CN113609058A - 一种串口电路 - Google Patents

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CN113609058A CN202110871949.9A CN202110871949A CN113609058A CN 113609058 A CN113609058 A CN 113609058A CN 202110871949 A CN202110871949 A CN 202110871949A CN 113609058 A CN113609058 A CN 113609058A
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成印沙
韩学军
贾新钰
王鹏辉
朱新兵
马龙飞
孟景
周小磊
章世飞
林琳
李雅琼
李栋
炊川
夏运龙
张孟飞
申建亭
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Abstract

本发明涉及一种串口电路，属于串口通信设备技术领域。串口电路包括：与非门电路，与非门电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，第一输入端用于连接控制器的读写控制信号，第二输入端用于连接控制器的串口控制信号，与非门电路的输出端包括485接收使能输出端、485发送使能输出端、以及232收发使能输出端；至少一个485收发器，每个485收发器均包括一个485接收器和一个485发送器，各485接收器的使能端均连接485接收使能输出端，各485发送器的使能端均连接485发送使能输出端；至少一个232收发器，各232收发器的使能端连接232收发使能输出端。本发明的串口电路中485收发器和232收发器可以共用一个外部接口即可实现485通信和232通信，大大减少外部接口的数量。

Description

一种串口电路
技术领域
本发明涉及一种串口电路，属于串口通信设备技术领域。
背景技术
电力系统配网终端及低压产品必须具备一定数量RS485和RS232接口，方便接外设。为了减少串口数量，现有的串口RS485和RS232设计主要是通过以下三种方法实现：
一、设计一路外部串口接口包括一个RS485和RS232通讯接口，微控制器需要有两个UART接口，RS485和RS232通讯接口分别连接到微控制器的两个UART接口。但是该方式一路外部串口接口需要用到微控制器的两个UART接口，这就要求微控制器UART接口数量比实际需求增加一倍，对芯片选择造成不便。
二、设计一路外部串口接口包括一个RS485和RS232通讯接口，微控制器需要有一个UART接口，通过跳线选择连接到微控制器的对应RS485或RS232数据传输通道至相应的通讯接口。虽然该方式一路外部串口接口只用了一个微控制器UART接口，但跳线需要手动操作，在有的现场使用环境下需要打开控制器外壳进行跳线，存在可靠性低，使用不方便等缺点。
三、设计一路外部串口接口包括一个一个RS485和RS232通讯接口，微控制器需要有一个UART接口，通过软件选择连接到微控制器的对应RS485或RS232数据传输通道至相应的通讯接口。虽然该方式在方式二的基础上省去了跳线操作，但是外部的通讯接口接口不能合并，占用外部接口多，体积大。
因此，需要提出一种减少外部接口的串口电路的技术方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种串口电路，为减少外部接口的数量提出一种行之有效的技术方案。
为实现上述目的，本申请提出了一种串口电路的技术方案，串口电路包括：
与非门电路，与非门电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，第一输入端用于连接控制器的读写控制信号，第二输入端用于连接控制器的串口控制信号，与非门电路的输出端包括485接收使能输出端、485发送使能输出端、以及232收发使能输出端；当读写控制信号与串口控制信号均为高电平时，485接收使能输出端输出为低电平，其他情况下，485接收使能输出端输出为高电平；当读写控制信号为低电平，串口控制信号为高电平时，485发送使能输出端输出为高电平，其他情况下，485发送使能输出端输出为低电平；232收发使能输出端输出的高/低电平根据串口控制信号确定；
至少一个485收发器，每个485收发器均包括一个485接收器和一个485发送器，各485接收器的使能端均连接485接收使能输出端，各485发送器的使能端均连接485发送使能输出端；
至少一个232收发器，各232收发器的使能端均连接232收发使能输出端。
本发明的串口电路的技术方案的有益效果是：本发明通过与非门电路的逻辑进而控制485收发器和232收发器的使能端，在485收发器为接收使能、发送禁止或者接收禁止、发送使能的状态下，232收发器为高阻状态，阻断232收发器的通信；当232收发器为接收使能、发送使能时，485收发器为高阻状态，阻断485收发器的通信。本发明由于与非门的逻辑控制可以使得485收发器和232收发器可以进行切换通信，因此485收发器和232收发器可以共用一个外部接口即可实现485通信和232通信，大大减少外部接口的数量，减少设备体积。
进一步的，所述232收发使能输出端包括232接收使能输出端和232发送使能输出端，所述232收发器包括232接收器和232发送器，各232接收器的使能端均连接232接收使能输出端，各232发送器的使能端均连接232发送使能输出端，当串口控制信号为高电平时，232接收使能输出端输出为高电平，232发送使能输出端输出为低电平；当串口控制信号为低电平时，232接收使能输出端输出为低电平，232发送使能输出端输出为高电平。
进一步的，所述232收发使能输出端为一个端口，所述232收发器包括232接收器和232发送器，232接收器和232发送器的使能端均连接所述232收发使能输出端，当串口控制信号为高电平时，232收发使能输出端输出为高电平；当串口控制信号为低电平时，232收发使能输出端输出为低电平。
进一步的，所述与非门电路包括第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门，第一与非门的输入端连接控制器的读写控制端和串口控制端，输出端连接各485接收器的使能端；第二与非门的输入端连接第一与非门的输出端和控制器的串口控制端，输出端连接第三与非门的输入端，第三与非门的输出端连接各485发送器的使能端；第四与非门的输入端连接控制器的串口控制端，第四与非门的输出端连接各232发送器的使能端；各232接收器的使能端均连接控制器的串口控制端；所述读写控制端用于输出读写控制信号，所述串口控制端用于输出串口控制信号。
进一步的，所述与非门电路包括第一与非门、第二与非门和第三与非门，第一与非门的输入端连接控制器的读写控制端和串口控制端，输出端连接各485接收器的使能端；第二与非门的输入端连接第一与非门的输出端和控制器的串口控制端，输出端连接第三与非门的输入端，第三与非门的输出端连接各485发送器的使能端；各232收发器的使能端均连接控制器的串口控制端；所述读写控制端用于输出读写控制信号，所述串口控制端用于输出串口控制信号。
进一步的，串口电路中一个485收发器和一个232收发器为一组收发器，每组收发器的通信端汇集连接控制器的一个通信端。
进一步的，串口电路中一个485收发器和一个232收发器为一组收发器，每组收发器的总线端汇集连接一个外部接口。
进一步的，各外部接口集成在一个接线端子内。
进一步的，所述485收发器包括THVD1450E芯片。
进一步的，所述232收发器包括MAX3221E芯片。
附图说明
图1是本发明串口电路的原理图；
图2是本发明串口电路的电路结构图。
具体实施方式
串口电路实施例1：
本发明的主要构思在于，为了减少串口通信设备的外部接口，本发明通过一个与控制器连接的与非门电路、一个485收发器、一个232收发器、以及一个外部接口即可实现外部接口RS485和RS232的选择通信，其中通信类型通过控制器进行控制，与非门电路的输入端连接控制器的串口控制端和读写控制端，与非门的输出端连接485收发器和232收发器的使能端，通过控制485收发器或者232收发器为高阻状态或者导通状态实现了外部接口通信类型的切换，也即485收发器或者232收发器共用一个外部接口即可实现设备的485通信和232通信。
具体的，串口电路如图1、2所示，包括一个与非门电路、两个485收发器、两个232收发器、以及两个外部接口。两个485收发器为第一485收发器和第二485收发器，485收发器包括一个485接收器和一个485发送器；两个232收发器为第一232收发器和第二232收发器，232收发器包括一个232接收器和一个232发送器。485收发器包括THVD1450E芯片，232收发器包括MAX3221E芯片。两个外部接口为第一外部接口和第二外部接口。
第一外部接口与第二外部接口集成在一个接线端子CN1内，如图2所示，第一外部接口为接线端子CN1的引脚1和引脚2对应的接口，第二外部接口为接线端子CN1的引脚4和引脚5对应的接口。当然作为其他实施方式，每个外部接口也可单独设置接线端子，本发明对此不做限制。
与非门电路为两个输入端的与非门电路，包括THVD1450E芯片，与非门电路包括两个输入端和四个输出端；两个输入端分别为第一输入端和第二输入端，第一输入端连接控制器CPU(简称控制器)的读写控制端，用于接收控制器输出的读写控制信号
Figure BDA0003189534200000041
第二输入端连接控制器的串口控制端，用于接收控制器输出的串口控制信号
Figure BDA0003189534200000042
四个输出端为485接收使能输出端、485发送使能输出端、232接收使能输出端和232发送使能输出端，485接收使能输出端用于输出485接收使能信号
Figure BDA0003189534200000043
485发送使能输出端用于输出485发送使能信号DE，232接收使能输出端用于输出232接收使能信号
Figure BDA0003189534200000044
232发送使能输出端用于输出232发送使能信号
Figure BDA0003189534200000045
各485接收器的使能端均连接485接收使能输出端，各485发送器的使能端均连接485发送使能输出端，各232接收器的使能端均连接232接收使能输出端，各232发送器的使能端均连接232发送使能输出端。
具体的，与非门电路包括第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门。
第一与非门的输入端连接控制器的读写控制端和控制器串口控制端，输出端(即485接收使能输出端)连接各485接收器的使能端；
第二与非门的输入端连接第一与非门的输出端和控制器的串口控制端，输出端连接第三与非门的输入端，第三与非门的输出端(即485发送使能输出端)连接各485发送器的使能端；
第四与非门的输入端连接串口控制端，第四与非门的输出端(也即232发送使能输出端)连接各232发送器的使能端；各232接收器的使能端均连接控制器的串口控制端(也即232接收使能输出端)。
串口电路中一个485收发器和一个232收发器为一组收发器，每组收发器的通信端汇集连接控制器的一个通信端，每组收发器的总线端汇集连接一个外部接口。具体的第一485收发器和第一232收发器的通信端汇集后连接控制器的第一通信端(包括输入RXD1和输出TXD1)，第二485收发器和第二232收发器的通信端汇集后连接控制器的第二通信端(包括输入RXD2和输出TXD2)。第一485收发器和第一232收发器的总线端汇集后连接第一外部接口(包括RS485A1/RS232RXD1、RS485B1/RS232TXD1)，第二485收发器和第二232收发器的总线端汇集后连接第二外部接口(包括RS485A2/RS232RXD2、RS485B2/RS232TXD2)。
与非门的逻辑为：当读写控制信号
Figure BDA0003189534200000051
与串口控制信号
Figure BDA0003189534200000052
均为高电平1时，485接收使能输出端输出的485接收使能信号
Figure BDA0003189534200000053
为低电平0，其他情况下，485接收使能信号
Figure BDA0003189534200000054
为高电平1；当读写控制信号
Figure BDA0003189534200000055
为低电平0，串口控制信号
Figure BDA0003189534200000056
为高电平1时，485发送使能输出端输出的485发送使能信号DE为高电平1，其他情况下，485发送使能信号DE为低电平0；232接收使能输出端输出的232接收使能信号
Figure BDA0003189534200000057
的高/低电平与串口控制信号
Figure BDA0003189534200000058
相同；第四与非门输出端输出的信号
Figure BDA0003189534200000059
的高/低电平与串口控制信号
Figure BDA00031895342000000510
相反。
具体与非门电路的逻辑如表一所示：
表一与非门电路的逻辑
Figure BDA00031895342000000511
本发明实现485通信和232通信的切换原理如下：
当需要RS485通信，且为监听状态时：控制器控制
Figure BDA00031895342000000512
置高电平1，控制
Figure BDA00031895342000000513
置高电平1，则
Figure BDA00031895342000000514
为低电平0、DE为低电平0，
Figure BDA00031895342000000515
经过非门后成为高电平1，使得485收发器接受使能，发送禁止(485收发器为高电平导通)；同时，
Figure BDA00031895342000000516
为低电平0、
Figure BDA00031895342000000517
为高电平1，由于232接收器的使能端为高电平，232发送器为低电平时，232收发器为高阻状态(关于232发送器的控制结构较为复杂，但是仅仅一个使能端即可控制232收发器的状态，因此附图2中将MAX3221E的发送器的结构进行简化，只画出一个控制使能端)，因此此时232收发器为双向输出高阻，不影响485收发器通信。
当需要RS485通信，且为发送状态时：控制器控制
Figure BDA00031895342000000518
置高电平1，控制
Figure BDA00031895342000000519
置低电平0，则
Figure BDA00031895342000000520
为高电平、DE为高电平，
Figure BDA00031895342000000521
经过非门后成为低电平0，使得485收发器发送使能，接收禁止；同时，
Figure BDA00031895342000000522
为低电平0、
Figure BDA00031895342000000523
为高电平1，232收发器为双向输出高阻，不影响485收发器通信。
当需要RS232通信，且为全双工状态时：控制器控制
Figure BDA0003189534200000061
置低电平0，控制
Figure BDA0003189534200000062
置高或低电平1/0，则
Figure BDA0003189534200000063
为高电平1、DE为低电平0，
Figure BDA0003189534200000064
经过非门后成为低电平0，使得485收发器为双向输出高阻；同时，
Figure BDA0003189534200000065
为高电平1、
Figure BDA0003189534200000066
为低电平0，由于232接收器的使能端为低电平，232发送器为高电平时，232收发器为双向导通状态，因此此时232收发器为双向输出使能状态。
控制器的UART接口(UART接口内设置通信端)、以及串口控制端和读写控制端连接到本发明提出的串口电路(即数字电路)上，通过控制器串口控制信号和读写控制信号的控制，在485收发器为导通、232收发器为高阻状态下时，可以将控制器的TTL信号转换为RS485信号并传输到外部接口、或者接收外部接口的485信号输入控制器中，同时阻断RS232信号；在232收发器为导通、485收发器为高阻状态下时，可以将TTL信号转换为RS232信号并传输到外部接口、或者接收外部接口的232信号输入控制器中，同时阻断RS485信号。
关于485收发器、232收发器、与非门电路的具体实现形式，本发明不做限制，能够实现相应的功能即可。
本发明实现了可不拆装置(装置为配电网自动化远方终端，低压保护测控装置等串口通信设备)即可改变通信方式，安全可靠；外部通信接口合并，减少端子，节省了空间；并且串口电路的一组通信端连接一个控制器的UART接口，UART接口数量要求降到最低，优化装置设计方案。
串口电路实施例2：
本实施例提出的串口电路与实施例1的不同之处在于，与非门电路中与非门的数量，针对上述MAX3221E芯片使能控制的特殊性，232接收器的使能端为高电平，232发送器为低电平时，232收发器为高阻状态，232接收器的使能端为低电平，232发送器为高电平时，232收发器为双向导通状态，因此关于232收发器的使能需要第四与非门，而本实施例中，232发送器的使能端无需另外增加使能信号，与232接收器采用同一使能信号即可完成232收发器的使能控制，也即232发送器的使能端和232接收器的使能端均连接232接收使能输出端以接收输出的232接收使能信号
Figure BDA0003189534200000067
无需第四与非门。
具体的，与非门电路包括第一与非门、第二与非门和第三与非门。
第一与非门的输入端连接控制器的读写控制端和串口控制端，输出端连接各485接收器的使能端；
第二与非门的输入端连接第一与非门的输出端和控制器的串口控制端，输出端连接第三与非门的输入端，第三与非门的输出端连接各485发送器的使能端；各232收发器(包括232接收器和232发送器)的使能端均连接控制器的串口控制端。
由于只有一个232使能输出端，因此232接收使能输出端和232发送使能输出端统称为232收发使能输出端，当串口控制信号为高电平时，232收发使能输出端输出为高电平；当串口控制信号为低电平时，232收发使能输出端输出为低电平。
本实施例在实施例1的基础上减少了与非门的数量，简化了电路结构，更加实用。

Claims (10)

1.一种串口电路，其特征在于，包括：
与非门电路，与非门电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，第一输入端用于连接控制器的读写控制信号，第二输入端用于连接控制器的串口控制信号，与非门电路的输出端包括485接收使能输出端、485发送使能输出端、以及232收发使能输出端；当读写控制信号与串口控制信号均为高电平时，485接收使能输出端输出为低电平，其他情况下，485接收使能输出端输出为高电平；当读写控制信号为低电平，串口控制信号为高电平时，485发送使能输出端输出为高电平，其他情况下，485发送使能输出端输出为低电平；232收发使能输出端输出的高/低电平根据串口控制信号确定；
至少一个485收发器，每个485收发器均包括一个485接收器和一个485发送器，各485接收器的使能端均连接485接收使能输出端，各485发送器的使能端均连接485发送使能输出端；
至少一个232收发器，各232收发器的使能端均连接232收发使能输出端。
2.根据权利要求1所述的串口电路，其特征在于，所述232收发使能输出端包括232接收使能输出端和232发送使能输出端，所述232收发器包括232接收器和232发送器，各232接收器的使能端均连接232接收使能输出端，各232发送器的使能端均连接232发送使能输出端，当串口控制信号为高电平时，232接收使能输出端输出为高电平，232发送使能输出端输出为低电平；当串口控制信号为低电平时，232接收使能输出端输出为低电平，232发送使能输出端输出为高电平。
3.根据权利要求1所述的串口电路，其特征在于，所述232收发使能输出端为一个端口，所述232收发器包括232接收器和232发送器，232接收器和232发送器的使能端均连接所述232收发使能输出端，当串口控制信号为高电平时，232收发使能输出端输出为高电平；当串口控制信号为低电平时，232收发使能输出端输出为低电平。
4.根据权利要求2所述的串口电路，其特征在于，所述与非门电路包括第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门，第一与非门的输入端连接控制器的读写控制端和串口控制端，输出端连接各485接收器的使能端；第二与非门的输入端连接第一与非门的输出端和控制器的串口控制端，输出端连接第三与非门的输入端，第三与非门的输出端连接各485发送器的使能端；第四与非门的输入端连接控制器的串口控制端，第四与非门的输出端连接各232发送器的使能端；各232接收器的使能端均连接控制器的串口控制端；所述读写控制端用于输出读写控制信号，所述串口控制端用于输出串口控制信号。
5.根据权利要求1或3所述的串口电路，其特征在于，所述与非门电路包括第一与非门、第二与非门和第三与非门，第一与非门的输入端连接控制器的读写控制端和串口控制端，输出端连接各485接收器的使能端；第二与非门的输入端连接第一与非门的输出端和控制器的串口控制端，输出端连接第三与非门的输入端，第三与非门的输出端连接各485发送器的使能端；各232收发器的使能端均连接控制器的串口控制端；所述读写控制端用于输出读写控制信号，所述串口控制端用于输出串口控制信号。
6.根据权利要求1所述的串口电路，其特征在于，串口电路中一个485收发器和一个232收发器为一组收发器，每组收发器的通信端汇集连接控制器的一个通信端。
7.根据权利要求1所述的串口电路，其特征在于，串口电路中一个485收发器和一个232收发器为一组收发器，每组收发器的总线端汇集连接一个外部接口。
8.根据权利要求7所述的串口电路，其特征在于，各外部接口集成在一个接线端子内。
9.根据权利要求1所述的串口电路，其特征在于，所述485收发器包括THVD1450E芯片。
10.根据权利要求2所述的串口电路，其特征在于，所述232收发器包括MAX3221E芯片。
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