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　　現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)，由于自動(dòng)化設(shè)備眾多，往往采用局域網(wǎng)控制形式，而利用RS-485接口組網(wǎng)簡(jiǎn)單，成本低廉，且通信距離可滿足一般工業(yè)應(yīng)用，因此獲得了廣泛應(yīng)用，但一般的微機(jī)系統(tǒng)或工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，如PLC，智能化儀表等，往往僅具有RS-232接口，因此 實(shí)現(xiàn)RS-232接口與RS-485接口的轉(zhuǎn)換，就具有重要的實(shí)際意義。傳統(tǒng)的做法是在原設(shè)備內(nèi)擴(kuò)展一個(gè)通信適配卡，由該卡實(shí)現(xiàn)RS-232→RS-485接口的轉(zhuǎn)換。采用接口轉(zhuǎn)換卡存在著以下幾方面的問(wèn)題：⑴由于各設(shè)備采用的總線結(jié)構(gòu)不同，轉(zhuǎn)換卡的通用性較差；⑵占用原系統(tǒng)的軟硬件資源較多；⑶硬件復(fù)雜，成本高，尤其對(duì)一些硬件結(jié)構(gòu)緊湊或無(wú)法改動(dòng)原設(shè)備軟硬件資源的自動(dòng)化設(shè)備，使該方案根本無(wú)法實(shí)施。針對(duì)上述情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種小巧的無(wú)須外部供電的智能收發(fā)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了RS-232和RS-485接口間的智能轉(zhuǎn)換。

轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)構(gòu)成
　　本智能轉(zhuǎn)換器作為一個(gè)獨(dú)立的電平轉(zhuǎn)換控制器，主要完成電源獲取、RS-232電平與RS-485電平間的轉(zhuǎn)換及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流向的自動(dòng)控制。

　　由于本收發(fā)器要從標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口上獲取電源，而RS-232接口可提供的電源功率又十分有限，所以如何降低轉(zhuǎn)換器的功率消耗是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。為降低功耗，本轉(zhuǎn)換器均選用新型低功耗器件。

電源電路
　　本轉(zhuǎn)換器采用串口竊電的方法從RS-232接口獲取電源，并經(jīng)DC/DC電路轉(zhuǎn)換為+3V電源供給單片機(jī)及接口電平轉(zhuǎn)換芯片使用。標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口中有三個(gè)發(fā)送信號(hào)，即數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR，請(qǐng)求發(fā)送RTS和發(fā)送數(shù)據(jù)TXD。這三根輸出信號(hào)線中，每根線上的典型輸出電流為±8mA，典型輸出電壓為±12V。我們即從此三根線中來(lái)獲取電源，因TXD發(fā)送數(shù)據(jù)線處于等待發(fā)送及發(fā)送“1”的時(shí)間要大于發(fā)送“0”的時(shí)間，故電源轉(zhuǎn)換采用負(fù)電源輸入方式，以最大限度的增加電源輸入功率，保證轉(zhuǎn)換電路的正常工作。

　　從RTS和DTR兩根信號(hào)線上可獲取的輸入功率為P=2×U×I=2×12×8=192mw，當(dāng)電源轉(zhuǎn)換效率為85%，輸出電壓為3V時(shí)，RTS和DTS可提供的輸出電流為I=P.η/U=54.4mA。

　　而考慮TXD處于等待發(fā)送及發(fā)送“1”態(tài)時(shí)，也可為系統(tǒng)提供一定的功率， 故由RS-232接口提供的輸出電流將大于此值。這里將DTR、RTS及TXD三根輸出線經(jīng)二極管整流隔離后輸出電壓為-12V，輸出電流大于54.4mA的負(fù)電源，為降低轉(zhuǎn)換器功耗，將電源輸出電壓選取為+3V顯然各公司提供的DC-DC轉(zhuǎn)換器中沒(méi)有一個(gè)能直接做到-12V輸入+3V輸出，因此我們采用MAXIM公司的MAX716電源IC，稍做改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了此功能。由MAXIM716設(shè)計(jì)的DC-DC轉(zhuǎn)換電路如圖

　　由MAXIM716設(shè)計(jì)的電源電路主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高達(dá)85%，外圍電路簡(jiǎn)單，無(wú)需變壓器，低功耗靜態(tài)電流僅100μA，該轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍為-2.5V〜-13.5V，輸出電壓為+3V，輸出電流可達(dá)300mA，但由于輸入功率的限制在本設(shè)計(jì)中僅可輸出略大于54.4mA的電流。

RS-232接口
　　本轉(zhuǎn)換器采用一只單發(fā)/單收RS-232接口芯片用于完成RS-232電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換，對(duì)接口芯片的要求是低工作電源、低功耗、小體積。在這里我們選用MAXIM公司的MAX3221E，該芯片的工作電壓為3〜5.5V，靜態(tài)電流小于1μA，負(fù)載電流小于2mA，數(shù)據(jù)傳輸率為120kbps，外圍元件少，僅需4個(gè)0.1μf的外接電容，且該芯片的體積也是同類產(chǎn)品中體積最小的，MAX2321E還具有±15KV ESD保護(hù)功能,接口電路見(jiàn)RS-485接口
　　RS-485接口芯片用于完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485接口電平的任務(wù)，本轉(zhuǎn)換器采用MAX3485作為RS-485接口芯片，該芯片的主要技術(shù)參數(shù)為：工作電源為3~3.6V,工作電流1mA，數(shù)據(jù)傳輸率為12Mbps。當(dāng)驅(qū)動(dòng)60Ω負(fù)載時(shí)（RS-485網(wǎng)絡(luò)終端匹配電阻120Ω的并聯(lián)值）峰值電流可達(dá)50mA。

防雷保護(hù)
　　通信線路中瞬態(tài)電壓干擾是威脅通信接口安全的主要因素，而雷電波保護(hù)是必不可少的，為保證通信網(wǎng)絡(luò)的安全，這里采用瞬態(tài)電壓抑制器TVS作為保護(hù)器件，該器件可承受高達(dá)數(shù)KV的脈沖電壓和數(shù)十至數(shù)百安培的浪涌電流，瞬間承受功率高達(dá)數(shù)千瓦，本轉(zhuǎn)換器在RS-485的發(fā)送端及接收端采用了3只TVS，分別對(duì)線路之間和線路對(duì)地間的瞬態(tài)電壓干擾進(jìn)行抑制，可避免雷電對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的破壞。

單片機(jī)
　　本轉(zhuǎn)換器采用Microchip公司的微功耗小體積單片機(jī)PIC12C508A，其主要參數(shù)為；工作電壓2.7〜5V，工作電流小于1mA，6根I/O口線,512字節(jié)ROM。PIC12C058A完成的功能是讀取波特率設(shè)置開(kāi)關(guān)的數(shù)值及串行數(shù)據(jù)位數(shù)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，從而根據(jù)開(kāi)關(guān)的數(shù)值或狀態(tài)完成收發(fā)數(shù)據(jù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制功能，各引腳功能如下：GP0、GP1、GP4、GP5四個(gè)引腳設(shè)定對(duì)應(yīng)于16種常用的波特率（300、600、1200至38.4kbps等8種以及900、1800至115.4kbps等8種）的延時(shí)時(shí)間，GP3對(duì)應(yīng)于10位或11位串行數(shù)據(jù)格式，GP2為T(mén)XD輸入，用來(lái)檢測(cè)UART何時(shí)發(fā)送和停止發(fā)送數(shù)據(jù)，GP1為復(fù)用輸出引腳用于控制MAX3485的接收使能，GP0也為復(fù)用輸出引腳，用來(lái)控制MAX3485的發(fā)送使能。

本轉(zhuǎn)換器使用的最大電流為各芯片峰值工作電流之和，即：
IΣ=0.12+2.0+50.0+1.0=53.12mA，此電流小于DC-DC轉(zhuǎn)換器的最小輸出電流54.4mA，從而證明了串口竊電技術(shù)是完全可行的。

軟件設(shè)計(jì)
　　單片機(jī)軟件部分主要完成功能如下：上電后單片機(jī)將所有的I/O設(shè)為輸入，并讀入I/O狀態(tài)且保存到寄存器中，接下來(lái)將GP0和GP1設(shè)定為輸出狀態(tài)并將其設(shè)為低電平輸出，即RS-485口處于禁止發(fā)送接收允許狀態(tài)，CPU根據(jù)數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)的設(shè)定值，確定出用戶設(shè)定的波特率和串行數(shù)據(jù)格式，從而預(yù)置內(nèi)部的延時(shí)設(shè)定，CPU檢測(cè)到UART開(kāi)始通信后，打開(kāi)發(fā)送使能，經(jīng)內(nèi)部預(yù)置延時(shí)后開(kāi)始在一個(gè)位寬時(shí)間內(nèi)檢測(cè)是否有下一個(gè)起始位到來(lái)，如檢測(cè)到則重新延時(shí)等待，否則關(guān)閉發(fā)送使能，結(jié)束當(dāng)前通信，重新檢測(cè)UART起始位。

結(jié)束語(yǔ)
　　本轉(zhuǎn)換器采用串口竊電技術(shù)而省略了外部電源，采用新型低電壓、低功耗器件設(shè)計(jì)，一方面支持了串口竊電技術(shù)，另一方面又簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本，同時(shí)該轉(zhuǎn)換器還具有很強(qiáng)的防雷電沖擊能力使得本轉(zhuǎn)換器具有很高的實(shí)用價(jià)值，在擴(kuò)展基于RS-485總線的通信網(wǎng)絡(luò)分支及延伸RS-232總線通信距離方面均可得到廣泛的應(yīng)用。