西門(mén)子紹興（中國(guó)）總代理

該智能轉(zhuǎn)換器必須解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題即如何從RS-232線(xiàn)上獲得電路和RS-485/RS-422接口驅(qū)動(dòng)所需的功率和如何智能控制RS-485/RS-422的收發(fā)使能
3.1.電源方案
標(biāo)準(zhǔn)的RS-232 定義中有三個(gè)發(fā)送信號(hào)TXD RTS 和DTR 每根線(xiàn)上的典型輸出電流為8mA/ 12V 考慮到TXD為負(fù)電平處于停止發(fā)送或發(fā)送數(shù)字1 時(shí)的時(shí)間較多因而電源轉(zhuǎn)換決定采用負(fù)電源輸入以最大限度地增加電源輸入功率升壓至所需的工作電源從RTS和DTR上輸入功率=2*8*12mW=192mW,另外由于通訊為間歇工作方式所以輸入電源端的儲(chǔ)能電容和TXD 為負(fù)電平時(shí)能夠補(bǔ)充一定的功率假設(shè)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)效率為85% 輸出電壓為3V 的DC-DC 轉(zhuǎn)換器則輸出電流可達(dá)54.4mA
3.2.智能控制收發(fā)使能
RS-232通訊接口采用電平方式傳輸適用于點(diǎn)-點(diǎn)通訊無(wú)須專(zhuān)門(mén)的收發(fā)使能控制而對(duì)于RS-485/RS-422通訊接口則不同由于采用差分電平方式傳輸且允許在一條通訊總線(xiàn)上掛接多個(gè)節(jié)點(diǎn)必然要求各個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠獨(dú)立地控制總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器關(guān)斷或打開(kāi)保證不會(huì)影響到其它節(jié)點(diǎn)的正常通訊為了簡(jiǎn)化與轉(zhuǎn)換器RS-232 接口端相連的軟件工作更重要的是為了提高本轉(zhuǎn)換器的通用性和靈活性即插即用無(wú)須要求用戶(hù)更改任何相關(guān)軟件和硬件本轉(zhuǎn)換器內(nèi)置微處理器實(shí)現(xiàn)收發(fā)使能的智能控制具體方法微處理器在檢測(cè)到UART 的通信起始位后打開(kāi)發(fā)送使能允許串行數(shù)據(jù)發(fā)送至RS-485/RS-422 通訊網(wǎng)絡(luò)微處理器根據(jù)所設(shè)定的波特率延時(shí)至UART 停止位發(fā)送一半時(shí)例如11位格式時(shí)延時(shí)10.5T,T=1/fBAUD ,開(kāi)始檢測(cè)是否有下一個(gè)起始位到來(lái)在時(shí)間T內(nèi)若有下一個(gè)起始位到來(lái)則保持發(fā)送狀態(tài)否則將關(guān)閉發(fā)送使能結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送
4. 硬件設(shè)計(jì)
由于本轉(zhuǎn)換器供電來(lái)自RS-232信號(hào)線(xiàn)其輸入功率受到限制因而在本設(shè)計(jì)中將盡可能地采用+3V供電的低功耗器件保證總電流小于54.4mA 主要包括4個(gè)部分DC-DC轉(zhuǎn)換器RS-232接口RS-485/RS-422接口和微處理器分別介紹如下
4.1. DC-DC轉(zhuǎn)換器
顯然還沒(méi)有一個(gè)DC-DC 轉(zhuǎn)換器能夠直接實(shí)現(xiàn)-12V 輸入+3V 輸出的IC 但是如果我們利用現(xiàn)有的IC 稍作改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)該功能圖2 所示的DC-DC 轉(zhuǎn)換電路就是利用MAX761 實(shí)現(xiàn)的-12V 輸入+3V 輸出效率高于85%的升壓DC-DC 轉(zhuǎn)換器該轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸入電壓范圍為-2.5V 至-13.5V 靜態(tài)工作電流僅I1=120 A 具有輸出電流大于54.4mA的能力如果前端輸入功率未受到限制則輸出電流可達(dá)300mA以上由于MAX761采用高效率的PFM 控制方式,而且在本電路中,開(kāi)關(guān)損耗較小(因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電流小于負(fù)載電流),所以能夠達(dá)到比MAX761 典型應(yīng)用更高的效率(MAX761 典型應(yīng)用效率為86%) 輸出電壓由下列方程確定
VOUT=VREF*R1/R2+0.7(V) 其中VREF=1.5V

-12V至3V 效率高于85%的DC-DC轉(zhuǎn)換器
4.2. RS-232接口
本轉(zhuǎn)換器只需要一片單發(fā)/單收RS-232接口就可以滿(mǎn)足要求但必須要求+3V單電源工作工作電流盡可能地小的接口電路MAX3221/MAX3221E 帶15kVESD保護(hù)剛好能夠滿(mǎn)足上述要求具有1TX/1RX 其工作電壓+3V至+5.5V, 僅1 A的靜態(tài)電流負(fù)載電流小于I2=2mA
4.3. RS-485/RS-422接口
為兼顧RS-485/RS-422 接口中半雙工和全雙工的要求本轉(zhuǎn)換器采用MAX3491 作為RS-485/RS-422 接口電路其主要指標(biāo)為+3V 至+3.6V 單電源工作工作電流1mA,驅(qū)動(dòng)60負(fù)載時(shí)半雙工時(shí)兩個(gè)120 終端匹配電阻的并聯(lián)值峰值電流可達(dá)I3=3V/60 =50mA半雙工和全雙工工作方式是通過(guò)跳線(xiàn)器來(lái)設(shè)置的見(jiàn)圖3
4.4. 微處理器
在本轉(zhuǎn)換器中微處理器所要完成的任務(wù)很簡(jiǎn)單僅需要幾根I/O 線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置和發(fā)送使能的自動(dòng)控制實(shí)際選擇中采用Microchip公司的PIC12C508A其主要指標(biāo)為工作電流I4<1.0mA(工作電壓3V 頻率4MHz),6 條I/O 線(xiàn)512kByte 的ROM 其中GP0 GP1 GP4和GP5四個(gè)引腳設(shè)定對(duì)應(yīng)于16 種常用波特率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)送和停止數(shù)據(jù)GP1為復(fù)用輸出引腳用來(lái)控制MAX3491的發(fā)送使能控制端GP0也為復(fù)

本轉(zhuǎn)換器的最大電流總和<I1+I2+I3+I4=0.12+2.0+ 50.0+1.0=53.12mA 小于DC-DC轉(zhuǎn)換器的最小輸出電流54.4mA 因而通過(guò)RS-232信號(hào)線(xiàn)為本電路供電是可行的實(shí)際上由于輸入電源端的儲(chǔ)能電容E1 和TXD 為負(fù)電平時(shí)能夠?yàn)殡娐费a(bǔ)充一定的功率所以設(shè)計(jì)上留有較大的電源功率裕量
5. 軟件設(shè)計(jì)
本轉(zhuǎn)換器的軟件設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單微處理器復(fù)位后將所有的I/O 口設(shè)為輸入并讀入所有的I/O 狀態(tài)保存到寄存器將GP2 和GP3 改設(shè)為輸出狀態(tài)并輸出低電平使RS-485/RS-422 接口處于禁止發(fā)送允許接收的狀態(tài)CPU 根據(jù)GPIO 的初始狀態(tài)確定出用戶(hù)設(shè)定的通訊波特率和串行數(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)始通訊后打開(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)前通訊重新檢測(cè)UART的起始位對(duì)于半雙工通訊方式允許發(fā)送使能前應(yīng)該關(guān)閉接收使能而在發(fā)送使能關(guān)閉后才打開(kāi)接收使能對(duì)于全雙工通訊方式其接收使能可以不受此信號(hào)控制而可以直接通過(guò)跳線(xiàn)接地始終允許接收
6. 結(jié)論
在本RS-232到RS-485/RS-422接口的智能轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中除了本身這個(gè)產(chǎn)品具有較高的應(yīng)用價(jià)值外文中所涉及的RS-232信號(hào)線(xiàn)供電方案由于其高效率大電流輸出能力在許多基于RS-232 接口的應(yīng)用中都能夠很好地滿(mǎn)足應(yīng)用另外這種智能控制RS-485/RS-422 接口的收發(fā)使能的思想在擴(kuò)展基于RS-485/RS-422 接口的網(wǎng)絡(luò)分支及延伸通訊距離都能夠得到很好的應(yīng)用

要單片機(jī)完成一項(xiàng)基本任務(wù)，必須將任務(wù)分解成一些具體步驟，再要求它去逐項(xiàng)執(zhí)行每個(gè)步驟，還要對(duì)它下命令。該命令在單片機(jī)術(shù)語(yǔ)中稱(chēng)為“指令"(Inetruction)。完成一項(xiàng)任務(wù)所需的所有指令的有序集合就稱(chēng)為“程序"(Programm)。這些指令要預(yù)先一條一條順序地放到單片機(jī)的程序存貯器中，單片機(jī)在運(yùn)行時(shí)，片中的CPU從程序存貯器中逐條有序取出指令，執(zhí)行指令，并將有關(guān)指令執(zhí)行完畢，即可完成既定任務(wù)。
　　不同種類(lèi)的單片機(jī)有不同的一套命令(即所謂“指令系統(tǒng)")。PIC系列的單片機(jī)其指令系統(tǒng)與51系列的不同。PIC16F84有30余條指令構(gòu)成的指令系統(tǒng)。每條指令由14位(bit)構(gòu)成，這些位是二進(jìn)制碼的0和1，如果要使16F84端口B的B0位輸出高電平，以點(diǎn)亮一只發(fā)光二極管LED，而B(niǎo)口的其余各位仍保持低電平，則需要使單片機(jī)執(zhí)行下列各條指令(機(jī)器碼)：
　　11000000000000
　　00000001100110
　　11000000000001
　　00000010000110
　　10100000000100
　　早先的技術(shù)人員就是用這樣的二進(jìn)制碼來(lái)編寫(xiě)程序的。上列程序，看起來(lái)像天書(shū)，很費(fèi)解，但它能指揮單片機(jī)的運(yùn)作。因?yàn)閱纹瑱C(jī)實(shí)際上是一種復(fù)雜的數(shù)字邏輯電路。我們都知道，要數(shù)字電路運(yùn)作，必須相應(yīng)輸入高、低電平，對(duì)正邏輯而言，高電平為1，低電平為0。上述指令順序在不同的數(shù)位上出現(xiàn)的0和1，經(jīng)譯碼后，即可完成各種不同的運(yùn)作，逐步完成單片機(jī)所要執(zhí)行的任務(wù)，如點(diǎn)亮一個(gè)LED。