RS-232/RS-485無源轉換電路設計

RS-232、RS-485都是串列數據介面標準。由於它們的介面電路簡單，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是低速率串列單端標準，採取不平衡傳輸方式(即所謂單端通信)，收、發端的數據信號是相對於信號地的電平而言，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採用平衡傳輸方式，可以實現多點通信，由於採用了有別於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。但由於現用的工控PC機大多都只直接提供RS-232介面，所以為了實現RS-485與監控系統的介面，往往需要另加轉換介面，從而使得網路構成相對比較複雜，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通用介面。為了克服以往在單端情況下只能232或485不能同時介面的局限，本文利用Maxim公司的ICL7662晶元設計一種通用介面。下面就ICL7662晶元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，最小隻需兩個儲能電容。
　　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。在接下來的後半個周期， 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。根據該晶元的工作原理，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上形成相當於VIN的電壓。根據此特性非常有利於從信號端“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，晶元就會高效地完成“竊電”。本文就針對這一特性設計了無源的RS-232/RS-485轉換電路，如圖2所示。

注: ①本原理圖為通用方式的RS485介面原理，2個TVP用於ESD防護，外加2個自複位
保險絲PCT;
②下半部分用於無源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 通用硬體設計說明
　　本文設計的介面電路主要是針對工業現場控制終端，由於各種控制要求不同，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餘部分的功能，要便於終端與監控系統之間的介面。所以，本文設計中對於RS-485與RS-232的轉換採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。
　　圖2為介面電路的原理圖。在圖中的上半部分用美國Maxim公司的485晶元MAX487構成標準RS-485介面電路，其中2片P133為快速光電耦合器，用於把控制內核部分與網路隔離開，控制埠用相對廉價一點的TPL521隔離。TVS1和TVS2為瞬態電壓抑制二極體，用以對網路上的高壓噪音干擾進行吸收，保護介面晶元MAX487免予損壞。PCT1和PCT2為自複位保險絲，在網路過流的情況下起保護作用。在網路過流時進入高阻限流狀態，在網路恢復正常的情況下，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。該介面電路簡單、可靠。

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採集信號端長期處於某一電平時，電路電源中斷的弊端。同時根據RS-485半雙工匯流排的特性，本文巧妙地實現了RS-485在收發之間的自動轉換，避免了由於操作不當造成的匯流排“死鎖”現象。實踐證明，不管是與信號電平相對較低的攜帶型電腦介面還是與台式機介面，本電路都能可靠工作，在通信速率300b/s~19200b/s範圍內，長期運行未發現通信有任何異常現象。