于R2的值。
全文摘要
本发明提供了一种自动流向控制装置，其与非施密特触发器第一输入端接收输入信号，第二输入端串连所述充电延迟电路后与第一输入端相连；与非施密特触发器输出端用于输出控制信号。还提供了自动流向控制方法，包括在发送空闲期间，输入信号保持为高电平，自动流向控制装置输出低电平；当输入信号输入一低电平时，自动流向控制装置即刻输出高电平；当输入信号由低电平跳变为高电平时，自动流向控制装置在短暂时刻维持输出高电平；在所述短暂时刻后，自动流向控制装置输出低电平，本发明自动流向控制装置波特率从300～115200bps自适应。使用本发明，可以根据输入信号对RS－485/422接口芯片流向进行自动控制。
文档编号H04B1/58GK101026387SQ200710004949
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月13日 优先权日2007年2月13日
发明者徐震, 白伟, 魏村国 申请人:徐震