無源RS-232/RS-485轉換電路的設計

RS-232、RS-485都是串行數據接口標準。由于它們的接口電路簡單，通用性比較好，所以在控制領域有著廣泛的應用。RS-232和RS-485有著各自的優缺點：RS-232 是低速率串行單端標準，采取不平衡傳輸方式(即所謂單端通信)，收、發端的數據信號是相對于信號地的電平而言，其共模抑制能力差，傳送距離短，其為點對點的通信方式;RS-485采用平衡傳輸方式，可以實現多點通信，由于采用了有別于RS-232電平方式的差分方式，使得在通信速率、抗干擾和傳輸距離方面都有較大的改善。但由于現用的工控PC機大多都只直接提供RS-232接口，所以為了實現RS-485與監控系統的接口，往往需要另加轉換接口，從而使得網絡構成相對比較復雜，使用也不方便。為了克服使用上的不便，本文設計了一種RS-232/RS-485通用接口。為了克服以往在單端情況下只能232或 485不能同時接口的局限，本文利用Maxim公司的ICL7662芯片設計一種通用接口。下面就ICL7662芯片及電路原理作全面地介紹。

1 ICL7662電壓轉換器

ICL7662是由美國Maxim 公司提供的一種CMOS電壓轉換器，主要特性為：

轉換電壓為4.5V～20V到-4.5V～-20V;

轉換效率高達99.7%;

外圍電路簡單，最小只需兩個儲能電容。

引腳說明如表1所列。

2 ICL7662電壓轉換器工作原理

ICL7662原理性圖解如圖1所示。

在ICL7662工作周期的前半個周期，S1和S3閉合，S2和S4斷開，C1由輸入電壓充電到VIN。在接下來的后半個周期， S1和S3斷開，S2和S4閉合。在電路電阻非常小的情況下，就會由C1放電在C2上，在C2兩端形成-VIN。根據該芯片的工作原理，本文做了大量的試驗，如果在C2兩端加上-VIN，根據同樣的原理，會在C1上形成相當于VIN的電壓。根據此特性非常有利于從信號端“竊取”電源，即不管是在正電源端還是負電源端，只要某一端有足夠的電平，芯片就會高效地完成“竊電”。

保險絲PCT;

下半部分用于無源RS232→RS485的轉換電路，保證兩端同時可用，但在系統中只

能有一端為主，且RS232應為標準232口，232口發送數據在485口可見。

3 通用硬件設計說明

本文設計的接口電路主要是針對工業現場控制終端，由于各種控制要求不同，所以對控制終端的配置各異。但總體要求是某一終端故障不應影響系統其余部分的功能，要便于終端與監控系統之間的接口。所以，本文設計中對于RS-485與RS-232的轉換采用了無源的轉換方式，而非常規的RS-232與 RS-485標準轉換，既便是與PC相連的終端單元掉電，也不會影響系統中其它單元的正常通信。

在圖中的上半部分用美國Maxim公司的485芯片MAX487構成標準RS-485接口電路，其中2片P133為快速光電耦合器，用于把控制內核部分與網絡隔離開，控制端口用相對廉價一點的TPL521隔離。TVS1和TVS2為瞬態電壓抑制二極管，用以對網絡上的高壓噪音干擾進行吸收，保護接口芯片MAX487免予損壞。PCT1和PCT2為自復位保險絲，在網絡過流的情況下起保護作用。在網絡過流時進入高阻限流狀態，在網絡恢復正常的情況下，又恢復到正常零電阻的工作狀態下。R7為可選終端匹配電阻。該接口電路簡單、可靠。

該部分的核心為Maxim公司的負電源轉換芯片 ICL7662。電路的工作電源來自于RS-232的發送信號線PTXD，由電荷泵ICL7662進行正負電源轉換，能量存儲于儲能電容C1、C2、C3 中，作為本部分電路的工作電源。根據EIA的標準，RS-232在發送數據時，發送端驅動器輸出正電平在 5V~ 15V(邏輯0)，負電平在-5V~-15V(邏輯1)，接收器的典型電平在 3~ 12V與-3~-12V(見參考文獻[1])之間，RS-485的接收門限為 /-200mv(見參考文獻[2])。由MAX487完成RS-232與RS-485標準之間的轉換，電路自動完成收發控制的轉換。本部分對控制內核來講處于無源工作狀態下，不受所在終端工作狀態的影響，自動完成收、發狀態控制，避免網絡“死鎖”。當電路所在的節點不接RS-232時，本部分電路不工作，使得系統的功耗最小。當節點通過RS-232與系統通信時，監控系統的數據首先轉換到RS-485網上，節點數據先經過本節點轉換電路轉換到RS-232 的電平狀態，然后與監控系統通信。

4 總 結

通過大量的工程實踐證明，該電路簡單可靠，經濟實用，克服了有些電路在電源采集信號端長期處于某一電平時，電路電源中斷的弊端。同時根據RS- 485半雙工總線的特性，本文巧妙地實現了RS-485在收發之間的自動轉換，避免了由于操作不當造成的總線“死鎖”現象。實踐證明，不管是與信號電平相對較低的便攜式電腦接口還是與臺式機接口，本電路都能可靠工作，在通信速率300b/s~19200b/s范圍內，長期運行未發現通信有任何異?，F象。