CN207367199U - 一种基于开关工作模式选择的接口电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种基于开关工作模式选择的接口电路，所述接口电路包括：处理器MCU、隔离保护模块、模式选通模块、转换模块、旁路保护模块、接线端子，处理器MCU、隔离保护模块、模式选通模块、转换模块、旁路保护模块、接线端子依次连接。本实用新型提出的基于开关工作模式选择的接口电路，可以解决现有的设备通用性差的缺陷，可以使用RS232/RS485/RS422任意一种模式，实用性强。本实用新型接口电路功耗低、易实现，采用低功耗的芯片，而且同一时刻只有一个一种模式的转换芯片工作，其他处于休眠状态，几乎不影响整个系统的功耗指标，解决总线的驱动能力以及系统的供电不足的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于串口通信技术领域，涉及一种接口电路，尤其涉及一种基于开关工作模式选择的接口电路。
背景技术
因为串口通信简单实用，广泛应用于各个工业领域，对于串口通信，由于存在RS232，RS485，RS422等各种协议，要实现设备间的互联，用户需要根据不同的协议配备不同的接口模块。
实际应用中，现有的实现方法均存在不同程度缺陷：
(1)现有的设备通常仅支持RS232接口、RS422接口、RS485接口中的一种或两种，通用性差；
(2)由于总线的驱动能力以及系统的供电等的影响，有时很难解决同时增加不同接口转换器的问题；
(3)现有的转换方法，需要编写特定的软件控制数据流，增加了软件开发和调试的难度；
(4)设备内设置拨动开关或跳线，需要打开设备外壳操作，不方便现场应用；
(5)无法满足工业现场恶劣环境要求。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的接口电路，以便克服现有接口电路存在的上述缺陷。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于开关工作模式选择的接口电路，可解决现有的设备通用性差的缺陷，可以使用RS232/RS485/RS422任意一种模式，实用性强。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于开关工作模式选择的接口电路，所述接口电路包括：处理器MCU、隔离保护模块、模式选通模块、转换模块、旁路保护模块、接线端子，处理器 MCU、隔离保护模块、模式选通模块、转换模块、旁路保护模块、接线端子依次连接；
所述隔离保护模块用以将处理器MCU UART接口的接收端MCU_RxD和发送端 MCU_TxD分别对应接到隔离保护模块的处理芯片U6(ADuM1402ARW)上，将瞬态高压转移到隔离接口中的电隔离层上，由于隔离层的高绝缘电阻，不会产生损害性的浪涌电流，起到保护接口的作用；
所述模式选通模块用以通过开关SW、第二芯片U2和第三芯片U3选择相应的通讯模式；模式选通模块包括开关SW、第二芯片U2和第三芯片U3；
当开关SW的第一引脚和第三引脚导通时，选择RS232模式，使第一芯片U1 的引脚为高电平，引脚为低电平，则引脚TxOUT和引脚RxOUT都使能，即激活第一芯片U1，使第四芯片U4的引脚DE为低电平，则RS485输出不使能，第四芯片U4的引脚为高电平，则RS485接收不使能，即第四芯片U4处于休眠状态，同时使第五芯片U5的引脚DE为低电平，则RS485输出不使能，即第五芯片U5处于休眠状态；
当开关SW的第二引脚和第三引脚导通时，选择RS422模式，使第一芯片U1 的引脚为低电平，引脚为高电平，则引脚TxOUT和引脚RxOUT都不使能，即第一芯片U1处于休眠状态，使第四芯片U4的引脚DE为低电平，则RS485输出不使能，引脚为低电平，则RS485接收使能，即只激活第四芯片U4的接收使能，同时使第五芯片U5的引脚DE为高电平，则RS485输出使能，即只激活第五芯片U5输出使能；
当开关SW的第四引脚和第三引脚导通时，选择RS485模式，使第一芯片U1 的引脚为低电平，引脚为高电平，则引脚TxOUT和引脚RxOUT都不使能，即第一芯片U1处于休眠状态，使第四芯片U4的引脚DE和引脚短接共同收到 RS485的输出使能引脚控制，即激活第四芯片U4，使其处于半双工工作模式，同时使第五芯片U5的引脚DE为低电平，则RS485输出不使能，即第五芯片U5处于休眠状态；
所述转换模块包括第一芯片U1、第四芯片U4、第五芯片U5；
在第一芯片U1的引脚为高电平，引脚为低电平的状态下，引脚TxOUT 和引脚RxOUT都使能；在引脚为低电平，引脚为高电平的状态下，引脚 TxOUT和引脚RxOUT都不使能；在引脚为高电平，引脚为高电平的状态下，引脚TxOUT使能，引脚RxOUT不使能；在引脚为低电平，引脚为低电平的状态下，引脚TxOUT不使能，引脚RxOUT使能；
在第四芯片U4的引脚DE为高电平的状态下，RS485输出使能；在第四芯片 U4的引脚DE为低电平的状态下，RS485输出不使能；在第四芯片U4的引脚为高电平的状态下，RS485接收不使能；在第四芯片U4的引脚为低电平的状态下，RS485接收使能；
在第五芯片U5的引脚DE为高电平的状态下，RS485输出使能；在第五芯片 U5的引脚DE为低电平的状态下，RS485输出不使能；在第五芯片U5的引脚为高电平的状态下，RS485接收不使能；在第五芯片U5的引脚为低电平的状态下，RS485接收使能；
所述旁路保护的第一级采用GDT进行防护，第二级采用TVS进行防护，在获得较高浪涌防护等级的同时能获得较低的钳位电压，中间采用自恢复保险丝做退耦，让前面GDT更容易动作，达到泄放电流的作用；RS422/485信号输出端串联了两个20Ω的电阻，使A端和B端与总线之间加以隔离，这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响，RS422/485信号A端加上拉，B端加下拉，这样RXD的电平在RS422/485总线不发送期间、即总线悬浮时呈现唯一的高电平，就不会被误中断而收到乱字符，增加稳定性，RS422/485网络传输线的始端和末端各应接1只120Ω的匹配电阻，以减少线路上传输信号的反射；
在RS232/422/485信号线上增加SOT23封装的共阳极ESD防护芯片增加 RS232/422/485转换芯片、即第一芯片U1、第四芯片U4、第五芯片U5的静电防护能力。
一种基于开关工作模式选择的接口电路，所述接口电路包括：处理器MCU、隔离保护模块、模式选通模块、转换模块、旁路保护模块、接线端子，处理器 MCU、隔离保护模块、模式选通模块、转换模块、旁路保护模块、接线端子依次连接。
作为本实用新型的一种优选方案，所述隔离保护模块用以将处理器MCU UART 接口的接收端MCU_RxD和发送端MCU_TxD分别对应接到隔离保护模块的处理芯片上，将瞬态高压转移到隔离接口中的电隔离层上，由于隔离层的高绝缘电阻，不会产生损害性的浪涌电流，起到保护接口的作用；
作为本实用新型的一种优选方案，所述转换模块包括第一芯片U1、第四芯片U4、第五芯片U5；
在第一芯片U1的引脚为高电平，引脚为低电平的状态下，引脚TxOUT 和引脚RxOUT都使能；在引脚为低电平，引脚为高电平的状态下，引脚 TxOUT和引脚RxOUT都不使能；在引脚为高电平，引脚为高电平的状态下，引脚TxOUT使能，引脚RxOUT不使能；在引脚为低电平，引脚为低电平的状态下，引脚TxOUT不使能，引脚RxOUT使能；
在第四芯片U4的引脚DE为高电平的状态下，RS485输出使能；在第四芯片 U4的引脚DE为低电平的状态下，RS485输出不使能；在第四芯片U4的引脚为高电平的状态下，RS485接收不使能；在第四芯片U4的引脚为低电平的状态下，RS485接收使能；
在第五芯片U5的引脚DE为高电平的状态下，RS485输出使能；在第五芯片 U5的引脚DE为低电平的状态下，RS485输出不使能；在第五芯片U5的引脚为高电平的状态下，RS485接收不使能；在第五芯片U5的引脚为低电平的状态下，RS485接收使能。
作为本实用新型的一种优选方案，所述模式选通模块用以通过开关SW、第二芯片U2和第三芯片U3选择相应的通讯模式；模式选通模块包括开关SW、第二芯片U2和第三芯片U3；
当开关SW的第一引脚和第三引脚导通时，选择RS232模式，使第一芯片U1 的引脚为高电平，引脚为低电平，则引脚TxOUT和引脚RxOUT都使能，即激活第一芯片U1，使第四芯片U4的引脚DE为低电平，则RS485输出不使能，第四芯片U4的引脚为高电平，则RS485接收不使能，即第四芯片U4处于休眠状态，同时使第五芯片U5的引脚DE为低电平，则RS485输出不使能，即第五芯片U5处于休眠状态；
当开关SW的第二引脚和第三引脚导通时，选择RS422模式，使第一芯片U1 的引脚为低电平，引脚为高电平，则引脚TxOUT和引脚RxOUT都不使能，即第一芯片U1处于休眠状态，使第四芯片U4的引脚DE为低电平，则RS485输出不使能，引脚为低电平，则RS485接收使能，即只激活第四芯片U4的接收使能，同时使第五芯片U5的引脚DE为高电平，则RS485输出使能，即只激活第五芯片U5输出使能；
当开关SW的第四引脚和第三引脚导通时，选择RS485模式，使第一芯片U1 的引脚为低电平，引脚为高电平，则引脚TxOUT和引脚RxOUT都不使能，即第一芯片U1处于休眠状态，使第四芯片U4的引脚DE和引脚短接共同收到 RS485的输出使能引脚控制，即激活第四芯片U4，使其处于半双工工作模式，同时使第五芯片U5的引脚DE为低电平，则RS485输出不使能，即第五芯片U5处于休眠状态。
作为本实用新型的一种优选方案，所述旁路保护的第一级采用GDT进行防护，第二级采用TVS进行防护，在获得较高浪涌防护等级的同时能获得较低的钳位电压，中间采用自恢复保险丝做退耦，让前面GDT更容易动作，达到泄放电流的作用；RS422/485信号输出端串联了两个20Ω的电阻，使A端和B端与总线之间加以隔离，这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响， RS422/485信号A端加上拉，B端加下拉，这样RXD的电平在RS422/485总线不发送期间、即总线悬浮时呈现唯一的高电平，就不会被误中断而收到乱字符，增加稳定性，RS422/485网络传输线的始端和末端各应接1只120Ω的匹配电阻，以减少线路上传输信号的反射；
在RS232/422/485信号线上增加SOT23封装的共阳极ESD防护芯片增加 RS232/422/485转换芯片、即第一芯片U1、第四芯片U4、第五芯片U5的静电防护能力。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的基于开关工作模式选择的接口电路，可以解决现有的设备通用性差的缺陷，可以使用RS232/RS485/RS422 任意一种模式，实用性强。
本实用新型接口电路功耗低、易实现，采用低功耗的芯片，而且同一时刻只有一个一种模式的转换芯片工作，其他处于休眠状态，几乎不影响整个系统的功耗指标，解决总线的驱动能力以及系统的供电不足的问题。
本实用新型接口电路解决软件开发和调试的难度，不需要编写特定的软件控制数据流，具有RS485数据流自动判向功能。
本实用新型接口电路解决操作麻烦的问题，设备开关外置，使用1P3T的拨动开关，方便现场操作。本实用新型接口电路采用超强ESD和SURGE防护功能，满足工业现场恶劣环境要求。
附图说明
图1为本实用新型基于开关工作模式选择的接口电路的组成示意图。
图2为本实用新型基于开关工作模式选择的接口电路的电路示意图。
图3为本实用新型接口电路中转换模块的电路示意图。
图4为本实用新型接口电路模式选通模块的电路示意图。
图5为本实用新型接口电路旁路保护模块的电路示意图。
图6为本实用新型接口电路接线端子的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。
实施例一
请参阅图1，本实用新型揭示了一种基于开关工作模式选择的接口电路，所述接口电路包括：处理器MCU、隔离保护模块、模式选通模块、转换模块、旁路保护模块、接线端子，处理器MCU、隔离保护模块、模式选通模块、转换模块、旁路保护模块、接线端子依次连接。
请参阅图2，所述隔离保护模块用以将处理器MCU UART接口的接收端 MCU_RxD和发送端MCU_TxD分别对应接到隔离保护模块的处理芯片上，将瞬态高压转移到隔离接口中的电隔离层上，由于隔离层的高绝缘电阻，不会产生损害性的浪涌电流，起到保护接口的作用。
请参阅图3，所述转换模块包括第一芯片U1、第四芯片U4、第五芯片U5。
在第一芯片U1的引脚为高电平，引脚为低电平的状态下，引脚TxOUT 和引脚RxOUT都使能；在引脚为低电平，引脚为高电平的状态下，引脚 TxOUT和引脚RxOUT都不使能；在引脚为高电平，引脚为高电平的状态下，引脚TxOUT使能，引脚RxOUT不使能；在引脚为低电平，引脚为低电平的状态下，引脚TxOUT不使能，引脚RxOUT使能。
在第四芯片U4的引脚DE为高电平的状态下，RS485输出使能；在第四芯片 U4的引脚DE为低电平的状态下，RS485输出不使能；在第四芯片U4的引脚为高电平的状态下，RS485接收不使能；在第四芯片U4的引脚为低电平的状态下，RS485接收使能。
在第五芯片U5的引脚DE为高电平的状态下，RS485输出使能；在第五芯片 U5的引脚DE为低电平的状态下，RS485输出不使能；在第五芯片U5的引脚为高电平的状态下，RS485接收不使能；在第五芯片U5的引脚为低电平的状态下，RS485接收使能。
请参阅图4，所述模式选通模块用以通过开关SW、第二芯片U2和第三芯片 U3选择相应的通讯模式；模式选通模块包括开关SW、第二芯片U2和第三芯片 U3。
当开关SW的第一引脚和第三引脚导通时，选择RS232模式，使第一芯片U1 的引脚为高电平，引脚为低电平，则引脚TxOUT和引脚RxOUT都使能，即激活第一芯片U1，使第四芯片U4的引脚DE为低电平，则RS485输出不使能，第四芯片U4的引脚为高电平，则RS485接收不使能，即第四芯片U4处于休眠状态，同时使第五芯片U5的引脚DE为低电平，则RS485输出不使能，即第五芯片U5处于休眠状态。
当开关SW的第二引脚和第三引脚导通时，选择RS422模式，使第一芯片U1 的引脚为低电平，引脚为高电平，则引脚TxOUT和引脚RxOUT都不使能，即第一芯片U1处于休眠状态，使第四芯片U4的引脚DE为低电平，则RS485输出不使能，引脚为低电平，则RS485接收使能，即只激活第四芯片U4的接收使能，同时使第五芯片U5的引脚DE为高电平，则RS485输出使能，即只激活第五芯片U5输出使能。
当开关SW的第四引脚和第三引脚导通时，选择RS485模式，使第一芯片U1 的引脚为低电平，引脚为高电平，则引脚TxOUT和引脚RxOUT都不使能，即第一芯片U1处于休眠状态，使第四芯片U4的引脚DE和引脚短接共同收到 RS485的输出使能引脚控制，即激活第四芯片U4，使其处于半双工工作模式，同时使第五芯片U5的引脚DE为低电平，则RS485输出不使能，即第五芯片U5处于休眠状态。
请参阅图5，所述旁路保护的第一级采用GDT进行防护，第二级采用TVS 进行防护，在获得较高浪涌防护等级的同时能获得较低的钳位电压，中间采用自恢复保险丝做退耦，让前面GDT更容易动作，达到泄放电流的作用；RS422/485 信号输出端串联了两个20Ω的电阻，使A端和B端与总线之间加以隔离，这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响，RS422/485信号A端加上拉， B端加下拉，这样RXD的电平在RS422/485总线不发送期间、即总线悬浮时呈现唯一的高电平，就不会被误中断而收到乱字符，增加稳定性，RS422/485网络传输线的始端和末端各应接1只120Ω的匹配电阻，以减少线路上传输信号的反射。
在RS232/422/485信号线上增加SOT23封装的共阳极ESD防护芯片增加 RS232/422/485转换芯片、即第一芯片U1、第四芯片U4、第五芯片U5的静电防护能力。
请参阅图6，RS232/RS485/RS422信号的输出采用的接线端子如图6所示，当然也可以采用其他结构。
综上所述，本实用新型提出的基于开关工作模式选择的接口电路，可以解决现有的设备通用性差的缺陷，可以使用RS232/RS485/RS422任意一种模式，实用性强。
本实用新型接口电路功耗低、易实现，采用低功耗的芯片，而且同一时刻只有一个一种模式的转换芯片工作，其他处于休眠状态，几乎不影响整个系统的功耗指标，解决总线的驱动能力以及系统的供电不足的问题。
本实用新型接口电路解决软件开发和调试的难度，不需要编写特定的软件控制数据流，具有RS485数据流自动判向功能。
本实用新型接口电路解决操作麻烦的问题，设备开关外置，使用1P3T的拨动开关，方便现场操作。本实用新型接口电路采用超强ESD和SURGE防护功能，满足工业现场恶劣环境要求。
这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (6)
1.一种基于开关工作模式选择的接口电路，其特征在于，所述接口电路包括：处理器MCU、隔离保护模块、模式选通模块、转换模块、旁路保护模块、接线端子，处理器MCU、隔离保护模块、模式选通模块、转换模块、旁路保护模块、接线端子依次连接；
所述隔离保护模块用以将MCU处理器UART接口的接收端MCU_RxD和发送端MCU_TxD分别对应接到隔离保护模块的四通道数字隔离器芯片U6上；
所述模式选通模块用以通过开关SW、第二芯片U2和第三芯片U3选择相应的通讯模式；模式选通模块包括开关SW、第二芯片U2和第三芯片U3；
所述转换模块包括第一芯片U1、第四芯片U4、第五芯片U5；
所述旁路保护的第一级采用GDT进行防护，第二级采用TVS进行防护；RS422/485信号输出端串联了两个20Ω的电阻，RS422/485网络传输线的始端和末端各应接1只120Ω的匹配电阻；
在RS232/422/485信号线上增加SOT23封装的共阳极ESD防护芯片。
2.一种基于开关工作模式选择的接口电路，其特征在于，所述接口电路包括：处理器MCU、隔离保护模块、模式选通模块、转换模块、旁路保护模块、接线端子，处理器MCU、隔离保护模块、模式选通模块、转换模块、旁路保护模块、接线端子依次连接。
3.根据权利要求2所述的基于开关工作模式选择的接口电路，其特征在于：
所述隔离保护模块用以将处理器MCU UART接口的接收端MCU_RxD和发送端MCU_TxD分别对应接到隔离保护模块的处理芯片上。
4.根据权利要求2所述的基于开关工作模式选择的接口电路，其特征在于：
所述转换模块包括第一芯片U1、第四芯片U4、第五芯片U5。
5.根据权利要求4所述的基于开关工作模式选择的接口电路，其特征在于：
所述模式选通模块用以通过开关SW、第二芯片U2和第三芯片U3选择相应的通讯模式；模式选通模块包括开关SW、第二芯片U2和第三芯片U3。
6.根据权利要求2所述的基于开关工作模式选择的接口电路，其特征在于：
所述旁路保护的第一级采用GDT进行防护，第二级采用TVS进行防护；RS422/485信号输出端串联了两个20Ω的电阻，使A端和B端与总线之间加以隔离，RS422/485网络传输线的始端和末端各应接1只120Ω的匹配电阻；
在RS232/422/485信号线上增加SOT23封装的共阳极ESD防护芯片。
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