CN103219986A - 一种无极性收发单元及rs-485通讯电路 - Google Patents

Abstract

一种无极性收发单元及RS-485通讯电路，包括具有通讯接口A端及B端的RS-485芯片、能检测自身RXD端的信号相位的MCU芯片，所述RS-485芯片RO端与MCU芯片RXD端相连接，所述RS-458芯片的DI端与MCU的TXD端相连接，RO端与RXD端之间、DI端与TXD端之间连接有受MCU芯片P0.0端控制的无极性逻辑电路，用以在RS-485芯片的通讯接口反接时能反转RO端的输出信号及DI端的输入信号的极性，本发明通过在RS-485及MCU之间设置受MCU控制的无极性逻辑电路调整信号极性，防止因接线错误而导致通讯故障，保证通讯信号的正确性，降低对施工人员的技能要求，提高施工效率、应用广泛。

Description

一种无极性收发单元及RS-485通讯电路

技术领域

本发明涉及通讯电路领域，更具体地，涉及一种无极性收发单元及RS-485通讯电路。

背景技术

RS-485是一种工业通信接口，采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗干扰能力增强，即抗噪声干扰性好，传输距离远，最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米，传输速率大，在短距离传输时速度可以到35Mbps，长距离时速度可以到达100kbps。现在的很多在多联机系统是使用RS-485总线互连的，例如多联机数码涡旋空调系统，RS-485总线连接是有极性要求的，不能将其反接，普通RS-485通讯电路正确的接线图，如图1所示，在图1中，在这个电路中，UNIT-1和UNIT-2组成二个信息交换的通讯单元，其中，D1、D4为MCU芯片，D2、D3为RS-485芯片(以下各图中，这几个芯片的代号均相同)。在这个电路中，要求UNIT-1的通讯信号端A必须与UNIT-2的通讯信号端A相连接，UNIT-1的通讯信号端B必须与UNIT-2的通讯信号端B相连接，这样才能正常通讯。

但是，实际工程中，由于各种原因，会出现将这二对端子接反线的情况，如图2所示，造成无法正确通讯的现象。

在一般工程中，当出现图2所示的接错线的情况，我们只要将这二个线在任意一端对换就可以了，但是，在一些工程中，我们若要更改接线，往往费用太高或者干脆是无法实现的，严重影响施工的效率及质量。

发明内容

针对现有的技术缺点，本发明的目的在于提供一种无极性RS-485通讯电路。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种无极性收发单元，包括具有通讯接口A端及B端的RS-485芯片、能检测自身RXD端的信号相位的MCU芯片，所述RS-485芯片的RO端与MCU芯片的RXD端相连接，所述RS-458芯片的DI端与MCU的TXD端相连接，RO端与RXD端之间、DI端与TXD端之间还连接有受MCU芯片的P0.0端控制的无极性逻辑电路，用以在RS-485芯片的通讯接口正接时使信号正确传输，反接时反转RO端的输出信号及DI端的输入信号的极性，实现信号的正确传输。

本发明通过设置受MCU芯片控制的无极性逻辑电路，MCU芯片根据检测到的通讯线路接线状态控制无极性逻辑电路调整信号极性，使通讯线路无论是正接还是反接的情况下，MCU芯片都能接收到或发送出正确的通讯信号，有效解决了接线过程中因通讯极性接错而导致通讯故障的问题，以及后续繁琐的返工过程，方便施工，降低对施工人员的技能要求，提高了施工效率，应用广泛。

进一步地，所述无极性逻辑电路包括：RS-485对MCU输出逻辑电路，连接于RO端与RXD端之间，用以在RS-485芯片的通讯接口正接时使信号正确传输，反接时反转RO端的输出信号的极性，实现信号的正确传输；RS-485对MCU输入逻辑电路，连接于DI端与TXD端之间，用以在RS-485芯片的通讯接口正接时使信号正确传输，反接时反转DI端的输入信号的极性，实现信号的正确传输。

本方案通过将无极性逻辑电路设置为RS-485对MCU输出逻辑电路和RS-485对MCU输入逻辑电路，有效解决RS-485芯片在向MCU芯片输入或输出信号时，能互不干扰地实现信号的正确传输。保证信号的双向有效性、正确性。

进一步地，在一个实施方案中，所述无极性逻辑电路包括：

RS-485对MCU输出逻辑电路，包括与非门D5、D7及或门D6，所述与非门D7的输出端与MCU芯片的RXD端相连接，与非门D7的输入端分别与与非门D5的输出端及或门D6的输出端相连接，与非门D5的一个输入端及或门D6的一个输入端均与RS-485芯片的RO端相连接，与非门D5的另一输入端及或门D6的另一输入端均与MCU芯片的P0.0端连接；

RS-485对MCU输入逻辑电路，包括与非门D8、D9及或门D10，所述与非门D8的输出端与RS-485芯片的DI端相连接，与非门D8的输入端分别和与非门D9的输出端及或门D10的输出端相连接，与非门D9的一个输入端及或门D10的一个输入端均与MCU芯片的TXD端相连接，与非门D9的另一输入端及或门D10的另一输入端均与MCU芯片的P0.0端连接。

RS-485对MCU输出逻辑电路及RS-485对MCU输入逻辑电路均采用与非门及或门电路连接而成，结构简单、成本低易实现，性能可靠寿命长，MCU芯片的P0.0端亦具有较高的可靠性和通用性。

进一步地，在另一个实施方案中，所述无极性逻辑电路包括：

RS-485对MCU输出逻辑电路，包括与非门D5、D7、D11及非门D12、D13。所述与非门D7的输出端与MCU芯片的RXD端相连接，与非门D7的输入端分别和与非门D5、D11的输出端相连接，与非门D11的输入端分别和非门D12、D13的输出端相连接，非门D12的输入端及与非门D5的其中一个输入端均与RS-485芯片的RO端相连接，非门D13的输入端及与非门D5的另一个输入端均与MCU芯片的P0.0端连接；

RS-485对MCU输入逻辑电路，包括与非门D8、D9、D14及非门D15、D16。与非门D8的输出端与RS-485芯片的DI端相连接，与非门D8的输入端分别和与非门D9、D14的输出端相连接，与非门D14的输入端分别和非门D15、D16的输出端相连接，非门D15的输入端及与非门D9的其中一个输入端均与MCU芯片的TXD端相连接，非门D16的输入端及与非门D9的另一个输入端均与MCU芯片的P0.0端连接。

RS-485对MCU输出逻辑电路及RS-485对MCU输入逻辑电路均采用非门和与非门电路连接而成，结构简单、成本低易实现，性能可靠寿命长，MCU芯片的P0.0端亦具有较高的可靠性和通用性。

本发明还提供了一种RS-485通讯电路，该无极性RS-485通讯电路包括如权利要求1至4任一项所述的无极性收发单元，该无极性收发单元的通讯接口A端及B端分别与另一个连接有MCU芯片的RS-485芯片的通讯接口A端及B端相连接，即，A端接A端，B端接B端；或A端接B端，B端接A端。

本发明还提供了一种RS-485通讯电路，包括连接有MCU芯片的RS-485芯片，该RS-485芯片的通讯接口A端及B端连接在RS-458总线上，该RS-458总线上连接接有1个或1个以上如权利要求1至4任一项所述的无极性收发单元。利用RS-485总线，可根据需要将1个或1个以上的无极性收发单元相连接，实现对多个或多级通讯单元的无极性连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过在RS-485芯片及MCU之间设置受MCU芯片控制的无极性逻辑电路，MCU芯片根据检测到的通讯线路接线状态控制无极性逻辑电路调整信号极性，保证通讯信号的正确性，有效杜绝因接线错误而导致通讯故障的问题，方便施工，降低对施工人员的技能要求，提高了施工效率，应用广泛。

附图说明

图1是一个正相连接的RS-485通讯电路示意图。

图2是一个反相连接的RS-485通讯电路示意图。

图3是无极性收发单元实施例1正相连接示意图。

图4是无极性收发单元实施例1反相连接示意图。

图5是无极性收发单元实施例2正相连接示意图。

图6是无极性收发单元实施例2反相连接示意图。

图7是无极性RS-485通讯电路实施例3连接示意图。

图8是无极性RS-485通讯电路实施例4连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如附图3所示，一种无极性收发单元，包括具有通讯接口A端及B端的RS-485芯片D3、能检测自身RXD端的信号相位的MCU芯片D4，所述RS-485芯片D3的RO端与MCU芯片D4的RXD端相连接，所述RS-458芯片D3的DI端与MCU芯片D4的TXD端相连接，RO端与RXD端之间、DI端与TXD端之间还连接有受MCU芯片的P0.0端控制的无极性逻辑电路，用以在RS-485芯片的通讯接口A端及B端正接时使信号正确传输，反接时反转RO端的输出信号及DI端的输入信号的极性，实现信号的正确传输。同时，所述RS-485芯片D3的RE端及DE端均与MCU芯片D4的P0.1端相连接。

其中，RS-485芯片D3的通讯接口A端及B端分别连接RS-485芯片D2的通讯接口A端及B端。

RS-485芯片D2的RO端与MCU芯片D1的RXD端相连，RE端及DE端均与MCU芯片D1的P0.1端相连，DI端与MCU芯片D1的TXD端相连。

所述无极性逻辑电路具体包括：

RS-485对MCU输出逻辑电路，包括与非门D5、D7及或门D68，所述与非门D7的输出端与MCU芯片的RXD端相连接，与非门D7的输入端分别与与非门D5的输出端及或门D6的输出端相连接，与非门D5的一个输入端及或门D6的一个输入端均与RS-485芯片的RO端相连接，与非门D5的另一输入端及或门D6的另一输入端均与MCU芯片的P0.0端连接；

RS-485对MCU输入逻辑电路，包括与非门D8、D9及或门D10，所述与非门D8的输出端与RS-485芯片的DI端相连接，与非门D8的输入端分别和与非门D9的输出端及或门D10的输出端相连接，与非门D9的一个输入端及或门D10的一个输入端均与MCU芯片的TXD端相连接，与非门D9的另一输入端及或门D10的另一输入端均与MCU芯片的P0.0端连接。

RS-485对MCU输出逻辑电路及RS-485对MCU输入逻辑电路均采用与非门及或门电路连接而成，结构简单、成本低易实现，性能可靠寿命长，MCU芯片D4的P0.0端亦具有较高的可靠性和通用性。

如图3所示，MCU芯片D1及RS-485芯片D2的组成信号通讯单元，RS-485芯片D2的通讯接口A端及B端分别与RS-485芯片D3的通讯接口A端及B端相连接，是符合要求的正确连接方式。上电后，MCU芯片D4的P0.0端输出高电平，并检测它本身的RXD端信号是正相还是反相。如果正相，MCU芯片D4的P0.0端保持高电平。因本电路是正确接线，RS-485芯片D3的RO空闲时输出高电平，MCU芯片D4的P0.0端输出高电平。通讯中，在RS-485芯片D3的RO端输出高电平时，芯片D5输出低电平，芯片D6输出高电平，芯片D7输出高电平；在RS-485芯片D3的RO端输出低电平时，芯片D5输出高电平，芯片D6输出高电平，芯片D7输出低电平。即，MCU芯片D4的RXD端信号与RS-485芯片D3的RO端输出信号极性一致，实现正确接收的功能。

同理，因MCU芯片D4的P0.0端输出高电平，在MCU芯片D4的TXD端输出高电平时，芯片D9输出低电平，芯片D10输出高电平，芯片D8输出高电平；MCU芯片D4的TXD端输出低电平时，芯片D9输出高电平，芯片D10输出高电平，芯片D8输出低电平。即，RS-485芯片D3的DI端信号与MCU芯片D4的TXD端输出信号一致，实现信号的正确发送。

如图4所示，RS-485芯片D2的通讯接口A端及B端与RS-485芯片D3的通讯接口A端及B端反相连接，MCU芯片D4检测它本身的RXD端信号是反相，MCU芯片D4的P0.0端改为低电平。

对于通讯线接反的图4，通讯时，因MCU芯片D4的P0.0端输出低电平，当RS-485芯片D3的RO端输出低电平时，与非门D5输出高电平，或门D6输出低电平，与非门D7输出高电平。

在RS-485芯片D3的RO端输出高电平时，与非门D5输出高电平，或门D6输出高电平，与非门D7输出低电平。即MCU芯片D4的RXD端信号与RS-485芯片D3的RO输出信号反相，也就是，MCU芯片D1发出的信号虽然经过通讯线反相了，但经过MCU芯片D4控制下的与非门D5、与非门D7和或门D6组成的逻辑电路后，再次反相，变成了正确相位的信号，从而实现了MCU芯片D4正确接收MCU芯片D1信号的功能。

同理，因MCU芯片D4的P0.0端输出低电平，在MCU芯片D4的TXD端输出高电平时，与非门D9输出高电平，或门D10输出高电平，与非门D8输出低电平；在MCU芯片D4的TXD端输出低电平时，与非门D9输出高电平，或门D10输出低电平，与非门D8输出高电平。即RS-485芯片D3的DI端信号与MCU芯片D4的TXD端输出信号反相，再经过反相的通讯接线后，信号再次反相，使到达MCU芯片D1端RXD的信号成为了正确相位的信号，从而实现了MCU芯片D4向MCU芯片D1的信号正确发送。

分析图3、图4的各个逻辑部件的逻辑关系，可得出如表1所示的RS-485芯片D3的RO端向MCU芯片D4的RXD端发送信号时各逻辑部件输出端的逻辑真值表：

表1

以及如表2所示的MCU芯片D4的TXD端向RS-485芯片D3的DI端发送信号时各逻辑部件输出端的逻辑真值表：

表2

实施例2

如附图5所示，一种无极性收发单元，包括具有通讯接口A端及B端的RS-485芯片D3、

能检测自身RXD端的信号相位的MCU芯片D4。所述RS-485芯片D3的RO端与MCU芯片D4的RXD端相连接，所述RS-458芯片D3的DI端与MCU芯片D4的TXD端相连接，所述RS-485芯片D3的RE端及DE端均与MCU芯片D4的P0.1端相连接。RO端与RXD端之间、DI端与TXD端之间还连接有受MCU芯片的P0.0端控制的无极性逻辑电路，用以在RS-485芯片的通讯接口反接时能反转RO端的输出信号及DI端的输入信号的极性，实现信号的正确传输。

该实施例中，所述RS-485芯片D3的RE端及DE端均与MCU芯片D4的P0.1端相连接，RS-485芯片D2及MCU芯片D1的连接方式、RS-485芯片D2与RS-485芯片D3之间的连接方式与实施例1相同，故不再赘述。

所述无极性逻辑电路具体包括：

RS-485对MCU输出逻辑电路，包括与非门D5、D7、D11及非门D12、D13，所述与非门D7的输出端与MCU芯片D4的RXD端相连接，与非门D7的输入端分别和与非门D5、D11的输出端相连接，与非门D11的输入端分别和非门D12、D13的输出端相连接，非门D12的输入端及与非门D5的其中一个输入端均与RS-485芯片D3的RO端相连接，非门D13的输入端及与非门D5的另一个输入端均与MCU芯片D4的P0.0端连接；

RS-485对MCU输入逻辑电路，包括与非门D8、D9、D14及非门D15、D16，与非门D8的输出端与RS-485芯片D3的DI端相连接，与非门D8的输入端分别和与非门D9、D14的输出端相连接，与非门D14的输入端分别和非门D15、D16的输出端相连接，非门D15的输入端及与非门D9的其中一个输入端均与MCU芯片D4的TXD端相连接，非门D16的输入端及与非门D9的另一个输入端均与MCU芯片D4的P0.0端连接。

如图5所示，MCU芯片D1及RS-485芯片D2组成信号通讯单元，RS-485芯片D2的通讯接口A端及B端分别与RS-485芯片D3的通讯接口A端及B端相连接，是符合要求的正确连接方式。上电后，MCU芯片D4的P0.0端输出高电平，并检测它本身的RXD端信号是正相还是反相。如果正相，MCU芯片D4的P0.0端保持高电平。因MCU芯片D4的P0.0端输出高电平，在RS-485芯片D3的RO端输出高电平时，与非门D5输出低电平，非门D12输出低电平，非门D13输出低电平，与非门D11输出高电平，与非门D7输出高电平；在RS-485芯片D3的RO端输出低电平时，与非门D5输出高电平，非门D12输出高电平，非门D13输出低电平，与非门D11输出高电平，，与非门D7输出低电平。即，MCU芯片D4的RXD端信号与RS-485芯片D3的RO输出信号极性一致，实现正确接收的功能。

同理，因MCU芯片D4的P0.0端输出高电平，在MCU芯片D4的TXD端输出高电平时，与非门D9输出低电平，非门D15输出低电平，非门D16输出低电平，与非门D14输出高电平，与非门D8输出高电平；MCU芯片D4的TXD端输出低电平时，与非门D9输出高电平，非门D15输出高电平，非门D16输出低电平，与非门D14输出高电平，与非门D8输出低电平。即RS-485芯片D3的DI端信号与MCU芯片D4的TXD端输出信号一致，实现信号的正确发送。

如图6所示，若RS-485芯片D2的通讯接口A端及B端与RS-485芯片D3的通讯接口A端及B端反相连接，MCU芯片D4检测它本身的RXD端信号是反相，此时MCU芯片D4的P0.0端改为低电平。因MCU芯片D4的P0.0端输出低电平，当RS-485芯片D3的RO端输出高电平时，与非门D5输出高电平，非门D12输出低电平，非门D13输出高电平，与非门D11输出高电平，与非门D7输出低电平。

在RS-485芯片D3的RO端输出低电平时，与非门D5输出高电平，非门D12输出高电平，非门D13输出高电平，与非门D11输出低电平，与非门D7输出高电平。即MCU芯片D4的RXD端信号与RS-485芯片D3的RO输出信号反相，也就是，MCU芯片D1发出的信号虽然经过通讯线反相了，但经过MCU芯片D4控制下的与非门D5、D7、D11及非门D12、D13组成的逻辑电路后，再次反相，变成了正确相位的信号，从而实现了MCU芯片D4正确接收MCU芯片D1信号的功能。

同理，因MCU芯片D4的P0.0端输出低电平，在MCU芯片D4的TXD端输出高电平时，与非门D9输出高电平，非门D15输出低电平，非门D16输出高电平，与非门D14输出高电平，与非门D8输出低电平；在MCU芯片D4的TXD端输出低电平时，与非门D9输出高电平，非门D15输出高电平，非门D16输出高电平，与非门D14输出低电平，与非门D8输出高电平。即RS-485芯片D3的DI端信号与MCU芯片D4的TXD端输出信号反相，再经过反相的通讯接线后，信号再次反相，使到达MCU芯片D1端RXD的信号成为了正确相位的信号，从而实现了MCU芯片D4向MCU芯片D1的信号正确发送。

分析图5、图6的各个逻辑部件的逻辑关系，可得出如表3所示的RS-485芯片D3的RO端向MCU芯片D4的RXD端发送信号时各逻辑部件的输出逻辑真值表：

表3

以及如表4所示的MCU芯片D4的TXD端向RS-485芯片D3的DI端发送信号时各逻辑部件的逻辑真值表：

表4

实施例3

如附图7所示，该实施例中的无极性RS-485通讯电路包括2个如实施例1所示的无极性收发单元(根据需要，也可以是2个以上)，以及MCU芯片D1和RS-485芯片D2组成的信号通讯单元，MCU芯片D1和RS-485芯片D2连接方式与实施例1或2相同。RS-485芯片D2的通讯接口A端及B端连接于RS-485总线上，2个无极性收发单元亦连接于RS-485总线上，通过各个无极性收发单元中设置的逻辑电路，实现无论2个RS-485芯片D3的通讯接口A端及B端接线正反与否，都能实现信号的正确发送和接收，具体原理与实施例1相同，此处不再赘述。

实施例4

如附图8所示，该实施例中的无极性RS-485通讯电路包括2个如实施例2所示的无极性收发单元(根据需要，也可以是2个以上)，以及MCU芯片D1和RS-485芯片D2组成的信号通讯单元，MCU芯片D1和RS-485芯片D2连接方式与实施例1或2相同。RS-485芯片D2的通讯接口A端及B端连接于RS-485总线上，2个无极性收发单元亦连接于RS-485总线上，通过各个无极性收发单元中设置的逻辑电路，实现无论2个RS-485芯片D3的通讯接口A端及B端接线正反与否，都能实现信号的正确发送和接收，具体原理与实施例2相同，此处不再赘述。

以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无极性收发单元，包括具有通讯接口A端及B端的RS-485芯片、能检测自身RXD端的信号相位的MCU芯片，所述RS-485芯片的RO端与MCU芯片的RXD端相连接，所述RS-458芯片的DI端与MCU的TXD端相连接，其特征在于，RO端与RXD端之间、DI端与TXD端之间还连接有受MCU芯片的P0.0端控制的无极性逻辑电路，用以在RS-485芯片的通讯接口正接时使信号正确传输，反接时反转RO端的输出信号及DI端的输入信号的极性，实现信号的正确传输。

2.根据权利要求1所述的无极性收发单元，其特征在于，所述无极性逻辑电路包括：

RS-485对MCU输出逻辑电路，连接于RO端与RXD端之间，用以在RS-485芯片的通讯接口正接时使信号正确传输，反接时反转RO端的输出信号的极性，实现信号的正确传输；

RS-485对MCU输入逻辑电路，连接于DI端与TXD端之间，用以在RS-485芯片的通讯接口正接时使信号正确传输，反接时反转DI端的输入信号的极性，实现信号的正确传输。

3.根据权利要求2所述的无极性收发单元，其特征在于，所述无极性逻辑电路具体包括：

RS-485对MCU输出逻辑电路，包括与非门D5、D7及或门D6，所述与非门D7的输出端与MCU芯片的RXD端相连接，与非门D7的输入端分别与与非门D5的输出端及或门D6的输出端相连接，与非门D5的一个输入端及或门D6的一个输入端均与RS-485芯片的RO端相连接，与非门D5的另一输入端及或门D6的另一输入端均与MCU芯片的P0.0端连接；

RS-485对MCU输入逻辑电路，包括与非门D8、D9及或门D10，所述与非门D8的输出端与RS-485芯片的DI端相连接，与非门D8的输入端分别和与非门D9的输出端及或门D10的输出端相连接，与非门D9的一个输入端及或门D10的一个输入端均与MCU芯片的TXD端相连接，与非门D9的另一输入端及或门D10的另一输入端均与MCU芯片的P0.0端连接。

4.根据权利要求2所述的无极性收发单元，其特征在于，所述无极性逻辑电路具体包括：

RS-485对MCU输出逻辑电路，包括与非门D5、D7、D11及非门D12、D13，所述与非门D7的输出端与MCU芯片的RXD端相连接，与非门D7的输入端分别和与非门D5、D11的输出端相连接，与非门D11的输入端分别和非门D12、D13的输出端相连接，非门D12的输入端及与非门D5的其中一个输入端均与RS-485芯片的RO端相连接，非门D13的输入端及与非门D5的另一个输入端均与MCU芯片的P0.0端连接；

RS-485对MCU输入逻辑电路，包括与非门D8、D9、D14及非门D15、D16，与非门D8的输出端与RS-485芯片的DI端相连接，与非门D8的输入端分别和与非门D9、D14的输出端相连接，与非门D14的输入端分别和非门D15、D16的输出端相连接，非门D15的输入端及与非门D9的其中一个输入端均与MCU芯片的TXD端相连接，非门D16的输入端及与非门D9的另一个输入端均与MCU芯片的P0.0端连接。

5.一种无极性RS-485通讯电路，其特征在于，该无极性RS-485通讯电路包括如权利要求1至4任一项所述的无极性收发单元，该无极性收发单元的通讯接口A端及B端分别与连接有MCU芯片的RS-485芯片的通讯接口A端及B端相连接，即，A端接A端，B端接B端；或A端接B端，B端接A端。

6.一种无极性RS-485通讯电路，包括连接有MCU芯片的RS-485芯片，该RS-485芯片的通讯接口A端及B端连接在RS-458总线上，其特征在于，该RS-458总线上还连接有1个或1个以上如权利要求1至4任一项所述的无极性收发单元。

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