CN113836063A - 一种基于双uart的rs-485信号线极性自适应实现装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于双UART的RS‑485信号线极性自适应实现装置，包括RS485收发器和MCU，所述的装置还包括用于接收RS‑485反极性信号的转换电路，该转换电路接在双路UART的其中一路UART和RS‑485收发器之间。与现有技术相比，本发明具有布线快捷，省时省力等优点。

Description

一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置

技术领域

本发明涉及RS-485总线，尤其是涉及一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置。

背景技术

RS-485总线是常用的通信线路，在仪表、照明等行业有很广泛的应用。在一般的应用中，都是将RS-485信号通过收发器和CMOS信号或TTL信号进行转换，然后与MCU连接。在实际的RS-485控制系统布线时，如果两根信号线A和B接反，将不能正常通信。但是现场接线时又一般不带电接线，要上电后才能发现问题。这样如果接错了，就要重新断电后进行纠正，非常麻烦。

在实际实用中，经常使用MCU进行RS-485通信。由于RS-485使用差分信号进行传输，而普通MCU采用CMOS或TTL信号，需要使用RS-485收发器对信号进行转换。典型的RS-485信号收发器结构如图1所示。

在图1的收发器示意图中，A、B接RS-485总线，R、RE、DE、D接MCU。由于接收和发送不会同时进行，因此器件设计时RE和DE分别是低电平有效和高电平有效，这样，在有些情况下，可将两个信号接在一起，实现一个控制信号切换输入输出。R是收发器将RS-485信号转换成COMS或TTL电平的输出，用于接MCU的UART输入端口(RXD)，D是收发器将CMOS或TTL电平转换成RS-485信号的输入，用于接MCU中UART的输出信号(TXD)。典型的MCU与RS-485收发器的接线图如图2所示。

在实际布线施工时，当将RS-485总线的两个信号线A、B接反时，无论有无隔离，都会使MCU接收到的R信号反向，同时MCU输出的信号到总线上，也会是反向信号。

如果接收到反向信号，MCU就不能解析出正确的数据，通信就会失败。

现有技术中为防止接错，常用的解决办法有4种：

1)是采用可以防接错的接线端子(如航空插座等)，生产设备时，用导线将需要连接的信号连接到外部端子，由设备生产商保证不出错。在实际装配时，直接连接端子，就可保证不会接错。这种方式由于需要增加成本较高的端子，只在较昂贵的设备或者需要经常拔插的应用时才会采用，而在常规产品中不宜采用。

2)在导线上印上各个信号的代号，这些代号与设备上的代号统一。这样装配时根据代号对号入座，不易装错。由于印上代号的线缆限制了导线的使用，因此这样的电缆厂家很少生产，需要订制，成本较高；另外各个厂家的代号可能不统一，也限制了实际的使用。

3)在装配前，给每根导线用不干胶纸或其材料贴上标识，标识的代号与设备上的代号统一。这样装配时根据标识进行装配，则不易装错。这是最常用的方法，但是每次装配需要额外的贴标识的步骤。另外，在装配时穿线、拖动过程中，有时标识也会脱落，需要重新处理，浪费时间。

4)采用几根线皮颜色都不相同的导线，在装配前，给每种颜色对应一种信号进行装配。这种方法也比较常用，但是经常出错。为了防止接错，需要接线后再进行核对，浪费工时。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置，包括RS485收发器和MCU，所述的装置还包括用于接收RS-485反极性信号的转换电路，该转换电路接在双路UART的其中一路UART和RS-485收发器之间。

优选地，所述的装置还包括第一UART接口和第二UART接口，所述转换电路为设在MCU外部的极性转换电路，所述的第一UART接口和第二UART接口均设在MCU中，所述的第一UART接口直接与RS485收发器连接，所述的第二UART接口通过MCU外部的极性转换电路与RS485收发器连接。

优选地，所述的装置还包括均设置在MCU中的第一UART接口和第二UART接口，所述的转换电路为设在MCU内部的极性切换电路，所述的第一UART接口直接与RS485收发器连接，所述的第二UART接口通过MCU内部的极性切换电路与RS485收发器连接。

优选地，所述的第二UART接口包括第二UART的接收电路、第二UART的发送电路，所述的内部极性切换电路包括发送端口的内部极性切换电路、接收端口的内部极性切换电路，所述的第二UART的发送电路通过发送端口的内部极性切换电路与RS485收发器连接，所述的第二UART的接收电路通过接收端口的内部极性切换电路与RS485收发器连接。

优选地，所述的装置还包括均设置在MCU中的第一UART接口、第二UART接口，所述的第一UART接口直接与RS485收发器连接，所述的第二UART接口包括分别与RS485收发器连接的有极性切换功能的UART发送电路、有极性切换功能的UART接收电路。

优选地，所述的装置还包括一个具有极性切换功能的MCU内部UART接口、一个MCU外部UART控制器，所述的MCU内部UART接口直接与RS485收发器连接，所述的MCU外部UART控制器一端通过连接总线与MCU连接，另一端与RS485收发器连接。

优选地，所述的装置还包括MCU内部UART接口、MCU外部UART控制器，所述的转换电路为MCU外部极性切换电路，所述的MCU外部极性切换电路设在MCU内部UART接口与RS485收发器之间，或者设在MCU外部UART控制器一端与RS485收发器之间，所述的MCU外部UART控制器另一端与MCU连接。

优选地，所述的装置包括一个具有极性切换功能的第一外部UART控制器、一个第二外部UART控制器，所述的第一外部UART控制器一端、第二外部UART控制器一端分别与RS485收发器连接，所述的第一外部UART控制器另一端、第二外部UART控制器另一端通过统一总线或者各自独立总线与MCU连接。

优选地，所述的装置还包括第一MCU外部UART控制器、第二MCU外部UART控制器，所述的转换电路为MCU外部极性转换电路，所述的第一MCU外部UART控制器一端通过MCU外部极性切换电路与RS485收发器连接，所述的第二MCU外部UART控制器一端直接与RS485收发器连接，所述的第一MCU外部UART控制器另一端、第二MCU外部UART控制器另一端通过统一总线或者各自独立总线与MCU连接。

优选地，所述的装置还包括隔离电路，该隔离电路设在RS485收发器与MCU之间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)目前有正向输入和反向输入有区分的接线方法，在接线错误后，尤其在操作困难的环境，如照明系统，因为空间位置和走线复杂，使得纠错非常困难，成本颇高，本发明很好地解决了上述问题；

2)在现场布线或维修时，不用区分两根线，布线快捷，省时省力；

3)因为两根线不需要区分，对线材无色标等要求，方便采购、库存和管理。

附图说明

图1为典型的RS-485收发电路；

图2为典型的MCU的与RS-485收发器的接线图；

图3为使用外部极性切换电路示意图；

图4为使用内部极性切换电路示意图；

图5为接收和发送使用分开控制的内部极性切换电路示意图；

图6为UART接收和发送内部包含极性切换的电路示意图；

图7为外接UART控制器电路示意图；

图8为外接UART控制器和极性切换电路的一种示意图；

图9为外接UART控制器和极性切换电路的另一种示意图；

图10为外接双UART控制器电路的一种示意图；

图11为外接双UART控制器电路的另一种示意图；

图12为外接双UART控制器和极性切换电路的一种示意图；

图13为外接双UART控制器和极性切换电路的另一种示意图；

图14为带隔离电路外部的极性切换电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明为一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置，支持RS-485信号A和B互换，解决接反引起的麻烦。采用本发明时，RS-485的两根通信线A、B可以不进行区分，由MCU进行判断。本发明采用双路UART进行接收，一路UART使用正向接收，另一路UART使用反向接收，如图3所示。本发明可用于DMX电源、DMX控制器或其它使用到RS-485的情形。

实现步骤如下：

1.先禁止至少一路UART的输出(避免两个输出同时输出到RS-485的发送输入脚)，使能两路UART的输入；

2.在接收数据过程中，如果正向UART接收到正确的数据帧，则确认为极性正确；若反向UART接收到正确的数据帧，则确认为极性相反。

3.如果极性正确，则使能正向UART的发送脚，发送数据时使用正向UART进行发送；如果极性相反，则使用反向UART的发送脚，发送数据时使用反向UART的发送。

4.确定极性后，根据需要，可保持当前极性或继续进行正反两种极性的接收。

在图3中，a为外部极性转换电路或切换电路。极性切换电路除可使用外部电路外，也可以使用MCU内部电路，如图4所示。

在图4中，a为内部极性切换电路，b为内部极性控制信号，c为UART2的接收电路，d为UART2的发送电路。

另外，UART2的极性切换电路的输入和输出也可以分开控制，如图5所示。图5中，a为发送端口的内部极性切换电路，b为发送端口内部极性控制信号，c为UART2的接收电路，d为UART2的发送电路，e为内部接收电路极性切换电路，f为接收端口内部极性控制信号。

对于内部的极性切换，也可以使用发送电路的切换电路包含在发送电路中而接收电路的切换电路包含接收电路中的UART接口，如图6所示。在图6中，a为有极性切换功能的UART发送电路，b为有极性切换功能的UART接收电路。c为UART2的发送极性切换电路，d为UART2的发送电路除极性切换电路外的其它部分，e为UART2的接收极性切换电路，f为UART2的接收电路除极性切换电路外的其它部分。

对于双路UART，也可以是一路为MCU内部的UART，另一路是外接UART控制器，如图7所示。在图7中，a为外接UART与MCU的连接总线，可包含数据总线、控制总线，可包含地址总线或不包含地址总线。b为外部UART控制器。在这种情况下，内部和外部UART中，至少有一个要有极性切换功能。

如果内部和外部UART都没有极性切换功能，也可将图7中的外部UART电路直接设计为只接收反极性信号，同样可以实现相应功能。

如果内部和外部UART都没有极性切换功能，也无法接收反极性信号，则可在外部或内部UART与RS-485收发器之间串联一个极性切换电路或极性转换电路，如图8、图9所示。

在图8和图9中，a为外部UART控制器与MCU的连接总线，可包含数据总线、控制总线，可包含地址总线或不包含地址总线。b为外部UART控制器。c为外部极性转换电路或极性切换电路，d为MCU发送的控制信号。

对于双UART，也可都采用外部UART控制器，如图10、图11所示。在图10中，a为外接UART与MCU的连接总线，可包含数据总线、控制总线，可包含地址总线或不包含地址总线。b为第一个外部UART控制器，c为第二个UART控制器。在图11中，a为与第一个UART控制器连接的总线，b为第一个外部UART控制器，c为第二个UART控制器，d为与第二个UART控制器连接的总线。这种情况下，外部UART至少有一路可以切换极性。

采用两个外部UART控制器时，也可采用不能控制极性的UART控制器，此时需要外加一个极性转换电路或极性切换电路，如图12、图13所示。在图13中，d为与第二个UART控制器连接的总线。在图12中，a为外接UART控制器与MCU的连接总线；在图13中，a为外接第一UART控制器与MCU的连接总线，d为外接第二UART控制器与MCU的连接总线。这些总线可包含数据总线、控制总线，可包含地址总线或不包含地址总线。在图12和图13中，b为第一个外部UART控制器，c为第二个UART控制器。e为外部极性转换电路或极性切换电路，f为MCU发送的控制信号。

对于上述所有电路，都可增加隔离电路，进一步提高数据传输的安全性。如图3电路，增加隔离电路后如图14所示。其它电路增加隔离与之类似。

在极性分析时，也可以只使能一路UART，分析为与当前UART极性相反时，关闭当前UART，使能另一路UART继续进行接收。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置，包括RS485收发器和MCU，其特征在于，所述的装置还包括用于接收RS-485反极性信号的转换电路，该转换电路接在双路UART的其中一路UART和RS-485收发器之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置，其特征在于，所述的装置还包括第一UART接口和第二UART接口，所述转换电路为设在MCU外部的极性转换电路，所述的第一UART接口和第二UART接口均设在MCU中，所述的第一UART接口直接与RS485收发器连接，所述的第二UART接口通过MCU外部的极性转换电路与RS485收发器连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置，其特征在于，所述的装置还包括均设置在MCU中的第一UART接口和第二UART接口，所述的转换电路为设在MCU内部的极性切换电路，所述的第一UART接口直接与RS485收发器连接，所述的第二UART接口通过MCU内部的极性切换电路与RS485收发器连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置，其特征在于，所述的第二UART接口包括第二UART的接收电路、第二UART的发送电路，所述的内部极性切换电路包括发送端口的内部极性切换电路、接收端口的内部极性切换电路，所述的第二UART的发送电路通过发送端口的内部极性切换电路与RS485收发器连接，所述的第二UART的接收电路通过接收端口的内部极性切换电路与RS485收发器连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置，其特征在于，所述的装置还包括均设置在MCU中的第一UART接口、第二UART接口，所述的第一UART接口直接与RS485收发器连接，所述的第二UART接口包括分别与RS485收发器连接的有极性切换功能的UART发送电路、有极性切换功能的UART接收电路。

6.根据权利要求1所述的一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置，其特征在于，所述的装置还包括一个具有极性切换功能的MCU内部UART接口、一个MCU外部UART控制器，所述的MCU内部UART接口直接与RS485收发器连接，所述的MCU外部UART控制器一端通过连接总线与MCU连接，另一端与RS485收发器连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置，其特征在于，所述的装置还包括MCU内部UART接口、MCU外部UART控制器，所述的转换电路为MCU外部极性切换电路，所述的MCU外部极性切换电路设在MCU内部UART接口与RS485收发器之间，或者设在MCU外部UART控制器一端与RS485收发器之间，所述的MCU外部UART控制器另一端与MCU连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置，其特征在于，所述的装置包括一个具有极性切换功能的第一外部UART控制器、一个第二外部UART控制器，所述的第一外部UART控制器一端、第二外部UART控制器一端分别与RS485收发器连接，所述的第一外部UART控制器另一端、第二外部UART控制器另一端通过统一总线或者各自独立总线与MCU连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置，其特征在于，所述的装置还包括第一MCU外部UART控制器、第二MCU外部UART控制器，所述的转换电路为MCU外部极性转换电路，所述的第一MCU外部UART控制器一端通过MCU外部极性切换电路与RS485收发器连接，所述的第二MCU外部UART控制器一端直接与RS485收发器连接，所述的第一MCU外部UART控制器另一端、第二MCU外部UART控制器另一端通过统一总线或者各自独立总线与MCU连接。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种基于双UART的RS-485信号线极性自适应实现装置，其特征在于，所述的装置还包括隔离电路，该隔离电路设在RS485收发器与MCU之间。

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