CN102521193A - 无极性rs-485接口电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无极性RS-485接口电路，其接收器的接收同相输出端与接收反相输出端间设有第一双向开关，驱动器的驱动同相输入端与驱动反相输入端间设有第二双向开关，所述第一双向开关及第二双向开关的控制端与连接极性判断调整电路相连，所述连接极性判断调整电路与接收器的输出端相连；连接极性判断调整电路根据对应接收器的输出端及所述输出端的输出信号，调节第一双向开关及第二双向开关的连接状态，以使得驱动器的输入信号与接收器的接收同相输入端、接收反相输入端间的电压差相匹配；且接收器通过对应输出端及第一双向开关S1输出的信号与接收器输入端的信号相一致。本发明结构紧凑，能方便与RS-485总线，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种接口电路，尤其是一种无极性RS-485接口电路，属于RS-485接口电路的技术领域。
背景技术
符合RS-485总线的接口芯片应用很广泛，其通信引脚分A、B两种极性，其接线规则为：RS-485接口芯片具有引脚A和引脚B两个通信引脚，通过两根通信线路A线和B线连接起来，所有RS-485接口芯片的A引脚、B引脚和通信线路的A线、B线必须保持一致的接法；即引脚A接A线、引脚B接B线，而且要保持A线和B线间的电压Vab>200mV，否则，整个或部分线路通信瘫痪。
公开号为CN201584404U的专利申请《无极性485芯片》公开了一种无极性RS-485接口芯片，其得到的“无极性485芯片”会一直检测总线上的电平，只要总线上的电平保持一个状态0.8s后就会决定切换开关转换，这样的话，如果总线的A线保持比B线低的时间超过0.8S后就会导致切换开关切换，误将实际总线的A线和B线认反，从而功能错误。同时，其得到的“无极性485芯片”也没有说明当芯片处于RE-=1，DE=0的关断状态下，极性选择开关的切换状态。这样在芯片使能时，可能会导致极性开关切换错误，直到0.8s的计数器起作用后才恢复正常工作状态，即在使能后0.8s才能保证芯片可以正常工作。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种无极性RS-485接口电路，其结构紧凑，能方便与RS-485总线连接，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述无极性RS-485接口电路，包括用于接收RS-485总线信号的接收器及用于向RS-485总线传输信号的驱动器；所述接收器包括接收同相输入端、接收反相输入端、接收同相输出端及接收反相输出端；驱动器包括驱动同相输入端、驱动反相输入端、驱动同相输出端及驱动反相输出端；所述驱动器的驱动同相输出端与接收器的接收同相输入端相连，驱动器的驱动反相输出端与接收器的接收反相输入端相连；
所述接收器的接收同相输出端与接收反相输出端间设有第一双向开关，驱动器的驱动同相输入端与驱动反相输入端间设有第二双向开关，所述第一双向开关及第二双向开关的控制端与连接极性判断调整电路相连，所述连接极性判断调整电路与接收器的输出端相连；连接极性判断调整电路根据对应接收器的输出端及所述输出端的输出信号，调节第一双向开关及第二双向开关的连接状态，以使得驱动器的输入信号与接收器的接收同相输入端、接收反相输入端间的电压差相匹配；且接收器通过对应输出端及第一双向开关输出的信号与接收器输入端输入的信号相一致。
所述连接极性判断调整电路与接收器的接收同相输出端；接收器的接收同相输入端、接收反相输入端与RS-485总线连接工作后，连接极性判断调整电路计时，并使得第一双向开关与接收器的接收同相输出端相连，第二双向开关与驱动器的驱动同相输入端相连；在连接极性判断调整电路的计时时间内，接收器的接收同相输出端输出信号变化时，连接极性判断调整电路重新计时，直至接收同相输出端输出信号保持稳定；
当连接极性判断调整电路在计时时间内且接收器通过第一双向开关输出的信号与接收器输入端的信号不一致时，连接极性判断调整电路使得第一双向开关与接收器的接收反相输出端相连，第二双向开关与驱动器的驱动反相输出端相连。
所述接口电路上电工作后，所述接收器使能工作且驱动器关断，以使得所述接口电路能热插拔。
所述连接极性判断调整电路包括计数器，所述计数器的输入端分别与上电置位模块及接收器同相输出端相连，计数器的输出端与锁存器相连，上电置位模块的输出端通过非门与锁存器的输入端相连，所述锁存器的输出端与第一双向开关及第二双向开关的控制端相连；接收器的输入端与RS-485总线连接工作后，上电置位模块将计数器置位，锁存器输出的高电平使得第一双向开关与接收同相输出端相连，第二双向开关与驱动同相输入端相连；在计数器计时时间内且接收器通过接收同相输出端输出的信号与接收器接收的信号不一致时，计数器计时结束后，锁存器输出的低电平使得第一双向开关与接收反相输出端相连，第二双向开关与驱动反相输入端相连，以使得驱动器的输入信号与接收器的接收同相输入端、接收反相输入端间的电压差相匹配；且接收器通过对应输出端及第一双向开关输出的信号与接收器输入端的信号相一致。
所述锁存器包括第一与非门及第二与非门，所述第一与非门的输出端与第二与非门的输入端相连，上电置位模块通过非门与第二与非门的输入端相连，第二与非门的输出端与第一与非门的输入端相连，第一与非门的输入端还与计数器的输出端相连；第二与非门）的输出端与第一双向开关及第二双向开关的控制端相连。
所述接收同相输出端输出的信号在计数器计时结束后相应时间保持不变时，关断计数器，并将计数器的输出置位高电平，使得锁存器输出的电平保持不变，以保持第一双向开关及第二双向开关的连接状态。
所述接收器与驱动器均关断后，计数器输出置位高电平，以保持锁存器输出状态，通过保持锁存器的输出状态来保持第一双向开关及第二双向开关的连接状态。
本发明的优点：连接极性判断调整模块根据与接收器对应连接的输出端及相应输出端的信号，来调节第一双向开关、第二双向开关的连接状态；以使得驱动器的输入信号与接收器的接收同相输入端、接收反相输入端间的电压差相匹配；且接收器通过对应输出端及第一双向开关S1输出的信号与接收器输入端的信号相一致；当完成上电检测、确定极性开关切换后，无论是总线A与B在保持高电平或者低电平多久，或者芯片关断，只要电源在，极性开关均不会误切换，并且芯片由关断到使能时，可以马上正常工作，结构紧凑，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：本发明包括接收器、驱动器、第一双向开关S1、第二双向开关S2、计数器、上电置位模块、第一与非门D1、第二与非门D2、非门D3及连接极性判断调整模块。
如图1所示：RS-485总线具有A线和B线，且A线和B线间的电压差至少大于200mV，本实施例中首先假定A线的电压大于B线的电压，以此来判断接口电路与485总线间连接的极性；实际工作中A线的电压也可以小于B线电压，此处设定A线电压大于B线电压仅用于极性判断，不会影响实际工作中与RS-485总线间的信号收发。所述接口电路包括接收器及驱动器，接收器为差分输入差分输出比较器，驱动器也为差分输入差分输出的比较器；接收器包括接收同相输入端R_IN+、接收反相输入端R_IN-、接收同相输出端R_OUT+及接收反相输出端R_OUT-。驱动器包括驱动同相输入端D_IN+、驱动反相输入端D_IN-、驱动同相输出端D_OUT+、驱动反相输出端D_OUT-。所述驱动同相输出端D_OUT+与接收器的接收同相输入端R_IN+相连，驱动器的反相输出端D_OUT-与接收器的接收反相输入端R_IN-相连。接收器具有使能端RE-，驱动器具有使能端DE，即在使能端RE-为低电平时，接收器使能工作，在使能端DE为高电平时，驱动器使能工作。在接收器的接收同相输入端R_IN+、接收反相输入端R_IN-与RS-485总线的A线、B线对应连接，为了能够保证与RS-485总线的A线、B线连接后能够进行正常的收发信号，即必须要保证接收器能通过接收同相输出端R_OUT+或接收反相输出端R_OUT-输出的信号与RS-485总线输入的信号一致，同时，驱动器通过驱动同相输出端D_OUT+、驱动反相输出端D_OUT-输出的信号与RS-485总线的A线、B线间的电压差相匹配。
具体地，所述接收器的接收同相输出端R_OUT+与接收反相输出端R_OUT-间设有第一双向开关S1，驱动器的驱动同相输入端D_IN+与驱动反相输入端D_IN-间设有第二双向开关S2。即接收同相输出端R_OUT+或接收反相输出端R_OUT-与第一双向开关S1对应连接后，能通过第一双向开关S1将接收端的RS-485信号输入到RO端；驱动器的驱动同相输入端D_IN+或驱动反相输入端D_IN-与第二双向开关S2对应连接后，DI端的信号能通过第二双向开关S2及对应的驱动器输入端经驱动器驱动后向RS-485总线传输信号。
第一双向开关S1及第二双向开关S2的控制端均与连接极性判断调整电路相连，连接极性判断调整电路与接收器的对应输出端相连，并根据相应输出端的输出信号判断接收器的接收同相输入端R_IN+、接收反相输入端R_IN-与A线、B线间的连接状态，并调整第一双向开关S1、第二双向开关S2的连接状态，以使得驱动器的输入信号与接收器的接收同相输入端、接收反相输入端间的电压差相匹配；且接收器通过对应输出端及第一双向开关S1输出的信号与接收器输入端的信号相一致。即当接收同相输入端R_IN+与A线连接，接收反相输入端R_IN-与B线连接时，由于设定A线电压高于B线电压，此时接收器需要通过接收同相输出端R_OUT+向RO端输出高电平信号，同时DI端的信号需要通过驱动器的驱动同相输入端D_IN+输入驱动器内并由驱动器输出相应的信号；当接收同相输入端R_IN-与A线连接，接收反相输入端R_IN+与B线连接时，由于假定A线电压高于B线电压，此时接收器需要通过接收同相输出端R_OUT-向RO端输出高电平信号，同时DI端的信号需要通过驱动器的驱动同相输入端D_IN-输入驱动器内并由驱动器输出相应的信号；以能够通过RS-485总线的极性匹配后进行收发信号。
具体地，所述连接极性判断调整电路与接收器的接收同相输出端R_OUT+相连；接收器的接收同相输入端R_IN+、接收反相输入端R_IN-与RS-485总线连接工作且电源上电后，连接极性判断调整电路计时，并使得第一双向开关S1与接收器的接收同相输出端R_OUT+相连，第二双向开关S2与驱动器的驱动同相输入端D_IN+相连；在连接极性判断调整电路的计时时间内，接收器的接收同相输出端R_OUT+输出信号变化时，连接极性判断调整电路重新计时，直至接收同相输出端R_OUT+输出信号保持稳定；
当连接极性判断调整电路在计时时间内且接收器通过第一双向开关S1输出的信号与接收器输入端的信号不一致时（即与RS-485总线输入的信号不一致，此时说明接收同相输入端R_IN+、接收反相输入端R_IN-与初始假定485连接的状态相反），连接极性判断调整电路使得第一双向开关S1与接收器的接收反相输出端R_OUT-相连，第二双向开关S2与驱动器的驱动反相输出端D_IN-相连；通过上述调整后，能够达到接收器、驱动器与RS-485总线的匹配连接。当连接极性判断调整电路与接收器的接收反相输出端R_OUT-相连时，可以通过加非门或反向调整对应的连接状态，同样能够达到接收器、驱动器与RS-485总线的匹配连接，此处不再详述。
所述连接极性判断调整电路包括计数器，所述计数器的输入端分别与上电置位模块及接收器同相输出端相R_OUT+连，计数器的输出端与锁存器相连，上电置位模块的输出端通过非门D3与锁存器的输入端相连，所述锁存器的输出端与第一双向开关S1及第二双向开关S2的控制端相连；所述锁存器包括第一与非门D1及第二与非门D2，所述第一与非门D1的输出端与第二与非门D2的输入端相连，上电置位模块通过非门D3与第二与非门D2的输入端相连，第二与非门D2的输出端与第一与非门D1的输入端相连，第一与非门D1的输入端还与计数器的输出端相连；第二与非门D2的输出端与第一双向开关S1及第二双向开关S2的控制端相连。
如图1所示：接收器的接收同相输入端R_IN+形成连接端B1，接收器的接收反相输入端R_IN-形成连接端B2，将连接端B1和连接端B2挂在RS-485总线上，具有所述接口电路的芯片上电后，上电置位模块保持高电平50μs，同时使得使能端DE=0，使能端RE-=0，保证驱动器关断，接收器使能，保证芯片具有热插拔功能。上电置位模块的高电平将计数器置位，计数器的输出端C_out为高电平，并且上电置位模块经非门D3后的输出信号POR-为低电平，此时锁存器的输出信号SC为高电平。当SC为高电平时，将第一双向开关S1切换到与接收同相输出端R_OUT+相连、第二双向开关S2切换到与驱动同相输入端D-IN+相连。计数器置位后开始计时，在100ms的计时时间内，计数器的输出端C_out保持为高电平。如果连接端B1与总线A相连，连接端B2与总线B相连，则接收同相输出端R_OUT+在100ms内一直为高，则计数器输出端C_out仍为高电平；如果连接端B1与总线B相连，连接端B2与总线A相连，则接收同相输出端R_OUT+在100ms内一直为低电平，则计数器输出端C_out在100ms后切换为低电平。计数器输出端C_out变为低电平时，由于非门D3的输出信号POR-为高电平，锁存器的输出信号SC变为低电平，将第一双向开关S1、第二双向开关S2分别切换到RO端与接收反相输出端R_OUT-相连、DI端与驱动反相输入端D_IN-相连。计数器模块在计时的100ms内，如果接收同相输出端R_OUT+改变，则从新计时，直到100ms内接收同相输出端R_OUT+不变，从新计时，计数器输出端C_out保持为高电平。
计数器在上电置位后，如果接收同相输出端R_OUT+保持110ms不变，计数器将被关断，并把计数器输出端C_out置位为高电平，以使得连接极性判断调整模块进入低功耗状态。在计数器关断之前，使能端DE和使能端RE-一直保持为低电平。之后，具有本接口电路的芯片正常工作时。当使能端DE为低电平，使能端RE-为高电平，则接收器与驱动器均关断，整个与RS-485连接的芯片关断时，非门D3的输出信号POR-和计数器输出端C_out均置为高电平，锁存器SC的状态保持不变；此时能够保持极性判断后的连接状态，当下次芯片上电工作时，能够快速保证与RS-485芯片的数据通信。上述计时时间，可以根据需要进行相应调整，以能够适应相应要求。检测时，不需要持续检测RS-485总线上的电平。
本发明连接极性判断调整模块根据与接收器对应连接的输出端及相应输出端的信号，来调节第一双向开关S1、第二双向开关S2的连接状态；以使得驱动器的输入信号与接收器的接收同相输入端R_IN+、接收反相输入端R_IN-间的电压差相匹配；且接收器通过对应输出端及第一双向开关S1输出的信号与接收器输入端的信号相一致；当完成上电检测、确定极性开关切换后，无论是总线A与B在保持高电平或者低电平多久，或者芯片关断，只要电源在，极性开关均不会误切换，并且芯片由关断到使能时，可以马上正常工作，结构紧凑，安全可靠。
Claims (7)
1.一种无极性RS-485接口电路，包括用于接收RS-485总线信号的接收器及用于向RS-485总线传输信号的驱动器；所述接收器包括接收同相输入端、接收反相输入端、接收同相输出端及接收反相输出端；驱动器包括驱动同相输入端、驱动反相输入端、驱动同相输出端及驱动反相输出端；所述驱动器的驱动同相输出端与接收器的接收同相输入端相连，驱动器的驱动反相输出端与接收器的接收反相输入端相连；其特征是：
所述接收器的接收同相输出端与接收反相输出端间设有第一双向开关（S1），驱动器的驱动同相输入端与驱动反相输入端间设有第二双向开关（S2），所述第一双向开关（S1）及第二双向开关（S2）的控制端与连接极性判断调整电路相连，所述连接极性判断调整电路与接收器的输出端相连；连接极性判断调整电路根据对应接收器的输出端及所述输出端的输出信号，调节第一双向开关（S1）及第二双向开关（S2）的连接状态，以使得驱动器的输入信号与接收器的接收同相输入端、接收反相输入端间的电压差相匹配；且接收器通过对应输出端及第一双向开关（S1）输出的信号与接收器输入端输入的信号相一致。
2.根据权利要求1所述的无极性RS-485接口电路，其特征是：所述连接极性判断调整电路与接收器的接收同相输出端；接收器的接收同相输入端、接收反相输入端与RS-485总线连接工作后，连接极性判断调整电路计时，并使得第一双向开关（S1）与接收器的接收同相输出端相连，第二双向开关（S2）与驱动器的驱动同相输入端相连；在连接极性判断调整电路的计时时间内，接收器的接收同相输出端输出信号变化时，连接极性判断调整电路重新计时，直至接收同相输出端输出信号保持稳定；
当连接极性判断调整电路在计时时间内且接收器通过第一双向开关（S1）输出的信号与接收器输入端的信号不一致时，连接极性判断调整电路使得第一双向开关（S1）与接收器的接收反相输出端相连，第二双向开关（S2）与驱动器的驱动反相输出端相连。
3.根据权利要求2所述的无极性RS-485接口电路，其特征是：所述接口电路上电工作后，所述接收器使能工作且驱动器关断，以使得所述接口电路能热插拔。
4.根据权利要求1所述的无极性RS-485接口电路，其特征是：所述连接极性判断调整电路包括计数器，所述计数器的输入端分别与上电置位模块及接收器同相输出端相连，计数器的输出端与锁存器相连，上电置位模块的输出端通过非门（D3）与锁存器的输入端相连，所述锁存器的输出端与第一双向开关（S1）及第二双向开关（S2）的控制端相连；接收器的输入端与RS-485总线连接工作后，上电置位模块将计数器置位，锁存器输出的高电平使得第一双向开关（S1）与接收同相输出端相连，第二双向开关（S2）与驱动同相输入端相连；在计数器计时时间内且接收器通过接收同相输出端输出的信号与接收器接收的信号不一致时，计数器计时结束后，锁存器输出的低电平使得第一双向开关（S1）与接收反相输出端相连，第二双向开关（S2）与驱动反相输入端相连，以使得驱动器的输入信号与接收器的接收同相输入端、接收反相输入端间的电压差相匹配；且接收器通过对应输出端及第一双向开关（S1）输出的信号与接收器输入端的信号相一致。
5.根据权利要求4所述的无极性RS-485接口电路，其特征是：所述锁存器包括第一与非门（D1）及第二与非门（D2），所述第一与非门（D1）的输出端与第二与非门（D2）的输入端相连，上电置位模块通过非门（D3）与第二与非门（D2）的输入端相连，第二与非门（D2）的输出端与第一与非门（D1）的输入端相连，第一与非门（D1）的输入端还与计数器的输出端相连；第二与非门（D2）的输出端与第一双向开关（S1）及第二双向开关（S2）的控制端相连。
6.根据权利要求4所述的无极性RS-485接口电路，其特征是：所述接收同相输出端输出的信号在计数器计时结束后相应时间保持不变时，关断计数器，并将计数器的输出置位高电平，使得锁存器输出的电平保持不变，以保持第一双向开关（S1）及第二双向开关（S2）的连接状态。
7.根据权利要求4所述的无极性RS-485接口电路，其特征是：所述接收器与驱动器均关断后，计数器输出置位高电平，以保持锁存器输出状态，通过保持锁存器的输出状态来保持第一双向开关（S1）及第二双向开关（S2）的连接状态。
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