基于AVR單片機(jī)的串行接口智能轉(zhuǎn)換器

由于RS-422、RS-485總線具有抗干擾能力強(qiáng)、通訊速率高、通訊距離遠(yuǎn)、可以與多臺(tái)從機(jī)通訊等特點(diǎn)，所以在主從式多機(jī)通訊中，得到普遍應(yīng)用。

我們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)了一種以AT90S2343低功耗單片機(jī)為核心的外插式串行口智能轉(zhuǎn)換器，它把RS232串行口轉(zhuǎn)換至RS-422或RS-485串行口。它無須外部供電、并能自動(dòng)識(shí)別通訊波特率（1200－115.2K）和通訊方式（8位、9位方式），智能控制接收和發(fā)送電路與通訊總線的連接、在不改變現(xiàn)有軟件情況下，做到即插即用。

該轉(zhuǎn)換器且通用性強(qiáng)、性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控管理及集散控制的通訊系統(tǒng)中。筆者在電氣設(shè)備的絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，應(yīng)用該轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)通訊，通訊性能穩(wěn)定可靠。

1、電路的整體結(jié)構(gòu)

智能轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)框圖如圖1所示，整個(gè)電路由4個(gè)部分組成。第一部分是DC-DC電源變換電路。它從PC機(jī)串行口的信號(hào)線上竊取電能，將其轉(zhuǎn)換成供智能轉(zhuǎn)換器使用的電源；第二部分是RS-232接口電路，它實(shí)現(xiàn)各信號(hào)的RS-232電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換；第三部分是RS485/RS422接口電路，它實(shí)現(xiàn)通訊總線的RS485/RS422電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換；第四部分是以CPU為核心的智能控制電路，它通過監(jiān)測(cè)PC機(jī)的TXD發(fā)送信號(hào)，識(shí)別通信的波特率、通訊方式（10/11位方式）、智能控制通訊數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

當(dāng)轉(zhuǎn)換器用作RS485半雙工通訊方式時(shí)，須將發(fā)送器輸出和接收器輸入的同相、反相端分別用兩個(gè)跳線短接。

2 電路工作原理

2.1 DC-DC電源變換電路

由于RS232接口不提供電源，全部電路的供電只能從RS-232信號(hào)線中獲取。RS-232接口有DTR、RTS和TXD三個(gè)輸出信號(hào)，每個(gè)信號(hào)可提供輸出電流的典型值為±8mA。通用軟件不使用握手信號(hào)RTS和DTR，它們輸出為－12V。TXD信號(hào)在不發(fā)送數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)“1”的時(shí)，也輸出為－12V。為了增加電源轉(zhuǎn)換電路的輸出功率，電路中把DTR、RTS和TXD三個(gè)信號(hào)的－12V輸出作為電源變換電路的電源輸入。

由于沒有負(fù)電壓輸入轉(zhuǎn)換到穩(wěn)定正電壓輸出的DC－DC轉(zhuǎn)換器，筆者在通用DC－DC轉(zhuǎn)換電路的基礎(chǔ)上，用IC芯片MAX761研制出具有輸入－12V電壓、＋5V穩(wěn)壓輸出的 DC－DC轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換效率＞85％。具體的電路如圖２所示。電路中MAX761是PFM（脈沖調(diào)頻方式）的DC-DC轉(zhuǎn)換控制器。最高調(diào)制頻率為300KHZ。LX是功率驅(qū)動(dòng)管（場(chǎng)效應(yīng)管）的漏極輸出端；REF是基準(zhǔn)電壓輸出端；LB是電壓采樣輸入端。MAX761控制器和電感L構(gòu)成自舉升壓電路，輸出電壓采樣網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)壓管W1、晶體管T、和電阻R1、R2組成。采樣電壓經(jīng)LB輸入控制器，通過改變調(diào)制脈沖的頻率來穩(wěn)定輸出電壓。電路的穩(wěn)壓工作原理如下：

輸出電壓VOUT降低時(shí)，三極管T1的基極電流IEB減小，LB端的取樣電壓UR1（βIEB×R1×）減小，當(dāng)LB的取樣電壓（UR1）＜片內(nèi)基準(zhǔn)電壓時(shí)，控制信號(hào)以最高調(diào)制頻率的來控制功率驅(qū)動(dòng)管的開通與截止，當(dāng)功率驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通時(shí)，LX等于－12V，二極管D4處于截止?fàn)顟B(tài)，電流經(jīng)電感L流向LX，此時(shí)電感L儲(chǔ)存能量。當(dāng)功率驅(qū)動(dòng)管截止時(shí)，電感L釋放能量，反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的電流經(jīng)二極管D4向電容C4充電，從而使輸出電壓VOUT升高。

輸出電壓VOUT升高時(shí)，三極管T1的基極電流IEB增大，LB端的取樣電壓UR1（βIEB×R1×）增大，當(dāng)LB的取樣電壓（UR1）≥片內(nèi)基準(zhǔn)電壓時(shí)，控制信號(hào)控制功率驅(qū)動(dòng)管在一個(gè)完整調(diào)制的周期內(nèi)處于截止?fàn)顟B(tài)，由負(fù)載消耗使輸出電壓VOUT下降。