CN109557859A - 基于rs-485通信的简易通用电路 - Google Patents

基于rs-485通信的简易通用电路 Download PDF

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严春南
张民恕
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Abstract

本发明公开了基于RS‑485通信的简易通用电路，包括逻辑转换单元、MCU和RS‑485通信单元，逻辑转换单元包括逻辑转换电路，RS‑485通信单元包括通信芯片以及与RS‑485通信电路，逻辑转换电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、三极管，第一电阻的一端和第二电阻的一端均连接至MCU，第二电阻的另一端和第三电阻的一端均连接至三极管的基极，三极管的发射极和第三电阻的另一端均接地，三极管的集电极和第一电阻的另一端均连接至RS‑485通信电路，RS‑485通信电路连接通信芯片。本发明通过选择焊接几个元器件便可以实现通信程序与RS‑485通信模块电路的兼容性，实用性较高。

Description

基于RS-485通信的简易通用电路
技术领域
本发明涉及一种RS-485通信技术领域，尤其涉及一种基于RS-485通信的简易通用电路。
背景技术
目前，1983年电子工业联盟在RS-422基础上制定并发布了RS-485标准。并由通信工业协会修订后命名为TIA/EIA-485-A，习惯称之为RS-485协议。RS-485标准数据信号采用差分传输，也称作平衡传输，由于RS-485的远距离、多节点以及传输线成本低的特性，使得其广泛运用于工业自动化与数据自动采集领域(包括各种智能仪表，比如电表、水表、气表的远程数据采集)。
虽然随着科技的进步，社会越来越急需复合型人才，但是专业性人才的存在具有其的必要性、普遍性。这也注定了多数企业软件工程师和硬件工程师并存的现状。对于软件工程师和硬件工程师并存的企业，多数硬件工程师只需要设计原理图、PCB既可，无需掌握相关程序的编写工作。故若硬件和软件不兼容，硬件无法及时修改的情况下，便需要软件工程师协助修改程序，造成任务量的增加，且存在软件工程师也同样无法及时修改软件的情况，延误项目进度。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于RS-485通信的简易通用电路，其可克服现有技术对RS-485通信模块硬件与MCU程序逻辑序列不兼容的问题。
本发明采用如下技术方案实现：
基于RS-485通信的简易通用电路，包括逻辑转换单元、MCU和RS-485通信单元，所述逻辑转换单元包括至少一组逻辑转换电路，所述RS-485通信单元包括通信芯片以及用于发送、接收、收发控制的三路RS-485通信电路，每一组所述逻辑转换电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、三极管，所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端均连接至所述MCU的对应I/O口，所述第二电阻的另一端和所述第三电阻的一端均连接至所述三极管的基极，所述三极管的发射极和所述第三电阻的另一端均接第一直流地，所述三极管的集电极和所述第一电阻的另一端均连接至对应的所述RS-485通信电路，所述RS-485通信电路连接所述通信芯片。
进一步地，所述逻辑转换电路的数量和RS-485通信电路的数量均为三组。
进一步地，所述RS-485通信电路包括第四电阻、第五电阻、光耦和电容，所述三组RS-485通信电路包括两组第一RS-485通信电路和一组第二RS-485通信电路，所述第一RS-485通信电路的第四电阻的一端连接所述第一电阻的另一端，所述第四电阻的另一端连接所述光耦的第二引脚，所述光耦的第一引脚连接第一直流电源，所述光耦的第五引脚、所述第五电阻的一端和所述电容的一端均连接第二直流电源，所述第五电阻的另一端连接所述光耦的第四引脚，所述电容的另一端、所述光耦的第三引脚均接第二直流地；所述光耦的第四引脚还连接通信芯片的对应I/O口；第二RS-485通信电路的光耦的第四引脚、所述第四电阻的一端连接所述第一电阻的另一端，所述光耦的第五引脚、所述第四电阻的另一端与所述电容的一端均连接第一路直流电源，所述光耦的第三引脚、所述电容的另一端均接第一直流地，所述光耦的第一引脚连接第二直流电源，所述光耦的第二引脚连接第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接通信芯片的对应I/O口。
进一步地，所述通信芯片的型号为SN75176。
进一步地，所述光耦的型号为TPL2309。
进一步地，所述第一直流电源为3.3V，第二直流电源为5V。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明不需要硬件工程师或者测试工程师明白内部通信信号逻辑序列，也无需软件工程师修改程序逻辑序列，只要确保RS-485通信程序可以工作，通过选择焊接几个元器件便可以实现通信程序与RS-485通信模块电路的兼容性，实用性较高。
附图说明
图1为本发明的基于RS-485通信的简易通用电路的模块结构图；
图2为本发明的第一组逻辑转换电路的电路结构图；
图3为本发明的第二组逻辑转换电路的电路结构图；
图4为本发明的第三组逻辑转换电路的电路结构图；
图5为本发明的RS-485通信单元的电路结构图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1所示，本发明提供基于RS-485通信的简易通用电路，包括逻辑转换单元、MCU和RS-485通信单元。逻辑转换单元包括至少一组逻辑转换电路，RS-485通信单元包括通信芯片以及用于发送、接收、收发控制的三路RS-485通信电路，每一组逻辑转换电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、三极管，第一电阻的一端和第二电阻的一端均连接至MCU的对应I/O口，所述第二电阻的另一端和第三电阻的一端均连接至三极管的基极，三极管的发射极和第三电阻的另一端均接第一直流地，三极管的集电极和第一电阻的另一端均连接至对应的RS-485通信电路，RS-485通信电路连接所述通信芯片。
RS-485通信电路包括第四电阻、第五电阻、光耦和电容。三组RS-485通信电路包括两组第一RS-485通信电路和一组第二RS-485通信电路，第一RS-485通信电路用于接收信号(TXD1)和收发控制信号(RTS1)：第四电阻的一端连接所述第一电阻的另一端，第四电阻的另一端连接光耦的第二引脚，光耦的第一引脚连接第一直流电源，光耦的第五引脚、第五电阻的一端和电容的一端均连接第二直流电源，第五电阻的另一端连接光耦的第四引脚，电容的另一端、光耦的第三引脚均接第二直流地；光耦的第四引脚还连接通信芯片的对应I/O口；对于第二RS-485通信电路，用于发送信号(RXD1)：光耦的第四引脚、第四电阻的一端连接第一电阻的另一端，光耦的第五引脚、第四电阻的另一端与电容的一端均连接第一路直流电源，光耦的第三引脚、电容的另一端均接第一直流地，光耦的第一引脚连接第二直流电源，光耦的第二引脚连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接通信芯片的对应I/O口。
作为本发明优选的实施方式，本发明中逻辑转换电路的数量优选为三组。结合图2至图5，第一组逻辑转换电路包括电阻R11、电阻R12、电阻R17和三极管Q1，电阻R11的一端和电阻R12的一端均连接至MCU的对应I/O口，电阻R12的另一端和电阻R17的一端均连接至三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极和电阻R17的另一端均接第一直流地，三极管Q1的集电极和电阻R11的另一端均连接至对应的RS-485通信电路，RS-485通信电路连接通信芯片。第二组逻辑转换电路包括电阻R9、电阻R13、电阻R15和三极管Q2，电阻R9的一端和电阻R13的一端均连接至MCU的对应I/O口，电阻R13的另一端和电阻R15的一端均连接至三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极和电阻R15的另一端均接第一直流地，三极管Q2的集电极和电阻R9的另一端均连接至对应的RS-485通信电路，RS-485通信电路连接通信芯片。第三组逻辑转换电路包括电阻R10、电阻R14、电阻R16和三极管Q3，电阻R10的一端和电阻R14的一端均连接至MCU的对应I/O口，电阻R14的另一端和电阻R16的一端均连接至三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极和电阻R16的另一端均接第一直流地，三极管Q3的集电极和电阻R10的另一端均连接至对应的RS-485通信电路，RS-485通信电路连接通信芯片U3。
用于收发控制信号的RS-485通信电路包括电阻R7、电阻R6、光耦U4和电容C4，电阻R7的一端连接电阻R11的另一端，电阻R7的另一端连接光耦U4的第二引脚，光耦U4的第一引脚连接第一直流电源，光耦U4的第五引脚、电阻R6的一端和电容C4的一端均连接第二直流电源，电阻R6的另一端连接光耦的第四引脚，电容C4的另一端、光耦U4的第三引脚均接第二直流地；光耦U4的第四引脚还连接通信芯片U3的收发控制引脚DE以及RE。
用于接收信号的RS-485通信电路包括电阻R3、电阻R2、光耦U1和电容C1，电阻R3的一端连接电阻R9的另一端，电阻R3的另一端连接光耦U1的第二引脚，光耦U1的第一引脚连接第一直流电源，光耦U1的第五引脚、电阻R2的一端和电容C1的一端均连接第二直流电源，电阻R2的另一端连接光耦的第四引脚，电容C1的另一端、光耦U1的第三引脚均接第二直流地；光耦U1的第四引脚还连接通信芯片U3的接收引脚DI。
用于发送信号的RS-485通信电路包括电阻R4、电阻R1、光耦U2和电容C2，电阻R1的一端连接电阻R10的另一端以及光耦U2的第四引脚，光耦U2的第一引脚连接第二直流电源，光耦U2的第五引脚、电阻R1的另一端和电容C2的一端均连接第一直流电源，电容C2的另一端、光耦U2的第三引脚均接第一直流地；电阻R4的一端连接光耦U2的第二引脚，电阻R4的另一端连接通信芯片U3的发送引脚RO。
第一直流电源为3.3V，第二直流电源为5V。
本发明中，光耦的型号优选但不限于TPL2309，通信芯片U3的型号优选但不限于SN75176。
对于逻辑转换单元，采用三个完全一样的电路来控制三个通信信号，使用原理相同，下面以第一组逻辑转换电路为例进行说明：第一组逻辑转换电路用于控制RS-485通信单元收发控制RTX1信号。当选择焊接0欧姆的电阻R11时，MCU的引脚信号USART1_CTR直接连接收发控制信号RTX1，MCU模块引脚信号输出状态与RTX1信号状态一致，也即引脚信号USART1_CTR为高电平时，收发控制信号RTX1也为高电平；当选择不焊接0欧姆的电阻R11时，焊接R12、R17以及Q1时，当连接MCU的引脚信号USART1_CTR为高电平时，此时收发控制信号RTX1为低电平，与信号USART1_CTR相反，从而实现引脚信号的逻辑转换。
对于RS-485通信单元，为了实现RS-485通信电路正常工作，需要MCU来进行信号的收发控制，实际使用中，为了防止干扰，保证RS-485通信单元的稳定工作，在MCU与RS-485通信模块的通信芯片U3的通信信号需要经过光耦(U1、U2和U4)进行转换。通常情况下，MCU模块与RS-485通信模块之间的通信信号线为三个，一个用作信号接收，一个用作信号发送，最后一个用作收发控制。对于RS-485通信电路，三个信号线必须满足一定的时序以及逻辑序列，才能保证RS-485通信电路的稳定工作，比如：用于RS-485通信电路的集成芯片的收发控制信号RTS1，也即对于光耦U4来说，RTX1为低电平时，RTS1为低电平；RTX1为高电平时，RTS1为高电平。当RS-485通信电路直接与MCU相连接时，RTX1的高低电平来自MCU内部程序逻辑0或者1数字信号的控制。在RS-485通信电路三个信号满足需求时序的情况下，当用于收发控制的信号RTS1符合数据接收以及发送的逻辑序列时，RS-485通信电路正常工作；当用于收发控制的信号RTS1违背数据接收以及发送的逻辑序列时，RS-485通信电路无法工作，此种情况下，逻辑转换模块便可以根据需要进行选择性焊接元器件来完成需求逻辑序列的转换，进而实现RS-485通信电路的正常工作。本发明RS-485通信单元的通信芯片采用的是SN75176集成芯片，但是实际并不局限于该集成芯片。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (6)

1.基于RS-485通信的简易通用电路，其特征在于，包括逻辑转换单元、MCU和RS-485通信单元，所述逻辑转换单元包括至少一组逻辑转换电路，所述RS-485通信单元包括通信芯片以及与所述逻辑转换电路相同数量且一一对应的RS-485通信电路，每一组所述逻辑转换电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、三极管，所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端均连接至所述MCU的对应I/O口，所述第二电阻的另一端和所述第三电阻的一端均连接至所述三极管的基极，所述三极管的发射极和所述第三电阻的另一端均接第一直流地，所述三极管的集电极和所述第一电阻的另一端均连接至对应的所述RS-485通信电路，所述RS-485通信电路连接所述通信芯片。
2.如权利要求1所述的简易通用电路，其特征在于，所述逻辑转换电路的数量和RS-485通信电路的数量均为三组。
3.如权利要求2所述的简易通用电路，其特征在于，所述RS-485通信电路包括第四电阻、第五电阻、光耦和电容，所述三组RS-485通信电路包括两组第一RS-485通信电路和一组第二RS-485通信电路，所述第一RS-485通信电路的第四电阻的一端连接所述第一电阻的另一端，所述第四电阻的另一端连接所述光耦的第二引脚，所述光耦的第一引脚连接第一直流电源，所述光耦的第五引脚、所述第五电阻的一端和所述电容的一端均连接第二直流电源，所述第五电阻的另一端连接所述光耦的第四引脚，所述电容的另一端、所述光耦的第三引脚均接第二直流地；所述光耦的第四引脚还连接通信芯片的对应I/O口；第二RS-485通信电路的光耦的第四引脚、所述第四电阻的一端连接所述第一电阻的另一端，所述光耦的第五引脚、所述第四电阻的另一端与所述电容的一端均连接第一路直流电源，所述光耦的第三引脚、所述电容的另一端均接第一直流地，所述光耦的第一引脚连接第二直流电源，所述光耦的第二引脚连接第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接通信芯片的对应I/O口。
4.如权利要求3所述的简易通用电路，其特征在于，所述通信芯片的型号为SN75176。
5.如权利要求3所述的简易通用电路，其特征在于，所述光耦的型号为TPL2309。
6.如权利要求5所述的简易通用电路，其特征在于，所述第一直流电源为3.3V，第二直流电源为5V。
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