CN104239262A - 一种usb转rs-485-422多功能有源隔离转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器，包括隔离前端、隔离后端和驱动电路，光耦包括TX光电隔离芯片和RX光电隔离芯片，所述隔离前端包括信号转换芯片，所述隔离后端包括信号收发状态控制芯片、RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源。本发明提供一种方便快捷的USB和RS-485-422通信转换，既可以将任意口的USB信号转换成平衡的RS-485半双工差分信号，也可以将任意口的USB信号转换成平衡的RS-422全双工差分信号，且本发明支持热插拔功能，即插即用，可以组成点对点，点对多点的RS-485或RS-422通信网络，将通信距离拉长到1.2km。

Description

一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器

技术领域

本发明涉及一种通讯转换装置，具体是一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器。 

背景技术

串口通信是指外部设备、智能仪器和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式，这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低；串口通信的概念非常简单，串口按位发送和接收字节，尽管比按字节的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据，串口用于ASCII码字符的传输，通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收，由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验，对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。 

串口是计算机上一种比较通用的设备通信协议，串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议，很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口，同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。随着目前仪器仪表智能化的发展，越来越多的设备和计算机上并没有设置串口，为了在没有串口只有USB口的计算机、外部设备、智能仪器之间通信，我们必须先将通信信号作转换。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种支持USB转RS-485半双工和USB转RS-422全双工两种通信模式的USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器，以解决上述背景技术中提出的问题。 

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 

一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器，包括隔离前端、隔离后端和驱动电路，隔离前端和隔离后端之间通过光耦连接，光耦包括TX光电隔离芯片和RX光电隔离芯片，所述隔离前端包括信号转换芯片，信号转换芯片通过USB数据线连接PC机的USB接口，所述隔离后端包括信号收发状态控制芯片、RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源，所述光耦通过信号收发状态控制芯片分别连接RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源，所述RS-485收发器连接RS-485总线，RS-422发送器连接RS-422发送端，RS-422接收器连接RS-422接收端。

作为本发明再进一步的方案：驱动电路中USB接口J3的VCC_5端口连接电压信号VCC1，USB接口J3的GND端口接地，USB接口J3的D-端口通过电阻R18连接信号转换芯片U11的16脚，USB接口J3的D+端口通过电阻R19连接信号转换芯片U11的15脚，信号转换芯片U11的17脚分别连接并补电容C19和并补电容C20，并补电容C19另一端分别连接并补电容C20另一端、信号转换芯片U11的18脚、信号转换芯片U11的21脚、信号转换芯片U11的22脚、信号转换芯片U11的23脚、信号转换芯片U11的24脚、并补电容C17和并补电容C18，并补电容C17另一端分别连接振荡器Y1一端和信号转换芯片U11的28脚，并补电容C18另一端分别连接振荡器Y1另一端和信号转换芯片U11的27脚，信号转换芯片U11的20脚分别连接信号转换芯片U11的4脚、电阻R23、电阻R21和电阻R22，电阻R23连接信号转换芯片U11的6脚，电阻R21连接信号转换芯片U11的13脚，电阻R22连接信号转换芯片U11的14脚； 

信号转换芯片U11的1脚分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R1另一端连接电压信号VCC1，电阻R2另一端连接三极管Q5的1脚，三极管Q5的3脚接地，三极管Q5的2脚连接TX光电隔离芯片U6的3脚，TX光电隔离芯片U6的2脚通过电阻R4连接电压信号VCC1，TX光电隔离芯片U6的5脚接地，TX光电隔离芯片U6的8脚分别连接电阻R7和电压信号VCC2，电阻R7另一端分别连接TX光电隔离芯片U6的6脚、非门控制芯片U4的9脚和非门控制芯片U4的13脚，信号转换芯片U11的6脚分别连接RX光电隔离芯片U5的6脚和电阻R3，电阻R3另一端分别连接RX光电隔离芯片U5的8脚和电压信号VCC1，RX光电隔离芯片U5的3脚接地，RX光电隔离芯片U5的2脚通过电阻R6连接非门控制芯片U4的10脚；

非门控制芯片U4的1脚分别连接二极管D1、电阻R5和并补电容C9，二极管D1负极分别连接电阻R5另一端和非门控制芯片U4的4脚，非门控制芯片U4的3脚连接非门控制芯片U4的6脚，非门控制芯片U4的13脚连接非门控制芯片U4的8脚，非门控制芯片U4的11脚分别连接电阻R5和与门控制芯片U7的6脚，电阻R5另一端连接三极管Q7的1脚，三极管Q7的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q7的2脚依次通过发光二极管RXD和电阻R13接地，非门控制芯片U4的12脚分别连接电阻R4和发送芯片U2的4脚，电阻R14另一端连接三极管Q6的1脚，三极管Q6的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q6的2脚依次通过发光二极管TXD和电阻R12接地；

非门控制芯片U4的2脚分别连接发送芯片U2的2脚和发送芯片U2的3脚，发送芯片U2的1脚分别连接电阻R17和与门控制芯片U7的5脚，电阻R17另一端和发送芯片U2的8脚均连接电压信号VCC2，发送芯片U2的5脚接地，发送芯片U2的6脚分别连接稳压二极管ZD3、电阻R11和排线JP3的1脚，电阻R11另一端连接电压信号VCC2，发送芯片U2的7脚分别连接稳压二极管ZD2、电阻R10和排线JP3的2脚，稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3和电阻R10另一端均接地，排线JP3的6脚通过滑动变阻器RC6连接电源电压信号，排线JP3的5脚接地，排线JP3的3脚分别连接电阻R9、稳压二极管ZD5和接收芯片U3的6脚，排线JP3的4脚分别连接电阻R8、稳压二极管ZD4和7脚，R8另一端、稳压二极管ZD4正极、稳压二极管ZD5正极、接收芯片U3的2脚、接收芯片U3的3脚和接收芯片U3的5脚均接地，电阻R9另一端和接收芯片U3的8脚均连接电压信号VCC2，接收芯片U3的1脚连接与门控制芯片U7的4脚，与门控制芯片U7的7脚接地，与门控制芯片U7的14脚连接电压信号VCC2，电压信号VCC2分别连接并补电容C10、并补电容C12和并补电容C14。

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

本发明弥补了有些台式电脑和笔记本没有232串口的不足，提供一种方便快捷的USB和RS-485-422通信转换，不但兼容win2000，xp系统，而且支持最新的win7系统，本发明既可以将任意口的USB信号转换成平衡的RS-485半双工差分信号，也可以将任意口的USB信号转换成平衡的RS-422全双工差分信号，且本发明支持热插拔功能，即插即用，可以组成点对点，点对多点的RS-485或RS-422通信网络，将通信距离拉长到1.2km。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。 

图2为本发明中驱动电路连接图。 

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。 

请参阅图1-2，一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器，包括隔离前端、隔离后端和驱动电路，隔离前端和隔离后端之间通过光耦连接，光耦包括TX光电隔离芯片和RX光电隔离芯片，屏蔽外部干扰，所述隔离前端包括信号转换芯片，信号转换芯片通过USB数据线连接PC机的USB接口，隔离前端不需要外加电源，直接从USB端口取电，所述隔离后端包括信号收发状态控制芯片、RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源，所述光耦通过信号收发状态控制芯片分别连接RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源，所述RS-485收发器连接RS-485总线，RS-422发送器连接RS-422发送端，RS-422接收器连接RS-422接收端。 

隔离前端通过信号转换芯片U11实现USB信号的转换、数据格式处理和USB信号收发，隔离后端通过发送芯片U2和接收芯片U3来实现485数据的收发功能，通过非门控制芯片U4控制收发状态时序，通过与门控制芯片U7来实现RS-485和RS-422的切换。 

当外部只接2根通讯线使用RS-485半双工通讯模式时，内部通过与门控制芯片U7控制，自动切换USB转RS-485模式；当外部接4根通讯线时使用RS-422全双工通讯模式时，内部通过与门控制芯片U7控制，自动切换USB转RS-422模式。 

驱动电路中USB接口J3的VCC_5端口连接电压信号VCC1，USB接口J3的GND端口接地，USB接口J3的D-端口通过电阻R18连接信号转换芯片U11的16脚，USB接口J3的D+端口通过电阻R19连接信号转换芯片U11的15脚，信号转换芯片U11的17脚分别连接并补电容C19和并补电容C20，并补电容C19另一端分别连接并补电容C20另一端、信号转换芯片U11的18脚、信号转换芯片U11的21脚、信号转换芯片U11的22脚、信号转换芯片U11的23脚、信号转换芯片U11的24脚、并补电容C17和并补电容C18，并补电容C17另一端分别连接振荡器Y1一端和信号转换芯片U11的28脚，并补电容C18另一端分别连接振荡器Y1另一端和信号转换芯片U11的27脚，信号转换芯片U11的20脚分别连接信号转换芯片U11的4脚、电阻R23、电阻R21和电阻R22，电阻R23连接信号转换芯片U11的6脚，电阻R21连接信号转换芯片U11的13脚，电阻R22连接信号转换芯片U11的14脚； 

信号转换芯片U11的1脚分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R1另一端连接电压信号VCC1，电阻R2另一端连接三极管Q5的1脚，三极管Q5的3脚接地，三极管Q5的2脚连接TX光电隔离芯片U6的3脚，TX光电隔离芯片U6的2脚通过电阻R4连接电压信号VCC1，TX光电隔离芯片U6的5脚接地，TX光电隔离芯片U6的8脚分别连接电阻R7和电压信号VCC2，电阻R7另一端分别连接TX光电隔离芯片U6的6脚、非门控制芯片U4的9脚和非门控制芯片U4的13脚，信号转换芯片U11的6脚分别连接RX光电隔离芯片U5的6脚和电阻R3，电阻R3另一端分别连接RX光电隔离芯片U5的8脚和电压信号VCC1，RX光电隔离芯片U5的3脚接地，RX光电隔离芯片U5的2脚通过电阻R6连接非门控制芯片U4的10脚。

非门控制芯片U4的1脚分别连接二极管D1、电阻R5和并补电容C9，二极管D1负极分别连接电阻R5另一端和非门控制芯片U4的4脚，非门控制芯片U4的3脚连接非门控制芯片U4的6脚，非门控制芯片U4的13脚连接非门控制芯片U4的8脚，非门控制芯片U4的11脚分别连接电阻R5和与门控制芯片U7的6脚，电阻R5另一端连接三极管Q7的1脚，三极管Q7的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q7的2脚依次通过发光二极管RXD和电阻R13接地，非门控制芯片U4的12脚分别连接电阻R4和发送芯片U2的4脚，电阻R14另一端连接三极管Q6的1脚，三极管Q6的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q6的2脚依次通过发光二极管TXD和电阻R12接地。 

非门控制芯片U4的2脚分别连接发送芯片U2的2脚和发送芯片U2的3脚，发送芯片U2的1脚分别连接电阻R17和与门控制芯片U7的5脚，电阻R17另一端和发送芯片U2的8脚均连接电压信号VCC2，发送芯片U2的5脚接地，发送芯片U2的6脚分别连接稳压二极管ZD3、电阻R11和排线JP3的1脚，电阻R11另一端连接电压信号VCC2，发送芯片U2的7脚分别连接稳压二极管ZD2、电阻R10和排线JP3的2脚，稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3和电阻R10另一端均接地，排线JP3的6脚通过滑动变阻器RC6连接电源电压信号，排线JP3的5脚接地，排线JP3的3脚分别连接电阻R9、稳压二极管ZD5和接收芯片U3的6脚，排线JP3的4脚分别连接电阻R8、稳压二极管ZD4和7脚，R8另一端、稳压二极管ZD4正极、稳压二极管ZD5正极、接收芯片U3的2脚、接收芯片U3的3脚和接收芯片U3的5脚均接地，电阻R9另一端和接收芯片U3的8脚均连接电压信号VCC2，接收芯片U3的1脚连接与门控制芯片U7的4脚，与门控制芯片U7的7脚接地，与门控制芯片U7的14脚连接电压信号VCC2，电压信号VCC2分别连接并补电容C10、并补电容C12和并补电容C14。 

数据发送时，当数据从USB端口发出后，前端USB信号转换电路把USB的信号处理成RS-485需要的数据规范，通过隔离部分传输到非门控制芯片U4，非门控制芯片U4自动把收发状态送给与门控制芯片U7，门控制芯片U7将状态改为发送状态，通过发送芯片U2的发送功能，使USB发送的信号发送到RS-485或RS-422总线上。 

数据接收时，默认状态通过电阻R17上来置高，调节成接收状态，当RS-485总线上有信号时，自动接受信号，同时与门控制芯片U7将关闭发送芯片U2，同时将接受状态指示灯RXD点亮，数据通过转换电路从RS-485或RS-422总线端传输到USB端口。 

本发明弥补了有些台式电脑和笔记本没有232串口的不足，提供一种方便快捷的USB和RS-485-422通信转换，不但兼容win2000，xp系统，而且支持最新的win7系统，本发明既可以将任意口的USB信号转换成平衡的RS-485半双工差分信号，也可以将任意口的USB信号转换成平衡的RS-422全双工差分信号，且本发明支持热插拔功能，即插即用，可以组成点对点，点对多点的RS-485或RS-422通信网络，将通信距离拉长到1.2km。 

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。 

Claims (2)

1.一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器，包括隔离前端、隔离后端和驱动电路，其特征在于，隔离前端和隔离后端之间通过光耦连接，光耦包括TX光电隔离芯片和RX光电隔离芯片，所述隔离前端包括信号转换芯片，信号转换芯片通过USB数据线连接PC机的USB接口，所述隔离后端包括信号收发状态控制芯片、RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源，所述光耦通过信号收发状态控制芯片分别连接RS-485/RS-422通信模式转换控制芯片、RS-485收发器、RS-422发送器、RS-422接收器和电源，所述RS-485收发器连接RS-485总线，RS-422发送器连接RS-422发送端，RS-422接收器连接RS-422接收端。

2.根据权利要求1所述的一种USB转RS-485-422多功能有源隔离转换器，其特征在于，所述驱动电路中USB接口J3的VCC_5端口连接电压信号VCC1，USB接口J3的GND端口接地，USB接口J3的D-端口通过电阻R18连接信号转换芯片U11的16脚，USB接口J3的D+端口通过电阻R19连接信号转换芯片U11的15脚，信号转换芯片U11的17脚分别连接并补电容C19和并补电容C20，并补电容C19另一端分别连接并补电容C20另一端、信号转换芯片U11的18脚、信号转换芯片U11的21脚、信号转换芯片U11的22脚、信号转换芯片U11的23脚、信号转换芯片U11的24脚、并补电容C17和并补电容C18，并补电容C17另一端分别连接振荡器Y1一端和信号转换芯片U11的28脚，并补电容C18另一端分别连接振荡器Y1另一端和信号转换芯片U11的27脚，信号转换芯片U11的20脚分别连接信号转换芯片U11的4脚、电阻R23、电阻R21和电阻R22，电阻R23连接信号转换芯片U11的6脚，电阻R21连接信号转换芯片U11的13脚，电阻R22连接信号转换芯片U11的14脚；

信号转换芯片U11的1脚分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R1另一端连接电压信号VCC1，电阻R2另一端连接三极管Q5的1脚，三极管Q5的3脚接地，三极管Q5的2脚连接TX光电隔离芯片U6的3脚，TX光电隔离芯片U6的2脚通过电阻R4连接电压信号VCC1，TX光电隔离芯片U6的5脚接地，TX光电隔离芯片U6的8脚分别连接电阻R7和电压信号VCC2，电阻R7另一端分别连接TX光电隔离芯片U6的6脚、非门控制芯片U4的9脚和非门控制芯片U4的13脚，信号转换芯片U11的6脚分别连接RX光电隔离芯片U5的6脚和电阻R3，电阻R3另一端分别连接RX光电隔离芯片U5的8脚和电压信号VCC1，RX光电隔离芯片U5的3脚接地，RX光电隔离芯片U5的2脚通过电阻R6连接非门控制芯片U4的10脚；

非门控制芯片U4的1脚分别连接二极管D1、电阻R5和并补电容C9，二极管D1负极分别连接电阻R5另一端和非门控制芯片U4的4脚，非门控制芯片U4的3脚连接非门控制芯片U4的6脚，非门控制芯片U4的13脚连接非门控制芯片U4的8脚，非门控制芯片U4的11脚分别连接电阻R5和与门控制芯片U7的6脚，电阻R5另一端连接三极管Q7的1脚，三极管Q7的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q7的2脚依次通过发光二极管RXD和电阻R13接地，非门控制芯片U4的12脚分别连接电阻R4和发送芯片U2的4脚，电阻R14另一端连接三极管Q6的1脚，三极管Q6的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q6的2脚依次通过发光二极管TXD和电阻R12接地；

非门控制芯片U4的2脚分别连接发送芯片U2的2脚和发送芯片U2的3脚，发送芯片U2的1脚分别连接电阻R17和与门控制芯片U7的5脚，电阻R17另一端和发送芯片U2的8脚均连接电压信号VCC2，发送芯片U2的5脚接地，发送芯片U2的6脚分别连接稳压二极管ZD3、电阻R11和排线JP3的1脚，电阻R11另一端连接电压信号VCC2，发送芯片U2的7脚分别连接稳压二极管ZD2、电阻R10和排线JP3的2脚，稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3和电阻R10另一端均接地，排线JP3的6脚通过滑动变阻器RC6连接电源电压信号，排线JP3的5脚接地，排线JP3的3脚分别连接电阻R9、稳压二极管ZD5和接收芯片U3的6脚，排线JP3的4脚分别连接电阻R8、稳压二极管ZD4和7脚，R8另一端、稳压二极管ZD4正极、稳压二极管ZD5正极、接收芯片U3的2脚、接收芯片U3的3脚和接收芯片U3的5脚均接地，电阻R9另一端和接收芯片U3的8脚均连接电压信号VCC2，接收芯片U3的1脚连接与门控制芯片U7的4脚，与门控制芯片U7的7脚接地，与门控制芯片U7的14脚连接电压信号VCC2，电压信号VCC2分别连接并补电容C10、并补电容C12和并补电容C14。