CN204117139U - 一种rs485的方向控制电路 - Google Patents

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Abstract

一种RS485的方向控制电路，包括依次连接的CPU、RS485芯片和RS485接口；CPU中的UART模块的数据接收管脚RX与RS485芯片的RO管脚相连，UART模块的数据发送管脚TX的输出分成两个支路，一路经过一级反相器后形成方向控制信号DIR与RS485芯片的/RE管脚和DE管脚连接，另一路经过两级反相器后与RS485芯片的DI管脚连接；RS485芯片的管脚A与RS485接口的管脚A连接，形成RS485总线的A线；RS485芯片的管脚B与RS485接口的管脚B连接，形成RS485总线的B线；同时在RS485总线的A线与电压源之间串联一上拉电阻，RS485总线的B线与地之间串联一下拉电阻；本实用新型对RS485芯片进行方向控制，提高了总线响应速度，保证了嵌入式系统中数据与控制信号的同步。

Description

一种RS485的方向控制电路
技术领域
本实用新型涉及RS485技术领域，具体涉及一种RS485的方向控制电路。
背景技术
RS485总线是由CPU中UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步收发传输器)模块经过RS485芯片转换而来，在半双工模式通信时，需要进行收发控制(即方向控制)，通常情况下，方向控制由CPU的IO口配置而来，通过软件的方式对IO口进行操作，达到方向控制的目的，以符合数据收发的规则。
在嵌入式系统开发中，由于系统在数据传输(主要指发送数据)和IO控制(方向控制)时均参与调度，数据传输主要路径有应用层->内核->底层驱动->硬件寄存器等，IO控制主要路径有内核->底层驱动->硬件寄存器等。由于IO控制对应用层不可见，且IO控制的时机在驱动层很难把握，要么会早于数据传输，要么会晚于数据传输，这就会引起方向控制信号和数据到达RS485芯片时存在一定时延，这种不同步，可能会导致数据错误。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种RS485的方向控制电路，对RS485芯片进行方向控制，提高了总线响应速度，保证了嵌入式系统中数据与控制信号的同步。
为达到以上目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种RS485的方向控制电路，包括依次连接的CPU、RS485芯片和RS485接口；所述CPU中的UART模块的数据接收管脚RX与RS485芯片的RO管脚相连，所述UART模块对数据发送信号TXD进行反相的连接方式如下：所述UART模块的数据发送管脚TX的输出分成两个支路，一路经过一级反相器后形成方向控制信号DIR与RS485芯片的/RE管脚和DE管脚连接，另一路经过两级反相器后与RS485芯片的DI管脚连接；所述RS485芯片的管脚A与RS485接口的管脚A相连接，形成RS485总线的A线；所述RS485芯片的管脚B与RS485接口的管脚B相连接，形成RS485总线的B线；同时在RS485总线的A线与电压源之间串联一上拉电阻，RS485总线的B线与地之间串联一下拉电阻。
所述UART模块对数据发送信号TXD进行反相的连接方式如下：所述UART模块的数据发送管脚TX的一路与三极管K1的基极之间串联有第一电阻RI，三极管K1的基极与电源VCC之间串联有第三电阻R3，同时三极管K1的基极与地之间串联有电容C1，三极管K1的发射极接地，三极管K1的集电极形成方向控制信号DIR与RS485芯片的/RE管脚和DE管脚连接，同时三极管K1的集电极与电源VCC之间串联有上拉电阻R2；所述UART模块的数据发送管脚TX的另一路直接与RS485芯片的DI管脚连接。
和现有技术相比较，本实用新型具有如下优点：
1)利用CPU中UART模块的发送数据信号TXD无数据时保持高电平的特点，以及RS485总线无数据时呈高阻态的特性，将TXD信号进行反相后得到方向控制信号DIR，对RS485芯片进行方向控制，提高了总线响应速度，保证了嵌入式系统中数据与控制信号的同步。
2)降低了嵌入式系统中RS485驱动的开发难度，可以直接使用嵌入式系统中提供的标准UART模块驱动进行RS485数据收发，减少了软硬件耦合。同时，将用来进行方向控制的IO口从CPU释放，为系统节省了IO资源。
附图说明
图1为传统的RS485电路框图。
图2为本实用新型RS485电路框图。
图3为本实用新型TXD的反相使用NPN三极管完成的部分电路图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步的详细描述。
如图1所示，为传统的RS485电路，由CPU的UART模块经过RS485芯片转换而来。UART模块的数据接收管脚RX与RS485芯片的管脚RO相连，UART模块的数据发送管脚TX与RS485芯片的管脚DI相连。由于RS485总线的半双工特性，所以在同一时刻，接收和发送只能有一个有效，即RS485芯片的接收控制/RE和发送控制DE逻辑电平必须相同，因此，通常使用CPU的一个IO口作为方向控制管脚DIR与RS485芯片的/RE和DE共同相连。RS485总线由RS485芯片的A和B线组成。
接收数据时CPU将DIR设置为低电平，即DIR＝0，此时RS485芯片上的/RE管脚有效，即RS485接收有效，RS485芯片将AB总线的差分信号转换成RXD线上的串行信号(由0和1组成的信号流)，UART模块解析RXD信号后放入内部寄存器，CPU从寄存器读取接收数据。
发送数据时CPU将DIR设置为高电平，即DIR＝1，此时RS485芯片上的DE管脚有效，即RS485发送有效，CPU将发送数据写入UART模块的发送寄存器，UART模块再将寄存器数据转换成串行信号推送到TXD线上，RS485芯片将TXD上信号转换成AB线上的差分信号，完成发送。
在嵌入式系统中，由于操作系统内核调度的存在，使得方向控制IO信号DIR与发送数据TXD从应用层到硬件层时出现延时现象，导致两个信号不同步，严重时会引起数据错误。
如图2所示，本实用新型一种RS485的方向控制电路，包括依次连接的CPU、RS485芯片和RS485接口；所述CPU中的UART模块的数据接收管脚RX与RS485芯片的RO管脚相连，所述UART模块对数据发送信号TXD进行反相的连接方式如下：所述UART模块的数据发送管脚TX的输出分成两个支路，一路经过一级反相器后形成方向控制信号DIR与RS485芯片的/RE管脚和DE管脚连接，另一路经过两级反相器后与RS485芯片的DI管脚连接；所述RS485芯片的管脚A与RS485接口的管脚A相连接，形成RS485总线的A线；所述RS485芯片的管脚B与RS485接口的管脚B相连接，形成RS485总线的B线；同时在RS485总线的A线与电压源之间串联一上拉电阻，RS485总线的B线与地之间串联一下拉电阻。
本实用新型经过两级反相器的目的是增强TXD信号的驱动能力，对UART模块的TXD信号进行了两次反相操作，控制信号比数据会快一个反相时延，约为10ns，对于RS485通信速率而言可忽略。
本实用新型在RS485总线的A线与电压源之间串联一上拉电阻，RS485总线的B线与地之间串联一下拉电阻，以保证RS485总线呈高阻态时有一个稳定状态。
CPU初始化时，一般默认将RS485芯片初始化为接收状态，即DIR＝0。这样可以保证随时可以接收到总线数据，且不会对总线造成干扰。
CPU接收数据时，TXD为高电平(RS485的特性)，经反相得到方向控制信号DIR为低电平，即/RE＝0，RS485芯片接收有效，RS485芯片正常接收RS485的总线数据，并通过RXD数据线将数据发送给CPU。
CPU发送数据时，TXD线上的串行信号分为"0"和"1"。当TXD上数据位为"0"时，经反相器后DIR信号为高电平，即DE＝1，RS485芯片发送有效，"0"数据位被发送到AB总线上，即A＝0，B＝1；当TXD上数据位为"1"时，经反相器DIR信号为低电平，即DE＝0，发送无效(也可以认为是/RE＝0，接收有效)，AB总线呈高阻态，由于对A线上拉10kΩ电阻，B线下拉10kΩ电阻，即A＝1，B＝0，相当于"1"数据位被发送RS485总线上。发送数据逻辑状态如表1所示。
表1 RS485发送数据逻辑
Z:高阻态(电路的一种输出状态，既不是高电平也不是低电平，对下级电路无任何影响，具体电平随后级电路而定)。
如图3所示，本实用新型所述UART模块对数据发送信号TXD进行反相的连接方式也可以使用NPN三极管完成：所述UART模块的数据发送管脚TX的一路与三极管K1的基极之间串联有第一电阻RI，三极管K1的基极与电源VCC之间串联有第三电阻R3，同时三极管K1的基极与地之间串联有电容C1，三极管K1的发射极接地，三极管K1的集电极形成方向控制信号DIR与RS485芯片的/RE管脚和DE管脚连接，同时三极管K1的集电极与电源VCC之间串联有上拉电阻R2；所述UART模块的数据发送管脚TX的另一路直接与RS485芯片的DI管脚连接。电路其它部分的连接同图2。
CPU接收数据时的原理与图2描述一致。
CPU发送数据时，TXD信号的一路去向三极管。当TXD上数据位为"0"时，三极管K1(选型为5551)的基极电压也为0，基极电流Ib＝0，三极管处于截止状态，所以集电极电流Ic＝0，集电极电压与VCC(VCC＝3.3V)相等，即DIR为高电平(DE＝1)，RS485芯片发送有效，"0"数据位被发送到AB总线上，即A＝0，B＝1；当TXD上数据位为"1"时，即K1基极电压为高电平(VCC＝3.3V)，基极电流Ib＝VCC/R1＝3.3/1000＝3.3mA，三极管K1的导通压降Vce＝0.2V，则Ic＝(VCC-Vce)/R2＝(3.3-0.2)/1000＝3.1mA，根据三极管的饱和导通条件Ib>3Ic/β(放大倍数β为80)可知，此时Ib＝3.3mA远大于3Ic/β＝3*3.1/80＝0.11mA，三极管K1处于饱和状态，集电极与发射极间电压几乎为0，即DIR信号为低电平(DE＝0)，RS485芯片发送无效(也可以认为是/RE＝0，接收有效)，AB总线呈高阻态，由于对A线上拉10kΩ电阻，B线下拉10kΩ电阻，即A＝1，B＝0，相当于"1"数据位被发送RS485总线上。
电阻R3和电容C1的目的在于滤波和增强TXD信号的驱动能力，取值根据经验得到。
同时，发送数据信号TXD的另一路直接送给RS485芯片的接收管脚DI。此时，DIR信号与TXD信号间存在一个三极管反相延时，约为1ns，对于RS485通信速率而言可忽略。

Claims (2)

1.一种RS485的方向控制电路，包括依次连接的CPU、RS485芯片和RS485接口；所述CPU中的UART模块的数据接收管脚RX与RS485芯片的RO管脚相连，其特征在于：所述UART模块对数据发送信号TXD进行反相的连接方式如下：所述UART模块的数据发送管脚TX的输出分成两个支路，一路经过一级反相器后形成方向控制信号DIR与RS485芯片的/RE管脚和DE管脚连接，另一路经过两级反相器后与RS485芯片的DI管脚连接；所述RS485芯片的管脚A与RS485接口的管脚A相连接，形成RS485总线的A线；所述RS485芯片的管脚B与RS485接口的管脚B相连接，形成RS485总线的B线；同时在RS485总线的A线与电压源之间串联一上拉电阻，RS485总线的B线与地之间串联一下拉电阻。
2.根据权利要求1所述的一种RS485的方向控制电路，其特征在于：所述UART模块对数据发送信号TXD进行反相的连接方式如下：所述UART模块的数据发送管脚TX的一路与三极管K1的基极之间串联有第一电阻RI，三极管K1的基极与电源VCC之间串联有第三电阻R3，同时三极管K1的基极与地之间串联有电容C1，三极管K1的发射极接地，三极管K1的集电极形成方向控制信号DIR与RS485芯片的/RE管脚和DE管脚连接，同时三极管K1的集电极与电源VCC之间串联有上拉电阻R2；所述UART模块的数据发送管脚TX的另一路直接与RS485芯片的DI管脚连接。
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