CN210639609U - Rs232和rs485的自适应复用电路、模块及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种RS232和RS485的自适应复用电路、模块及设备。该电路包括RS232接口、RS232电平转换单元、RS485接口、RS485电平转换单元、串口输入自适应电路以及RS485收发自适应控制电路；RS232电平转换单元的第一输出端与串口输入自适应电路的第一输入端连接，RS485电平转换单元的电平输出端与串口输入自适应电路的第二输入端连接；串口输入自适应电路的输出端与微处理器UART模块的串口输入管脚相连；微处理器UART模块的串口输出管脚与RS485收发自适应控制电路的输入端连接。该电路能够满足用户对于两种UART接入方式的需求，降低了电路的整体成本，节约开发时间。

Description

RS232和RS485的自适应复用电路、模块及设备

技术领域

本实用新型涉及串口复用电路，具体涉及一种RS232和RS485的自适应复用电路、模块及设备。

背景技术

通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换，具体实物表现为独立的模块化芯片，或作为集成于微处理器中的数据通信模块。目前，为降低产品成本，现有设备中通常选用低成本的单片机或MCU等作为微处理器，而这些低成本的单片机或MCU中，UART资源有限，不能为每个外部设备分配一个进行UART模块，另外管脚资源、运算资源也有限，不能通过软件灵活配置一个UART模块满足多个外部设备数据通信。

实用新型内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种RS232和RS485的自适应复用电路、模块及设备。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种RS232和RS485的自适应复用电路，包括RS232接口、RS232电平转换单元、RS485接口、RS485电平转换单元、串口输入自适应电路以及RS485收发自适应控制电路；

RS232接口的串口输入管脚与RS232电平转换单元的第一输入端连接，RS232电平转换单元的第一输出端与串口输入自适应电路的第一输入端连接；

RS485接口的差分管脚与RS485电平转换单元的差分信号连接端连接，RS485电平转换单元的电平输出端与串口输入自适应电路的第二输入端连接；

串口输入自适应电路的输出端与微处理器UART模块的串口输入管脚相连；

微处理器UART模块的串口输出管脚分别与RS232电平转换单元的第二输入端、RS485电平转换单元电平输入端和RS485收发自适应控制电路的输入端连接，RS232电平转换单元的第二输出端与RS232接口的串口输出管脚连接，RS485收发自适应控制电路的输出端与RS485电平转换单元的收发控制端连接。

上述技术方案的有益效果为：串口输入自适应电路使得RS232接口通信和RS485接口通信可以复用微处理器的一个UART模块，节省了微处理器的UART硬件资源；此外，RS485收发自适应控制电路依靠硬件电路实现RS485收发的自适应控制，无需微处理器分配独立的控制管脚(如通用输入输出管脚)来管理RS485的收发信号，进一步地节省了微处理器的管脚资源和运算资源；低成本的微处理器(如单片机)在UART资源有限且软件不能灵活配置的情况下，通过本申请的电路能够满足用户对于两种UART接入方式的需求，降低了电路的整体成本，节约开发时间。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述串口输入自适应电路包括第一电阻、第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的阴极与RS485电平转换单元的电平输出端连接，第一二极管的阳极分别与第二二极管的阳极和第一电阻的第一端连接，第二二极管的阴极与RS232电平转换单元的第一输出端连接，第一电阻的第二端连接电源端。

上述技术方案的有益效果为：利用二极管的单向特性达到RS232输入信号和RS485输入信号的自适应切换，电路结构简单可靠，成本低。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述RS485收发自适应控制电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一三极管；

微处理器UART模块的串口输出管脚与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端分别与第三电阻的第一端和第一三极管的栅极连接，第三电阻的第二端和第一三极管的发射极分别与地连接，第一三极管的集电极分别与RS485电平转换单元的收发控制端和第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与电源端连接。

上述技术方案的有益效果为：利用微处理器UART模块的串口输出管脚作为RS485的收发控制管脚，且结合上述电路，实现了RS485的收发的硬件自适应控制，节省了微处理器管脚资源和运算资源。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置于RS485接口的差分管脚与RS485电平转换单元的差分信号连接端之间的信号匹配电路，所述信号匹配电路包括串接的第五电阻、第六电阻和第七电阻；

所述第五电阻的第一端与电源端连接，第五电阻的第二端分别与第六电阻的第一端、RS485电平转换单元的第一差分信号连接端和RS485接口的第一差分管脚连接；

第六电阻的第二端分别与第七电阻的第一端、RS485电平转换单元的第二差分信号连接端和RS485接口的第二差分管脚连接；

第七电阻的第二端与地连接。

上述技术方案的有益效果为：通过信号匹配电路能够实现RS485接口与RS485电平转换单元之间对应管脚的阻抗匹配，实现信号的有效传输。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设于微处理器UART模块与所述电路之间的双通道隔离单元；

双通道隔离单元的第一通道输入端与串口输入自适应电路的输出端连接，双通道隔离单元的第一通道输出端与微处理器UART模块的串口输入管脚连接；

双通道隔离单元的第二通道输入端与微处理器UART模块的串口输出管脚连接，双通道隔离单元的第二通道输出端分别与RS232电平转换单元的第二输入端、RS485电平转换单元电平输入端和RS485收发自适应控制电路的输入端连接。

上述技术方案的有益效果为：实现信号的有效隔离，避免信号相互串扰，影响通信质量，且RS232和RS485共用一个隔离单元，降低了成本和简化了电路结构。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了一种RS232和RS485的硬件自适应复用模块，包括基板，所述基板上设置有本实用新型所述的RS232和RS485的自适应复用电路、以及至少一个UART连接端子；所述UART连接端子一端与所述电路相连，另一端连接外部微处理器或设备的UART模块。

上述技术方案的有益效果为：该模块可应用于带串口的产品设备的扩展应用，只需要将设备的串口与UART连接端子连接，就能够满足设备对于两种UART接入方式的需求，使用方便，降低了成本，节约开发时间。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第三个方面，本实用新型提供了一种设备，包括微处理器和本实用新型所述的RS232和RS485的自适应复用电路，所述微处理器包含至少一个UART模块，UART模块与所述电路对应连接。

上述技术方案的有益效果为：串口输入自适应电路使得RS232接口通信和RS485接口通信可以复用微处理器的一个UART模块，节省了微处理器的UART硬件资源；此外，RS485收发自适应控制电路依靠硬件电路实现RS485收发的自适应控制，无需微处理器分配独立的控制管脚(如通用输入输出管脚)来管理RS485的收发信号，进一步地节省了微处理器的管脚资源和运算资源；低成本的微处理器(如单片机)在UART资源有限且软件不能灵活配置的情况下，通过本申请的电路能够满足用户对于两种UART接入方式的需求，降低了成本，节约开发时间。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型一种优选实施方式中的系统框图；

图2是本实用新型一种优选实施方式中串口输入自适应电路的结构示意图；

图3是本实用新型另一种优选实施方式中系统框图；

图4是本实用新型另一种优选实施方式中双通道隔离单元的电路结构示意图；

图5是本实用新型另一种优选实施方式中RS232电平转换单元的电路结构示意图；

图6是本实用新型另一种优选实施方式中RS485电平转换单元的电路结构示意图；

图7是本实用新型另一种优选实施方式中RS485收发自适应控制电路的结构示意图；

图8是本实用新型另一种优选实施方式中信号匹配电路的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型提供了一种RS232和RS485的自适应复用电路，在一种优选实施方式中，其结构框图如图1所示，包括RS232接口、RS232电平转换单元、RS485接口、RS485电平转换单元、串口输入自适应电路以及RS485收发自适应控制电路；

RS232接口的串口输入管脚与RS232电平转换单元的第一输入端连接，RS232电平转换单元的第一输出端与串口输入自适应电路的第一输入端连接；

RS485接口的差分管脚与RS485电平转换单元的差分信号连接端连接，RS485电平转换单元的电平输出端与串口输入自适应电路的第二输入端连接；

串口输入自适应电路的输出端与微处理器UART模块的串口输入管脚相连；

微处理器UART模块的串口输出管脚分别与RS232电平转换单元的第二输入端、RS485电平转换单元电平输入端和RS485收发自适应控制电路的输入端连接，RS232电平转换单元的第二输出端与RS232接口的串口输出管脚连接，RS485收发自适应控制电路的输出端与RS485电平转换单元的收发控制端连接。

在本实施方式中，RS232接口一端和RS485接口一端作为需要与微处理器通信的外部设备的数据接入端口，RS232接口另一端和RS485接口另一端接入本实用新型电路。

在本实施方式中，为满足微处理器UART模块的通信协议，设置了RS232电平转换单元和RS485电平转换单元。RS232电平转换单元如图5所示，包括RS232电平转换芯片及其外围电路，RS232电平转换芯片优选但不限于选择MAX202。RS485电平转换单元如图7所示，包括RS485电平转换芯片及其外围电路，RS485电平转换芯片优选但不限于选择MAX1487。

在一种优选实施方式中，如图2所示，串口输入自适应电路包括第一电阻R1、第一二极管VD1和第二二极管VD2；

第一二极管VD1的阴极与RS485电平转换单元的电平输出端连接，第一二极管VD1的阳极分别与第二二极管VD2的阳极和第一电阻R1的第一端连接，第二二极管VD2的阴极与RS232电平转换单元的第一输出端连接，第一电阻R1的第二端连接电源端VDD2。

在本实施方式中，第一电阻R1的阻值优选的为1.5KΩ至10KΩ，如可为2KΩ。

当用户将设备接到RS232接口时，RS232接口的输入管脚RXD1_1信号输入到RS232电平转换芯片的第一输入端后，第一输出端RXD1_T2输出信号至第二二极管VD2阴极，RS485电平转换单元的电平输出端RXD1_T1悬空，当RXD1_T2为高时，VD2截止，在微处理器UART模块的串口输入管脚RXD1被R1上拉为高，当RXD1_T2为低时，VD2导通，微处理器UART模块的串口输入管脚RXD1为低。

当用户将设备接到RS485接口时，RS485接口的的差分管脚与RS485电平转换单元的差分信号连接端(RS485A1和RS485B1)连接，RS485电平转换单元的电平输出端RXD1_T1与第一二极管VD1阴极连接，RS232电平转换芯片的第一输出端输RXD1_T2悬空，当RXD1_T1为高时，VD1截止，在微处理器UART模块的的串口输入管脚RXD1被R1上拉为高，当RXD1_T1为低时，VD1导通，微处理器UART模块的串口输入管脚RXD1为低。

在一种优选实施方式中，如图3所示，还包括设于微处理器UART模块与电路之间的双通道隔离单元；

双通道隔离单元的第一通道输入端与串口输入自适应电路的输出端连接，双通道隔离单元的第一通道输出端与微处理器UART模块的串口输入管脚连接；

双通道隔离单元的第二通道输入端与微处理器UART模块的串口输出管脚连接，双通道隔离单元的第二通道输出端分别与RS232电平转换单元的第二输入端、RS485电平转换单元电平输入端和RS485收发自适应控制电路的输入端连接。

在本实施方式中，双通道隔离单元优选但不限于为光耦隔离器、数字隔离器或隔离变压器，如选择数字隔离器时优选但不限于选择ADUM3211，具体电路图如图4所示。

在本实施方式中，优选的，如图7所示，RS485收发自适应控制电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一三极管VT1；

微处理器UART模块的串口输出管脚与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端分别与第三电阻R3的第一端和第一三极管VT1的栅极连接，第三电阻R3的第二端和第一三极管VT1的发射极分别与地VSS2连接，第一三极管VT1的集电极分别与RS485电平转换单元的收发控制端(即MAX1487的DE管脚和RE_N管脚)和第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与电源端VDD2连接。

在本实施方式中，第二电阻R2阻值优选但不限于为75KΩ、第三电阻R3阻值优选但不限于为10KΩ、第四电阻R4阻值优选但不限于为1KΩ，第一三极管VT1优选但不限于选择MMBT5551 LT1。

在本实施方式中，优选的，如图8所示，还包括设置于RS485接口的差分管脚与RS485电平转换单元的差分信号连接端之间的信号匹配电路，信号匹配电路包括串接的第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7；

第五电阻R5的第一端与电源端VDD2连接，第五电阻R5的第二端分别与

第六电阻R6的第一端、RS485电平转换单元的第一差分信号连接端RS485A1和RS485接口的第一差分管脚连接；

第六电阻R6的第二端分别与第七电阻R7的第一端、RS485电平转换单元的第二差分信号连接端RS485B1和RS485接口的第二差分管脚连接；

第七电阻R7的第二端与地VSS2连接。

在本实施方式中，第五电阻R5阻值优选但不限于为750Ω，第六电阻R6阻值优选但不限于为200Ω，第七电阻R7阻值优选但不限于为750Ω。

在本实施方式中，如图4-图8所示，RS232和RS485硬件自适应复用过程为：

在一种应用场景中，用户将设备接到RS232接口：

RS232接口的输入管脚RXD1_1信号输入到RS232电平转换芯片的第一输入端后，RS232电平转换芯片的第一输出端输出RXD1_T2将信号传输至数字隔离器ADUM3211侧的第二二极管VD2阴极，此时，RS485电平转换单元的电平输出端RXD1_T1悬空。当RXD1_T2为高时，VD2截止，在数字隔离器ADUM3211的第一输入端(VIA管脚)被R1上拉为高，数字隔离器ADUM3211的第一输出端(V0A管脚)输出高电平至微处理器UART模块的串口输入管脚RXD1；当RXD1_T2为低时，VD2导通，在数字隔离器ADUM3211的第一输入端(VIA管脚)为低，数字隔离器ADUM3211的第一输出端(V0A管脚)输出低电平至微处理器UART模块的串口输入管脚RXD1。

微处理器UART模块的串口输出管脚TXD1输出信号传输至数字隔离器ADUM3211的第二输入端(VIB管脚)，数字隔离器ADUM3211的第二输出端TXD1_T输出信号至RS232电平转换单元的第二输入端，RS232电平转换单元的第二输入端TXD1_1与RS232接口的串口输出管脚连接，进而将发送信号传送至外接设备。

在另一种应用场景中，用户将设备接到RS485接口：

当用户将设备接到RS485接口时，由于微处理器UART模块的串口输出管脚TXD1内部默认为拉高，此时根据如图7所示的RS485收发自适应控制电路原理，RS485收发自适应控制电路的输出端RS485_CLT1为低，RS485电平转换单元的收发控制端(即MAX1487的DE管脚和RE_N管脚)为低，使RS485电平转换芯片MAX1487默认为接受状态。

接收数据时，与RS232类似，RS485接口的的差分管脚与RS485电平转换单元的差分信号连接端(RS485A1和RS485B1)连接，RS485电平转换单元的电平输出端RXD1_T1与数字隔离器ADUM3211侧的第一二极管VD1阴极连接，RS232电平转换芯片的第一输出端输RXD1_T2悬空，当RXD1_T1为高时，在数字隔离器ADUM3211的第一输入端(VIA管脚)被R1上拉为高，数字隔离器ADUM3211的第一输出端(V0A管脚)输出高电平至微处理器UART模块的串口输入管脚RXD1；当RXD1_T1为低时，VD1导通，在数字隔离器ADUM3211的第一输入端(VIA管脚)为低，数字隔离器ADUM3211的第一输出端(V0A管脚)输出低电平至微处理器UART模块的串口输入管脚RXD1。

发送数据时，当TXD1_T为低时，RS485_CLT1为高，RS485转换芯片为发送状态，状态与TXD1_T一致；当TXD1_T为高时，RS485_CLT1为低，RS485转换芯片为接收状态，此时外部总线上拉为高，所以总线状态为高，与TXD1_T一致，可以实现信号正常转换。

本实用新型还公开了一种RS232和RS485的硬件自适应复用模块，在一种优选实施方式中，该模块包括基板，基板上设置有上述RS232和RS485的自适应复用电路、以及至少一个UART连接端子；UART连接端子一端与电路相连，另一端连接外部微处理器或设备的UART模块。

在本实施方式中，基板优选但不限于为单层或多层印制电路板，节省空间。UART连接端子优选但不限于为现有的9针的串口接头，或者USB接头，其一端的具有一个输入管脚和一个输出管脚，分别用作微处理器UART模块的串口输入管脚和串口输出管脚，与上述电路对应连接；其另一端用作与外部的微处理器或设备的UART模块连接的端子，使得外部微处理器和设备可满足两种串口通信方式，拓宽应用。

本实用新型还公开了一种设备，在一种优选实施方式中，该设备包括微处理器和上述RS232和RS485的自适应复用电路，微处理器包含至少一个UART模块，UART模块与电路按照上述电路结构对应连接。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种RS232和RS485的自适应复用电路，其特征在于，包括RS232接口、RS232电平转换单元、RS485接口、RS485电平转换单元、串口输入自适应电路以及RS485收发自适应控制电路；

RS232接口的串口输入管脚与RS232电平转换单元的第一输入端连接，RS232电平转换单元的第一输出端与串口输入自适应电路的第一输入端连接；

RS485接口的差分管脚与RS485电平转换单元的差分信号连接端连接，RS485电平转换单元的电平输出端与串口输入自适应电路的第二输入端连接；

串口输入自适应电路的输出端与微处理器UART模块的串口输入管脚相连；

微处理器UART模块的串口输出管脚分别与RS232电平转换单元的第二输入端、RS485电平转换单元电平输入端和RS485收发自适应控制电路的输入端连接，RS232电平转换单元的第二输出端与RS232接口的串口输出管脚连接，RS485收发自适应控制电路的输出端与RS485电平转换单元的收发控制端连接。

2.如权利要求1所述的RS232和RS485的自适应复用电路，其特征在于，所述串口输入自适应电路包括第一电阻、第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的阴极与RS485电平转换单元的电平输出端连接，第一二极管的阳极分别与第二二极管的阳极和第一电阻的第一端连接，第二二极管的阴极与RS232电平转换单元的第一输出端连接，第一电阻的第二端连接电源端。

3.如权利要求1所述的RS232和RS485的自适应复用电路，其特征在于，所述RS485收发自适应控制电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一三极管；

微处理器UART模块的串口输出管脚与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端分别与第三电阻的第一端和第一三极管的栅极连接，第三电阻的第二端和第一三极管的发射极分别与地连接，第一三极管的集电极分别与RS485电平转换单元的收发控制端和第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与电源端连接。

4.如权利要求1所述的RS232和RS485的自适应复用电路，其特征在于，还包括设置于RS485接口的差分管脚与RS485电平转换单元的差分信号连接端之间的信号匹配电路，所述信号匹配电路包括串接的第五电阻、第六电阻和第七电阻；

所述第五电阻的第一端与电源端连接，第五电阻的第二端分别与第六电阻的第一端、RS485电平转换单元的第一差分信号连接端和RS485接口的第一差分管脚连接；

第六电阻的第二端分别与第七电阻的第一端、RS485电平转换单元的第二差分信号连接端和RS485接口的第二差分管脚连接；

第七电阻的第二端与地连接。

5.如权利要求1-4之一所述的RS232和RS485的自适应复用电路，其特征在于，还包括设于微处理器UART模块与所述电路之间的双通道隔离单元；

双通道隔离单元的第一通道输入端与串口输入自适应电路的输出端连接，双通道隔离单元的第一通道输出端与微处理器UART模块的串口输入管脚连接；

双通道隔离单元的第二通道输入端与微处理器UART模块的串口输出管脚连接，双通道隔离单元的第二通道输出端分别与RS232电平转换单元的第二输入端、RS485电平转换单元电平输入端和RS485收发自适应控制电路的输入端连接。

6.一种RS232和RS485的硬件自适应复用模块，其特征在于，包括基板，所述基板上设置有权利要求1-5之一所述的RS232和RS485的自适应复用电路、以及至少一个UART连接端子；所述UART连接端子一端与所述电路相连，另一端连接外部微处理器或设备的UART模块。

7.一种设备，其特征在于，包括微处理器和权利要求1-5之一所述的RS232和RS485的自适应复用电路，所述微处理器包含至少一个UART模块，UART模块与所述电路对应连接。

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