CN103049418B - 一种对称无正反式k-rs232转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对称式、接插无正反的K线信号与RS232信号互转的转换器，该转换器主要由K线电平与RS232反逻辑电平之间的转换集成芯片构成的互转电路和去正反接口电路组成。互转电路可完成K线信号和RS232反逻辑信号的相互转换，去正反接口电路负责传输K线信号和RS232信号。与现有技术相比，集成芯片的使用提高了转换器的可靠性，去正反对称接口电路保证转换器在控制器与计算机通讯中可任意插接。

Description

一种对称无正反式K-RS232转换器

技术领域

本发明涉及一种信号转换器，具体涉及一种对称式、不区分正反端、可直接接插计算机串口和控制器K通信端口的、将计算机串口的RS232信号与控制器的K线信号进行互转的一种转换器。

背景技术

生产实践中，各种带有K通信模块的控制器在制造完成后，需要通过K线对整个控制器进行功能测试。而一般计算机（即PC）带有RS232通信接口，因此，需要一种能将K信号与RS232信号互相转换的转换器。

目前市场上虽有很多功能类似的转换器，但大都只能进行单向接插，一旦将转换器的连接计算机和控制器的两端相互接反，将会烧毁整个电路系统。市场上虽有一些带防反接功能的K-RS232转换器，但相对于普通转换器来说仅仅能够在反接时起到保护电路的作用，转换器并不能正常工作，必须重新正向插接后才能正常工作。在某些需要频繁插接的场合反复校正插接方向显得尤为麻烦，影响控制器功能检测的效率；且部分K-RS232转换器采用分立元件，处理速度及可靠性都不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种快速、可靠的对称无正反式K-RS232转换器，使得其可直接接插计算机及控制器，两端完全对称，不区分正反端，任意一端接插PC均可正常工作而不会烧毁PC。本发明的技术方案如下：

一种对称无正反式K-RS232转换器，包括互转电路和去正反接口电路；所述互转电路的作用是实现K线信号和RS232反逻辑信号的相互转换；所述去正反接口电路包含两个相同的端电路，所述两个端电路均与所述互转电路相连；所述去正反接口电路的作用是任一端接控制器另一端接计算机时均可实现一端传输K线信号而另一端传输RS232信号。

所述互转电路包括K总线收发器和RS232总线收发器；K总线收发器中的RXK引脚连接RS232芯片的TIN引脚，K总线收发器的TX引脚连接RS232总线收发器中同一数据通道的ROUT引脚，K总线收发器的K引脚和RS232总线收发器中同一数据通道的TOUT和RIN引脚与对称式去正反电路连接。

所述K总线收发器的供电电压在6V~36V的范围内。

所述K总线收发器为Si9243集成芯片。

所述RS232总线收发器为MAX232集成芯片。

所述去正反接口电路中的任一端电路均包括插座、第一类二极管、第二类二极管、NPN三极管、第一类电阻、第二类电阻以及滤波电容；所述NPN三极管的集电极连接K总线收发器的K引脚；基极通过第一类电阻后接插座的供电引脚；发射极接插座的K线信号引脚；发射极和集电极之间通过第一类二极管相连，发射极与第一类二极管的阳极相连，集电极与第一类二极管的阴极相连；插座的供电引脚通过滤波电容后接地，同时该引脚通过第二类二极管后接入所述K总线收发器和RS232总线收发器的电源端；插座的供电引脚和K线信号引脚之间接第二类电阻。

所述插座为DB9插座。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本转换器结构对称，外观、功能均无正反端区别。使用简单方便，可任意一端直接接插PC串口，另一端接插控制器。可防止现有K-RS232转换器反接时烧毁PC串口，同时，可解决现有的带防反接功能的K-RS232转换器在反接时无法正常通信的缺点。

2、本转换器具有高速、可靠的优点。市场上的带防反接功能的K-RS232转换器，是以分立元件组成的，本转换器采用稳定的集成芯片作为电平转换电路主体，信号运算速度比现有市场的带防反接功能的转换器快，系统性能更可靠。

3、本转换器可至少适用于12V和24V系统。完成能够适用于不同的车载电源，且完全符合K通信的ISO 9141电气标准。

附图说明

图1本发明实施例中K-RS232转换器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步阐述本发明的技术方案。

本发明提出的对称无正反式K-RS232转换器包括一个K线信号和RS232反逻辑信号的互转电路和对称式去正反接口电路。所述互转电路包括一个K总线收发器、RS232总线收发器、若干电容和电阻；对称式去正反接口电路包括对称的两个部分，每个部分均包括DB9插座、一个NPN型三极管、第一类二极管、第二类二极管、第一类电阻、第二类电阻和滤波电容。上述元件按照图1所示的电路图选择参数并连接。

从如图1可知本发明实施例中各元件及其参数分别为：C2、C9为0.1u电容，C3、C4、C5、C6、C7、C8为1u电容，C1为4.7u电容，R1为2K电阻，R2、R4、R6为10K电阻，R3、R5为51K电阻，D1为5.1V稳压二极管，D2、D3、D4、D5为BAS21二极管，Q1、Q2为MMBTA42三极管，U1为Si9243芯片，U2为MAX232芯片，P1、P2为DB9插座。

从图1中可以看出，本发明实施例中选择Si9243集成芯片作为K总线收发器U1、选用MAX232ACSE集成芯片作为RS232总线收发器U2。互转电路中，集成芯片MAX232ACSE中含有两组数据通道，引脚R1IN（即引脚9）、R1OUT（即引脚12）、T1IN（即引脚11）和T1OUT（即引脚14）构成第一数据通道，引脚R2IN（即引脚8）、R2OUT（即引脚7）、T2IN（即引脚10）和T2OUT（即引脚7）构成第二数据通道。在该互转电路中，只需使用其中的一个数据通道，由图1可知本发明实施例选用的是第二数据通道。U1的1脚与U2的10脚相连，4脚与U2的9脚相连。

U1的7脚接电源，同时通过电容C8后接地，电容C8起到蓄能和去耦的作用；U1的3脚通过小电阻R1后接电源，并通过稳压二极管D1和电容C1的并联结构后接地，稳压二极管D1将U1和U2的供电电压的最大值限定在某一电压值，以使得该电气网络的电压符合芯片的供电电压，防止过压损坏芯片。U1的5脚为接地端，直接接地；6脚连接K线信号。

U2的1脚接电容C3后接回3脚，4脚接电容C4后接回5脚；2脚接电容C5后接地；16脚接电源，并通过电容C7接地，电容C7起到蓄能和去耦的作用；6脚反接电容C6后接地，11脚、15脚直接接地；12脚和14脚架空；7脚和8脚连接至PC机串口。

对称去正反接口电路是一个两端完全对称的电路，即插座P1、第一类二极管即开关二极管D4、NPN三极管Q1、第一类电阻R3、第二类电阻R4、滤波电容C2、第二类二极管即防反二极管D2分别与插座P2、第一类二极管开关二极管D5、NPN型三极管Q2、第一类电阻R5、第二类电阻R6、滤波电容C9、第二类二极管防反二极管D3的功能相对应。与用户的接口端DB9插座P1、P2完全相同，因此对用户来说，外观上完全对称，无正反端的区别。

在P1端的去正反接口电路中，插座P1与P2的1脚接入供电电压，9脚连接控制器的K线信号，通过2脚、3脚连接RS232信号至PC串口。在对称式去正反接口电路中，NPN型开关三极管Q1的基极接第一类电阻R3后连接到P1的1脚，发射极接P1的9脚，集电极连至U1的6脚；发射极与集电极之间通过二极管D4相连，其中发射极与二极管D4的阳极相连，集电极与其阴极相连；P1的9脚通过滤波电容C2后接地，同时该引脚通过二极管D2后接入芯片U1和U2的电源端，其中P1的9脚连接二极管D2的阳极，该二极管的作用是保证在正反两种插接的情况下，P1和P2都只能连通一种通信信号，而另外一种通信信号被隔断，且两个插头连通的通信信号不同；P1的9脚和1脚之间接电阻R4。对称式去正反电路在P2端的线路连接与P1端基本一致。

本发明中的K芯片，供电电压可从6V~36V的宽电压范围内选取，包含常用车载电源12V、24V，通过选取合适的供电电压即可适用于不同的车载电源，完全满足K通信的ISO 9141电气标准。P1（或P2）的9脚输入来自控制器的K信号，P1（或P2）的1脚输入来自控制器的供电电压，P1（或P2）的1脚供电电压应与9脚K信号的高电平电压值保持一致。即控制器中，两者同时取12V或24V。

Si9243集成芯片U1作为K线信号芯片，可以实现TTL电平与K总线电平的互转，典型传输速率为200kBaud，适用于ISO 9141总线标准。有传输K信号模式和接收K信号模式两种工作模式。工作在传输K信号模式时，4脚输入，6脚输出；工作在接收K信号模式时，6脚输入，1脚输出。图1中，U1的6脚配置了上拉电阻R2，因此其工作逻辑为：当4脚输入TTL高低电平时，6脚对应输出K线高低电平；当6脚输入K线高低电平时，1脚对应输出TTL高低电平。

互转电路选用MAX232集成芯片作为RS232信号芯片，可实现TTL电平和RS232反逻辑电平的互转，其运算速率为120kbit/s。有传输RS232信号模式和接收RS232信号模式两种工作模式。工作在传输RS232信号模式时，10脚输入TTL高低电平，7脚对应输出反逻辑的RS232低高电平；工作在接收RS232信号模式时，8脚输入RS232高低电平，9脚对应输出反逻辑的TTL低高电平。

由此组成的K线信号和RS232反逻辑信号的互转电路，包含K信号转换成RS232信号以及RS232信号转换成K信号两种工作模式。当所述信号互转电路工作在K信号转换成RS232信号模式时，互转电路的工作过程如下：当U1的6脚输入K线低电平时，经过U1后转换成TTL低电平，并由U1的1脚输出至U2的10脚，经过U2后转换成RS232高电平由U2的7脚输出；当U1的6脚输入K线高电平时，经过U1后转换成TTL高电平，并由U1的1脚输出至U2的10脚，经过U2后转换成RS232低电平由U2的7脚输出。当所述信号互转电路工作在RS232信号转换成K信号模式时，互转电路的工作过程如下：当U2的8脚输入RS232低电平时，经过U2后转换成TTL高电平，并由U2的9脚输出至U1的4脚，经过U1后转换成K线高电平由U1的6脚输出；当U2的8脚输入RS232高电平时，经过U2后转换成TTL低电平，并由U2的9脚输出至U1的4脚，经过U1后转换成K线低电平由U1的6脚输出。

所述互转电路和对称式去正反接口电路按图1中所示的方式连接后可得到完整的K-RS232转换器电路，其中DB9插座P1和P2中的2脚和3脚分别连接U2的7脚和8脚；P1的9脚接三极管Q1的发射极，1脚通过第二类电阻R4接三极管Q1的发射极；同样P2的9脚接三极管Q2的发射极，1脚通过第二类电阻R6接三极管Q2的发射极。该转换器在工作时的工作过程可以按照两种接插情况来阐述。

第一种接插情况为P1端接控制器，P2端接PC机的RS232接口，此时转换器的工作过程为：P1的1脚输入来自控制器的供电电压，分别给U1和U2供电，合理配置R1、D1即可使U1、U2获得合适的工作电压。系统上电后，K芯片U1的K端初始化为高电平，P1的9脚初始化为高电平。当控制器K端口向PC串口发送信号时，若P1的9脚输入K线高电平，Q1基极和发射极间电压差小于等于0V，Q1基极与集电极的电压差小于等于0V，Q1进入截止状态，将不影响U1的6脚K线高电平，由所述的互转电路作用，P2端2脚将输出RS232低电平；若P1的9脚输入K线低电平，此时Q1的基极和发射极间电压差大于0V，基极电流大于饱和导通电流，Q1进入饱和导通状态，U1的6脚被拉低，由所述的互转电路作用，P2端2脚将输出RS232高电平。当控制器K端口从PC串口接收信号时，若P2的3脚输入RS232低电平，由所述的互转电路作用，U1的6脚将输出K线高电平，Q1基极与集电极的电压差小于等于0V，Q1基极和发射极间电压差小于等于0V，Q1进入截止状态，将不影响P1端9脚的高电平；若P2的3脚输入RS232高电平，由所述的互转电路作用，U1的6脚将输出K线低电平，此时，P1端9脚的高电平将使二极管D4正向导通，导通后P1端9脚K信号被拉低。信号发送和接收过程中，由于D3的作用，P2端电路被隔断，供电电压无法进入P2端电路，因此不会烧毁与P2连接的PC串口；同时，Q2的基极不供电，Q2始终处于截止状态，K线高低电平也不能进入P2端电路，因此再次保护了与P2端连接的PC串口。

第二种接插情况为P2端接控制器，P1端接PC机的232接口。此时由于D2的作用，P1端电路被隔断，供电电压不能进入P1端电路，因此不会烧毁与P1连接的PC串口；同时，Q1的基极不供电，Q1始终处于截止状态，K线高低电平也不能进入P1端电路，因此再次保护了与P1端连接的PC串口。其他分析也与第一种情况基本一致。综合两种接插情况，在电路功能上实现了对称，电路工作时无正反端的区别。

从上述分析可知，该对称无正反式K-RS232转换器在两端接口中的任意一端插接控制器，另一端插接PC机时，均能实现K线信号和RS232信号的相互转换而不烧毁电路。较传统的K-RS232转换器的两端只能有确定的一端插接控制器另一端插接PC机，反向插接则会烧毁电路或者虽然不会烧毁电路但是不能实现数据传输功能来说，本发明的对称无正反式K-RS232转换器安全性高且使用方便。此外，该对称无正反式K-RS232转换器的信号转换采用集成芯片，较传统转换器中采用分立元件来说处理速度和可靠性都得到了很大的提高。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种对称无正反式K-RS232转换器，其特征在于：所述转换器包括互转电路和去正反接口电路；

所述互转电路的作用是实现K线信号和RS232反逻辑信号的相互转换；

所述去正反接口电路包含两个相同的端电路，所述两个端电路均与所述互转电路相连；

所述去正反接口电路的作用是任一端接控制器另一端接计算机时均可实现一端传输K线信号而另一端传输RS232信号；

所述互转电路包括K总线收发器和RS232总线收发器；

K总线收发器中的RXK引脚连接RS232芯片的TIN引脚，K总线收发器的TX引脚连接RS232总线收发器中同一数据通道的ROUT引脚，K总线收发器的K引脚和RS232总线收发器中同一数据通道的TOUT引脚和RIN引脚与对称式去正反电路连接；

所述去正反接口电路中的任一端电路均包括插座、第一类二极管、第二类二极管、NPN三极管、第一类电阻、第二类电阻以及滤波电容；

所述NPN三极管的集电极连接K总线收发器的K引脚；基极通过第一类电阻后接插座的供电引脚；发射极接插座的K线信号引脚；发射极和集电极之间通过第一类二极管相连，发射极与第一类二极管的阳极相连，集电极与第一类二极管的阴极相连；

插座的供电引脚通过滤波电容后接地，同时该引脚通过第二类二极管后接入所述K总线收发器和RS232总线收发器的电源端；插座的供电引脚和K线信号引脚之间接第二类电阻。

2.根据权利要求1所述的对称无正反式K-RS232转换器，其特征在于：所述K总线收发器的供电电压在6V～36V的范围内。

3.根据权利要求1所述的对称无正反式K-RS232转换器，其特征在于：所述K总线收发器为Si9243集成芯片。

4.根据权利要求1所述的对称无正反式K-RS232转换器，其特征在于：所述RS232总线收发器为MAX232集成芯片。

5.根据权利要求1所述的对称无正反式K-RS232转换器，其特征在于：所述插座为DB9插座。