CN102915291B - 一种具有自动换向功能的rs485接口电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种具有自动换向功能的RS485接口电路，具有接收模块和驱动模块，其特征是：在接收模块和驱动模块之间增加一个数据流判断模块，数据流判断模块的输入是其他控制端口和驱动输入端口，控制驱动模块的输出。本发明结构简单、外围器件少，控制端口数量少，并且能够进入休眠模式，节约功耗。

Description

一种具有自动换向功能的RS485接口电路

技术领域

本发明涉及一种应用电路，特别是一种RS485接口电路的改进。

背景技术

随着单片机技术的成熟，许多工业设备进入了智能时代，比如仪表设备，基本都是智能仪表。智能设备需要具有联网通信接口，RS485接口就是这种接口。

这是一种标准串行电气接口，采用差分电压的形式传输数据，传输距离长、抗干扰、耐压能力强，对智能设备的保护比较周到。根据其结构和传输方式，具有4线的全双工模式和2线的半双工模式，由于全双工模式的芯片制造成本高、端口的静电放电保护（Electro-Staticdischarge，简称ESD）性能和耐压性要求很高，所以目前很少有4线式的产品。半双工模式下，芯片成本低，但是总线上只能同时传输一个方向的数据，所以需要控制端口来控制信号的传输方向，这样端口资源消耗较多。也有一些应用中，将驱动器的控制端口和数据输入端口连在一起，以减少控制端口的数量，但影响了端口的驱动能力。

现有技术中，在解决半双工模式的RS485接口电路的数据通信方向问题上做了不少的努力，提出了几种典型的技术方案。

如中国专利CN101814983A《一种485通信接口的自动换向电路》给出了一种解决方案，可以自动转换半双工模式工作的RS485接口电路的通信方向。但是此种结构存在几个缺陷：1.需要增加与非门、电阻、电容等器件，这些独立的元器件的所带来的成本将会超过直接采购一块全双工模式工作的RS485电路；2.采用此结构将无法让RS485接口电路进入休眠模式，改变了电路的功能，提高了电路的功耗，尤其对于一些便携式数据设备，这项缺陷将是致命的。

再有如CN102521188A《一种自适应的RS485通讯与RS232通讯的收发电路》，提出了对收发模式的转换。作为半双工电路，肯定需要收发模式的转换，这个技术方案的发明点在于对收发控制模块的控制。

一个典型的现有技术的半双工的RS485接口电路如图1所示，包含接收模块、驱动模块，并且具有如下管脚：A/B为信号传输管脚，DI为驱动模式信号输入管脚，RE为接收模式使能管脚，DE为驱动模式使能管脚，RO为接收模式输出管脚。

这些方案的缺点是成本高、效率比较低，并且对控制端口的数量要求较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种RS485接口电路，工作在半双工模式下，并且可以自动控制数据传输方向。

为达上述发明目的，本发明采用的技术方案是在接收模块和驱动模块之间增加一个数据流判断模块，数据流判断模块上设有其他控制端口，并与驱动输入端口连接。

优选的一种数据流判断模块的具体电路结构是：与驱动输入端口连接的是第一反向器和上拉电阻，第一反向器连接两个场效应管，再连接第二反向器，第二反向器连接第一与门，第一与门还具有其他控制端口的输入，输出到接收模块；第二反向器再连接第三反向器，第三反向器连接第二与门的输入，第二与门也具有其他控制端口的输入，输出到驱动模块；场效应管连接电源输入。

本发明的电路的驱动输入端口通过上拉电阻（或者下拉电阻），保持在高电平（或者低电平）。如果驱动输入端口没有接收到低电平信号（或者高电平信号），电路保持在接收状态，通过判断数据传输端口的信号，接收模式输出端口输出相应的信号。当驱动输入端口接收到低电平（或者高电平信号）时，电路进入驱动器状态，数据传输端口根据输入的信号输出驱动信号。通过其它的控制端口可以使电路进入休眠模式，如果不需要单独关断电路，可以将其他控制端口直接连接到电源，以较少控制管脚数量。

本发明的电路能够自动判断数据方向并实现通信，本方案结构简单，成本低，外围器件少，还能减少控制端口，提高电路的可靠性和稳定性；能进入休眠模式，功耗低。

附图说明

图1，现有的RS485接口电路的结构图。

图2，本发明的电路结构图。

图3，本发明数据流判断模块的电路实施例图。

图4，图3的电路的工作时序图。

具体实施方式

如图2的，本发明的包含接收模块、驱动模块和数据流判断模块，数据流判断模块连接在接收模块和驱动模块之间。接收模块的输入是数据传输端口B/A，输出是接收模式输出端口RO，输出控制自身控制；驱动模块输入是驱动输入端口DI，输出到数据传输端口A/B，控制信号由数据流判断模块产生；数据流判断模块的输入为其他控制端口SHUT和驱动输入端口DI，输出信号到接收模块和驱动模块。

本发明的电路就是通过和驱动输入端口DI建立联系，形成收发状态的自动转换。

具体的工作原理：

假设DI端口在控制模块中被拉低，以下就这种电路结构进行工作原理的阐述。也可以在控制模块中将DI端口拉高。

DI端口没有信号输入，电路进入接收器工作模式，功能表如下：

DI端口有信号输入，则电路进入驱动器模式，功能表如下：

在SHUT有效（低电平）的情况下，开始工作。此时DI没有信号输入，电路进入接收器模式，RO的输出由A、B端口电压决定。当DI有信号输入，电路进入驱动器模式，并保持在驱动器模式，此时A、B端口电压由DI的电平决定。在电路进入驱动器模式T时间以后，如果没有再次的DI高电平信号输入，那么电路回复到接收器模式，否则电路保持在驱动器模式，A、B端口输出信号。从而实现以DI来实现自动方向控制的功能。将DI端口拉低到GND仅是本专利的一种实现方式。也可以将DI拉高到VDD，或者设置成高阻。

图3是本发明的数据流判断模块的一种具体实现结构

电阻R1一端连接到DI，一端连接到GND；电容C1的一点连接到GND，一端连接到反相器I7的输入；反相器I6的输入连接到DI，输出连接到P1、N1的输入；反相器I7的输入连接到P1和N1的D端，输出连接到与门I8的一个输入；反相器I9的输入连接到I7的输出，输出连接到I10的一个输入；P1的S端和B端连接到VDD，G端连接到I6的输出，D端连接到I7的输入，P1的宽长比较大；N1的S端和B端连接到GND，G端连接到I6的输出，D端连接到I7的输入，N1设置为倒闭管；两输入与门I8的输入分别连接到反相器I7的输出和SHUT信号，输出VR连接到接收模块；两输入与门I10的输入分别连接到I9的输出和SHUT信号，输出VD连接到驱动模块。

电路工作原理，如图4所示：

当SHUT为高电平时，电路进入休眠状态。

当SHUT为低电平时，电路正常工作，此时如果DI没有信号输入。DI被拉低到0，接收模块接收1信号，接收模块正常工作。工作时序见图4，DI有上升沿触发时，设置P1的宽长比较大，从而VC信号迅速被拉高。VD被置高，驱动器工作，VR被置低，接收器关闭。此时，如果在T时间内（T时间根据接收数据的速率而定，可以通过调整C1的容值来调整）DI端口再次输入高电平，那么VC重新开始计时，电路保持在驱动器状态。如果在T时间内，DI没有高电平输入，VC降低为低电平，VD和VR的状态改变，电路进入接收器模式，驱动器被关闭，从而实现了信号传输方向的自动控制。T时间由电容C1决定，根据不同的输入数据速率进行调整。

Claims (1)

1.一种具有自动换向功能的RS485接口电路，具有接收模块和驱动模块，其特征是：在接收模块和驱动模块之间增加一个数据流判断模块，数据流判断模块的输入是其他控制端口（SHUT）和驱动输入端口（DI），控制驱动模块的输出；所述数据流判断模块是由电阻（R1）、电容（C1）、第一反相器（I6）、第二反相器（I7）、第三反相器（I9）、第一场效应管P型MOS管（P1）、第二场效应管N型MOS管（N1）、第一两输入与门（I8）和第二两输入与门（I10）构成；所述电阻的一端连接到驱动输入端口，另一端接地，所述电容的一端接地，另一端连接到第二反相器的输入端；所述第一反相器的输入连接到驱动输入端口，其输出分别连接到第一场效应管P型MOS管、第二场效应管N型MOS管的G端；所述第二反相器的输入分别连接到第一场效应管P型MOS管、第二场效应管N型MOS管的D端，输出连接到第一两输入与门的一个输入；所述第三反相器的输入连接到第二反相器的输出，输出连接到第二两输入与门的一个输入端；所述第一场效应管P型MOS管的S端接电源，G端连接到第一反相器的输出，D端连接到第二反相器的输入；所述第二场效应管N型MOS管的S端接地，G端连接到第一反相器的输出，D端连接到第二反相器的输入端；所述第一两输入与门的输入分别连接到第二反相器的输出和其他控制端口，其输出连接到接收模块；第二两输入与门的输入分别连接到第三反相器的输出端和其他控制端口，其输出连接到驱动模块。