“主—從”式裝置的RS-232和RS-485電平轉(zhuǎn)換器設(shè)計

錢玲玲

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，江蘇淮安，223003）

“主—從”式裝置的RS-232和RS-485電平轉(zhuǎn)換器設(shè)計

錢玲玲

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，江蘇淮安，223003）

目前，主從式裝置因具有系統(tǒng)能耗低、易于數(shù)據(jù)管理與維護(hù)等優(yōu)勢，而被廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制系統(tǒng)中，但也因PC機的RS232接口與單片機的RS485總線的接口電平不兼容，要實現(xiàn)兩者通信網(wǎng)絡(luò)的鏈接需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換?；诖?，本文引入了一種RS485接口芯片STC11F02E，并設(shè)計了一種低成本、可靠性強、應(yīng)用性能好的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器。

RS-232；RS-485；電平轉(zhuǎn)換器；單片機；低功耗

0 引言

近年來，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，以單片機和PC機為主體結(jié)構(gòu)的“主—從”式裝置得以在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其中PC機作為主機，分布在現(xiàn)場的各個單片機系統(tǒng)作為從機，組成電路結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠的分布式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和集中控制等功能。當(dāng)前，在“主—從”式裝置中PC主機和各個單片機之間需要借助于總線通信系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)鏈接，而現(xiàn)有的多數(shù)單片機產(chǎn)品，如GMS97C51、Intel8031、Atmel189C51系列的單片機芯片中都集成了串行通信接口，借助串行通信接口，通過RS485接口驅(qū)動芯片就可以構(gòu)成總線型通信網(wǎng)絡(luò)，但問題的關(guān)鍵是PC機僅設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，與單片機RS485總線的接口電平不兼容，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換才能實現(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)的鏈接。由此，本文采用單片機STC11F02E設(shè)計了一種RS-232和RS-485電平轉(zhuǎn)換器，靈活性更好、成本更低。

1 “主—從”式裝置RS-232和RS-485電平轉(zhuǎn)換器的總體架構(gòu)

“主—從”式裝置中單片機和PC機是主要組成，兩者之間需要通過總線通信系統(tǒng)進(jìn)行鏈接，其中PC機端采用標(biāo)準(zhǔn)的RS32接口，其驅(qū)動器最大電容載量為2500PF，限制了通信距離，不能滿足實際應(yīng)用需求，而單片機RS485收發(fā)器因采用平衡發(fā)送和差分接收，有效抑制了共模干擾，且其靈敏性較高可檢測200mV的電壓，使得傳輸信號在千米之外得到回復(fù)，彌補了RS232的不足，但RS232和RS485之間的通信是關(guān)鍵問題，由此，本文，設(shè)計了電平轉(zhuǎn)換器，其基本架構(gòu)如圖1：

圖1 電平轉(zhuǎn)換器總體架構(gòu)

該電平轉(zhuǎn)換器主要有三部分構(gòu)成，其中RS232電平TTL電平模塊是連接RS232總線與單片機之間的有效裝置，RS485電平轉(zhuǎn)TLL電平模塊連接RS485總線和單片機，單片機主控制模塊則是一個過渡連接模塊，主要是對RS232總線和RS485總線相互間的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行協(xié)調(diào)。

圖2

2 RS-232和RS-485電平轉(zhuǎn)換器的硬件電路設(shè)計

2.1 RS232電平TTL電平模塊電路設(shè)計

本文選用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計RS232和單片機的電平轉(zhuǎn)換接口電路，該芯片僅需供電電壓5V、電容4個，就可驅(qū)動RS232總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)用便捷，傳輸速率可高達(dá)1200kbps。

2.2 RS485電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊電路設(shè)計

本文選用MAX483接口芯片，該芯片應(yīng)用于RS485通信的低功耗收發(fā)器，具有限擺率驅(qū)動器，可以減小EMI，并降低由不恰當(dāng)?shù)慕K端匹配電纜引起的反射，可實現(xiàn)高達(dá)250kbps的無差錯數(shù)據(jù)傳輸，且驅(qū)動器擺率不受限制，最高傳輸速率可達(dá)2.5Mbps的。

2.3 單片機主控模塊電路設(shè)計

電平轉(zhuǎn)換器的主要功能都集中在該模塊中，因此該模塊為設(shè)計的關(guān)鍵，本文采用增強型的8051內(nèi)核單片機STC11F02E，加入一些外圍電路即可完成該模塊電路設(shè)計。該單片機具有2kB及256KB的EEPROM和SRAM存儲器，且其通用異步收發(fā)器。也即UART模塊的最大優(yōu)勢就是通過配置特殊功能存儲其AUXR1中的第7為UART_P1的狀態(tài)能夠使UART模塊的RXD、TXD兩引腳接到P3端口的P3.0，P3引腳，或者街道P1端口的P1.6，P1.7引腳，本文正是利用此功能實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。

3 RS-232和RS-485電平轉(zhuǎn)換器的軟件程序設(shè)計

RS-232和RS-485電平轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計中涉及三個主要部分：程序初始化模塊、主程序模塊及串行口終端服務(wù)模塊，結(jié)構(gòu)如圖2.

轉(zhuǎn)換器的整個流程位：程序初始化模塊負(fù)責(zé)UART模塊的收發(fā)引腳與P3.0、P3.1的連接，并清零MDE和SDE標(biāo)志，實現(xiàn)PC機與單片機之間的連接，并接收主機發(fā)送的數(shù)據(jù)；主程序模塊，接收主機發(fā)送的數(shù)據(jù)，判斷MDE、SDE的位置，并將UART的連接引腳進(jìn)行串口引腳的切換，也即P3.0、P3.1引腳及P1.6、P1.7引腳的相互切換，并進(jìn)行MDE、SDE標(biāo)志的清零，以此建立單片機、從機、主機之間的有效連接；中斷服務(wù)模塊，當(dāng)主從機傳送數(shù)據(jù)時會觸發(fā)單片機的UART接收終端，單片機轉(zhuǎn)入串行口終端服務(wù)程序開始接收主從機數(shù)據(jù)，接收完主機數(shù)據(jù)后置位主機數(shù)據(jù)接收階數(shù)標(biāo)志位MDE、SDE，返回主程序。

4 結(jié)語

本文針對傳統(tǒng)RS232和RS485電平轉(zhuǎn)換器的不足之處，引用了STC11F02E單片機，并借助器串口引腳可自由切換的優(yōu)勢，設(shè)計了一種更為靈活、低成本的RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換器，并根據(jù)整體架構(gòu)設(shè)計，詳細(xì)闡述硬件電路、軟件程序相關(guān)內(nèi)容，為“主—從”式裝置的優(yōu)化發(fā)展提供了一定的借鑒。

[1]張海艷. RS232/485與CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器的研究與設(shè)計[D].大連海事大學(xué),2008.

[2]陳凡,張輝. 基于STC11F02E的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器設(shè)計[J]. 世界電子元器件,2010,03:69-72.

[3]陳凡,張輝. 基于STC11F02E單片機的半雙工RS232/ RS485轉(zhuǎn)換器設(shè)計[J]. 可編程控制器與工廠自動化,2010,03:70-73.

The Design Of RS-232 and RS-485 level converter based on the“master-slave”type device

Qian Lingling
（Huaian College of Information Technology Department of Electrical Engineering, Jiangsu Huaian, 223003）

At present, due to a low energy consumption, easy data management and maintenance, and other advantages，a master-slave device is widely used in industrial control systems，however，because the interface is not compatible with the level of the PC RS232 interface and the RS485 bus of the microcontroller,it need level conversion in order to achieve network link between them.Based on this,this paper introduced a RS485 interface chip SN75LBC184, and designed a low-cost,、good application RS232 / RS485 converter.

RS-232；RS-485;level converter;single-chip;low power consumption

TP273.5

A