CN101719112A - 一种rs485半双工收发自动切换电路 - Google Patents

一种rs485半双工收发自动切换电路 Download PDF

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胡玉斌
韩大庆
徐罕聪
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Abstract

本发明提供一种RS485半双工收发自动切换电路，包括微处理器、RS485通信芯片和RS485总线；微处理器的数据接收管脚连接RS485通信芯片的接收器输出端；微处理器的数据发送管脚通过限流电阻连接三极管的基极；三极管的集电极连接RS485通信芯片的接收器输出使能端和发送器输出使能端，同时通过第三电阻连接电源；三极管的发射极接地；RS485通信芯片的发送器输入端接地；RS485通信芯片的A管脚通过上拉电阻连接电源；RS485通信芯片的B管脚通过下拉电阻接地。本发明提供的RS485半双工收发自动切换电路可以自动切换发送和接收工作状态。

Description

一种RS485半双工收发自动切换电路
技术领域
本发明涉及通信接口技术领域，特别涉及一种RS485半双工收发自动切换电路。
背景技术
半双工(Half Duplex)数据传输指数据可以在一个信号载体的两个方向上传输，但是不能同时传输。具体是指在通信过程的任意时刻，信息既可由M传到N，又能由N传到M，但同时只能由一个方向上的传输存在。采用半双工方式时，通信系统每一端的发送器和接收器，通过收/发开关转接到通信线上，进行方向的切换，因此，会产生时间延迟。
RS485标准是半双工通信协议。RS485适用于收发双方共享一对线路进行通信，也适用于多个点之间共享一对线路进行总线方式联网，但通信只能是半双工的。
下面结合附图介绍现有技术中RS485的工作原理。
参见图1，该图为现有技术中RS485收发数据的工作原理图。
首先介绍RS485通信芯片的8个管脚的定义。
RO是RS485的接收器输出端；
DI是RS485的发送器输入端；
/RE是接收器输出使能端，低电平有效；
DE是发送器输出使能端，高电平有效；
A和B分别对应RS485通信总线的两条差分数据传输线；
VCC和GND分别是电源和地。
RS485通过A和B接收总线上的数据，经过RS485通信芯片将数据的电平转换为与微处理器(MCU，Microcontroller Unit)匹配的晶体管-晶体管逻辑电平(TTL，Transistor-Transistor logic)以后，经过RO管脚发送至MCU的接收管脚RXD。
MCU的数据经过发送管脚TXD发送至RS485的DI，RS485将数据转换为与总线数据匹配的电平后，经过A和B发送到总线上。
由于RS485的工作特性就是半双工通信，因此RS485的工作状态是发送还是接收，需要控制/RE和DE的电平来实现，MCU的读写控制管脚R/D连接/RE和DE。当R/D是高电平时，RS485通信芯片处于发送状态；当R/D是低电平时，RS485通信芯片处于接收状态。此处RS485通信芯片的发送状态和接收状态是以该MCU和该RS485通信芯片所在节点为基准，来描述RS485通信芯片的状态。RS485通信芯片处于发送状态，是指RS485将MCU的数据发送到总线上。RS485通信芯片处于接收状态，是指RS485从总线上接收数据，再将接收的数据发送到MCU。
因此，每次切换RS485通信芯片的工作状态时，均需要改变MCU的控制管脚R/D的电平，这样会导致整个数据的收发比较缓慢，造成时间延迟。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种RS485半双工收发自动切换电路，能够自动切换RS485通信芯片的接收和发送工作状态。
本发明实施例提供一种RS485半双工收发自动切换电路，包括微处理器、RS485通信芯片和RS485总线；其特征在于，所述微处理器的数据接收管脚连接RS485通信芯片的接收器输出端；所述微处理器的数据发送管脚通过限流电阻连接三极管的基极；
所述RS485通信芯片的发送器输入端接地；
所述三极管的集电极连接RS485通信芯片的接收器输出使能端和发送器输出使能端，同时通过第三电阻连接电源；所述三极管的发射极接地；
所述RS485通信芯片的A管脚通过上拉电阻连接电源；
所述RS485通信芯片的B管脚通过下拉电阻接地。优选地，所述上拉电阻的阻值和所述下拉电阻的阻值相同。
优选地，所述上拉电阻的阻值和所述下拉电阻的阻值相同均是1000欧姆。
优选地，所述上拉电阻的阻值和所述下拉电阻的阻值相同均是2000欧姆。
本发明实施例该提供一种RS485半双工收发自动切换电路，包括微处理器、RS485通信芯片和RS485总线；所述微处理器的数据接收管脚连接RS485通信芯片的接收器输出端；所述微处理器的数据发送管脚通过限流电阻连接三极管的基极；
所述三极管的集电极连接RS485通信芯片的接收器输出使能端和发送器输出使能端，同时通过第三电阻连接电源；
所述三极管的发射极接地；
所述RS485通信芯片的发送器输入端连接所述微处理器的数据发送管脚；
所述RS485通信芯片的A管脚通过上拉电阻连接电源；
所述RS485通信芯片的B管脚通过下拉电阻接地。
优选地，所述上拉电阻的阻值和所述下拉电阻的阻值相同。
优选地，所述上拉电阻的阻值和所述下拉电阻的阻值相同均是1000欧姆。
优选地，所述上拉电阻的阻值和所述下拉电阻的阻值相同均是2000欧姆。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例提供的RS485半双工收发自动切换电路，将MCU的TXD管脚通过三极管Q1控制/RE和DE，利用MCU在发送数据时以“0”作为起始位，发送完数据后以“1”作为结束位，实现RS485的工作状态的自动切换。当MCU发送完数据时，TXD发送的结束位为“1”，因此，三极管导通，此时/RE和DE为低电平，RO有效，RS485的工作状态由发送自动转换为接收。当MCU开始发送数据时，TXD发送的起始位为“0”，因此，三极管截止，此时/RE和DE为高电平，DI有效，RS485处于发送工作状态。由于此时DI处于低电平，因此，RS485可以将“0”发送到总线上。当MCU的TXD发送“1”时，三极管导通，此时/RE和DE为低电平，RS485处于接收工作状态，但是，此时总线处于空闲状态，由于上拉电阻R1和下拉电阻R2的作用使得总线上的数据为“1”，从而保证总线能得到正确的数据“1”。进而其他节点也可以从总线上得到数据“1”。本发明两个实施例提供的RS485半双工收发自动切换电路，不需要单独控制MCU的R/D的电平，来切换RS485通信芯片的工作状态。当RS485通信芯片处于发送状态时，通过三极管Q1的导通和关断来控制。当RS485通信芯片处于接收状态时，通过TXD输出高电平从而可以保证正确接收数据。
附图说明
图1是现有技术中RS485收发数据的工作原理图；
图2是本发明RS485半双工收发自动切换电路第一实施例结构图；
图3是本发明RS485半双工收发自动切换电路第二实施例结构图。
具体实施方式
为了本领域技术人员更好地理解和实施本发明，首先对RS485进行简单的介绍。
在自动化通信领域，随着分布式控制系统的发展，迫切需要一种总线能适合远距离的数字通信。在RS-422标准的基础上，电子工业协会(EIA，ElectronicIndustries Association)研究出了一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的RS485总线标准。
RS485总线标准采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，
具体规格要求：
1)接收器的输入电阻RIN≥12kΩ；
2)驱动器能输出±7V的共模电压；
3)输入端的电容≤50pF；
4)在节点数为32个，配置了120Ω的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出电压1.5V(终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关)；
5)接收器的输入灵敏度为200mV(即(V+)-(V-)≥0.2V，表示信号“1”；(V+)-(V-)≤-0.2V，表示信号“0”)；此处的V+和V-指的是RS485上的A和B上的电压；
因为RS485的远距离、多节点(32个)以及传输线成本低的特性，使得EIA的RS485成为工业应用中数据传输的首选标准。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一：
参见图2，该图为本发明RS485半双工收发自动切换电路第一实施例结构图。
本实施例中MCU的TXD通过限流电阻R4再经三极管Q1连接RS485通信芯片。
MCU的TXD通过限流电阻R4连接三极管Q1的基极。
三极管Q1的发射极接地；三极管的集电极连接RS485通信芯片的/RE管脚和DE管脚，同时集电极通过第三电阻R3连接电源VCC。
RS485通信芯片的DI管脚接地；RO连接MCU的RXD管脚；A管脚通过第一电阻R1连接VCC；B管脚通过第二电阻R2连接地。同时A管脚和B管脚连接总线的差分数据线。
下面说明该实施例的工作原理。
以RS485通信芯片向总线接收数据和发送数据来介绍。
第一：RS485通信芯片接收总线的数据。
MCU的TXD管脚在空闲状态时输出高电平，此时三极管Q1导通，RS485通信芯片的/RE和DE为低电平，因此，RS485通信芯片处于接收状态。所以TXD管脚在空闲状态时RS485通信芯片可以正确接收总线上的数据。进而将从总线接收的数据转换成TTL电平后通过RO管脚发送至MCU的RXD管脚。
第二：RS485通信芯片向总线发送数据。
此处的RS485通信芯片向总线发送数据是指MCU通过RS485通信芯片向总线发送数据。
需要说明的是，MCU发送数据的标准协议是：数据的起始位为“0”，数据的结束位为“1”。例如，起始位为1bit，发送的数据为8bit，结束位为1bit，共发送10bit的数据。
当MCU开始发送数据时，TXD发送的起始位为“0”，因此，三极管Q1截止，此时/RE和DE为高电平，DI有效，RS485处于发送工作状态。由于DI接地，因此，RS485可以将“0”发送到总线上。
当MCU的TXD发送“1”时，三极管Q1导通，此时/RE和DE为低电平，RS485处于接收工作状态，但是，此时总线处于空闲状态，由于上拉电阻R1和下拉电阻R2的作用使得总线上的数据为“1”，从而保证总线能得到正确的数据“1”。进而其他节点也可以从总线上得到数据“1”。
需要说明的是，总线处于空闲状态时，由于两条数据线上的上拉电阻R1和下拉电阻R2的作用，使两条数据线状态处于逻辑“1”。
需要说明的是，上拉电阻R1和下拉电阻R2的阻值可以不同，也可以相同，只要能保证总线在空闲状态时，A线上的电压值减去B线上的电压值大于或等于200mV即可，这样总线上两条数据线体现出来的差值为逻辑“1”。
需要说明的是，上拉电阻R1和下拉电阻R2除了保证总线处于空闲状态时，使总线上产生逻辑“1”的电平以外；当总线处于工作状态时，上拉电阻R1和下拉电阻R2还可以使总线上的信号比较稳定，避免信号产生较大的波动。
当MCU发送完数据时，TXD发送的结束位为“1”，因此，三极管导通，此时/RE和DE为低电平，RO有效，RS485的工作状态由发送自动转换为接收。
本发明实施例提供的RS485半双工收发自动切换电路利用MCU在发送数据时以“0”作为起始位，发送完数据后以“1”作为结束位，以及三极管和上拉电阻和下拉电阻实现RS485的工作状态的自动切换。该电路实现简单方便，可以自动实现RS485通信芯片的接收和发送状态的切换，从而省去MCU的R/D端对发送和接收使能的控制，避免了时间延迟。从而提高整个系统的数据发送和接收速度。
实施例二：
参见图3，该图为本发明RS485半双工收发自动切换电路第二实施例结构图。
本实施例中MCU 的TXD也是通过限流电阻R4再经三极管Q1连接RS485通信芯片。
MCU的TXD通过限流电阻R4再连接三极管Q1的基极。
三极管Q1的发射极接地；三极管的集电极连接RS485通信芯片的/RE管脚和DE管脚，同时集电极通过第三电阻R3连接电源VCC。
RS485通信芯片的DI管脚连接MCU的TXD；RO连接MCU的RXD管脚；A管脚通过第一电阻R1连接VCC；B管脚通过第二电阻R2连接地。同时A管脚和B管脚连接总线的差分数据线。
下面说明该实施例的工作原理。
以RS485通信芯片向总线接收数据和发送数据来介绍。
第一：RS485通信芯片接收总线的数据。该过程与实施例一相同，在此不再赘述。
第二：RS485通信芯片向总线发送数据。
此处的RS485通信芯片向总线发送数据是指MCU通过RS485通信芯片向总线发送数据。
需要说明的是，MCU发送数据的标准协议是：数据的起始位为“0”，数据的结束位为“1”。例如，起始位为1bit，发送的数据为8bit，结束位为1bit，共发送10bit的数据。
当MCU开始发送数据时，TXD发送的起始位为“0”，因此，三极管Q1截止，此时/RE和DE为高电平，DI有效，RS485处于发送工作状态。由于DI现在直接连接MCU的TXD，因此，RS485可以将“0”发送到总线上。
当MCU的TXD发送“1”时，三极管Q1导通，此时/RE和DE为低电平，RS485处于接收工作状态，但是，此时总线处于空闲状态，上拉电阻R1和下拉电阻R2的作用使得总线上的数据为“1”，从而保证总线能得到正确的数据“1”。进而其他节点也可以从总线上得到数据“1”，保证MCU发送的数据“1”也可以被其他节点正确地得到。
需要说明的是，总线处于空闲状态时，由于两条数据线上的上拉电阻R1和下拉电阻R2的作用，使两条数据线状态处于逻辑“1”。
需要说明的是，上拉电阻R1和下拉电阻R2的阻值可以不同，也可以相同，只要能保证总线在空闲状态时，A线上的电压值减去B线上的电压值大于或等于200mV即可，这样总线体现出来的状态为逻辑“1”。
需要说明的是，上拉电阻R1和下拉电阻R2除了保证总线处于空闲状态时，使总线上产生逻辑“1”的状态以外；当总线处于工作状态时，上拉电阻R1和下拉电阻R2还可以使总线上的信号比较稳定，避免信号产生较大的波动。
当MCU发送完数据时，TXD发送的结束位为“1”，因此，三极管Q1导通，此时/RE和DE为低电平，RO有效，RS485的工作状态由发送自动转换为接收。
本发明两个实施例提供的RS485半双工收发自动切换电路，不需要单独控制MCU的R/D的电平，来切换RS485通信芯片的工作状态。而是利用MCU发送数据时TXD管脚发送的数据直接来控制RS485的/RE和DE。还利用了RS485的通信标准是半双工，当RS485处于接收状态时，总线处于空闲状态。
当RS485通信芯片处于发送状态时，通过三极管Q1的导通和关断来控制。当RS485通信芯片处于接收状态时，通过TXD输出高电平从而可以保证正确接收数据。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种RS485半双工收发自动切换电路，包括微处理器、RS485通信芯片和RS485总线；其特征在于，所述微处理器的数据接收管脚连接RS485通信芯片的接收器输出端；所述微处理器的数据发送管脚通过限流电阻连接三极管的基极；
所述RS485通信芯片的发送器输入端接地；
所述三极管的集电极连接RS485通信芯片的接收器输出使能端和发送器输出使能端，同时通过第三电阻连接电源；所述三极管的发射极接地；
所述RS485通信芯片的A管脚通过上拉电阻连接电源；
所述RS485通信芯片的B管脚通过下拉电阻接地。
2.根据权利要求1所述的RS485半双工收发自动切换电路，其特征在于，所述上拉电阻的阻值和所述下拉电阻的阻值相同。
3.根据权利要求2所述的RS485半双工收发自动切换电路，其特征在于，所述上拉电阻的阻值和所述下拉电阻的阻值相同均是1000欧姆。
4.根据权利要求2所述的RS485半双工收发自动切换电路，其特征在于，所述上拉电阻的阻值和所述下拉电阻的阻值相同均是2000欧姆。
5.一种RS485半双工收发自动切换电路，包括微处理器、RS485通信芯片和RS485总线；其特征在于，所述微处理器的数据接收管脚连接RS485通信芯片的接收器输出端；所述微处理器的数据发送管脚通过限流电阻连接三极管的基极；
所述三极管的集电极连接RS485通信芯片的接收器输出使能端和发送器输出使能端，同时通过第三电阻连接电源；
所述三极管的发射极接地；
所述RS485通信芯片的发送器输入端连接所述微处理器的数据发送管脚；
所述RS485通信芯片的A管脚通过上拉电阻连接电源；
所述RS485通信芯片的B管脚通过下拉电阻接地。
6.根据权利要求5所述的RS485半双工收发自动切换电路，其特征在于，所述上拉电阻的阻值和所述下拉电阻的阻值相同。
7.根据权利要求6所述的RS485半双工收发自动切换电路，其特征在于，所述上拉电阻的阻值和所述下拉电阻的阻值相同均是1000欧姆。
8.根据权利要求6所述的RS485半双工收发自动切换电路，其特征在于，所述上拉电阻的阻值和所述下拉电阻的阻值相同均是2000欧姆。
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