AT90S2343低功耗單片機的串行接口智能轉(zhuǎn)換器

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

我們設(shè)計開發(fā)了一種以AT90S2343低功耗單片機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、并能自動識別通訊波特率(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、性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的特點?？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)測系統(tǒng)中，應(yīng)用該轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對多臺數(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，整個電路由4個部分組成。第一部分是DC-DC電源變換電路。它從PC機串行口的信號線上竊取電能，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，它實現(xiàn)各信號的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PC機的TXD發(fā)送信號，識別通信的波特率、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。

當轉(zhuǎn)換器用作RS485半雙工通訊方式時，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信號線中獲取。RS-232接口有DTR、RTS和TXD三個輸出信號，每個信號可提供輸出電流的典型值為±8mA。通用軟件不使用握手信號RTS和DTR，它們輸出為-12V。TXD信號在不發(fā)送數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)“1”的時，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三個信號的-12V輸出作為電源變換電路的電源輸入。

由于沒有負電壓輸入轉(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)動管(場效應(yīng)管)的漏極輸出端;REF是基準電壓輸出端;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，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LB的取樣電壓(UR1)片內(nèi)基準電壓時，控制信號以最高調(diào)制頻率的來控制功率驅(qū)動管的開通與截止，當功率驅(qū)動管導(dǎo)通時，LX等于-12V，二極管D4處于截止狀態(tài)，電流經(jīng)電感L流向LX，此時電感L儲存能量。當功率驅(qū)動管截止時，電感L釋放能量，反電動勢產(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，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LB的取樣電壓(UR1)≥片內(nèi)基準電壓時，控制信號控制功率驅(qū)動管在一個完整調(diào)制的周期內(nèi)處于截止狀態(tài)，由負載消耗使輸出電壓VOUT下降。

通過以上的脈沖調(diào)頻方式的自舉升壓調(diào)節(jié)，使輸出電壓穩(wěn)定在+5V。

輸出電壓由下式確定：

VOUT=Vw1+Veb+Ib×R2≈Vw1+Veb ≈ 5V

2.2 單片機智能控制工作原理

RS485通訊方式是軟件通過收、發(fā)使能信號來控制數(shù)據(jù)的分時接收與發(fā)送，使用同一對差分通訊總線實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊的半雙工通訊方式，而RS232通訊接口不能提供這樣的使能控制信號。但可以通過單片機對主機PC-TXD信號的監(jiān)測，準確計算出傳送一幀數(shù)據(jù)的時間，智能產(chǎn)生收、發(fā)使能信號控制數(shù)據(jù)的分時接收與發(fā)送，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的半雙工通訊。以AT90S2343低功耗單片機為核心的串行口智能轉(zhuǎn)換器的具體電路如圖3所示。