該智能轉(zhuǎn)換器必須解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題即如何從RS-232線(xiàn)上獲得電路和RS-485/RS-422接口驅(qū)動(dòng)所需的功率和如何智能控制RS-485/RS-422的收發(fā)使能
3.1.電源方案
標(biāo)準(zhǔn)的RS-232 定義中有三個(gè)發(fā)送信號(hào)TXD RTS 和DTR 每根線(xiàn)上的典型輸出電流為8mA/ 12V 考慮到TXD為負(fù)電平處于停止發(fā)送或發(fā)送數(shù)字1 時(shí)的時(shí)間較多因而電源轉(zhuǎn)換決定采用負(fù)電源輸入以最大限度地增加電源輸入功率升壓至所需的工作電源從RTS和DTR上輸入功率=2*8*12mW=192mW,另外由于通訊為間歇工作方式所以輸入電源端的儲(chǔ)能電容和TXD 為負(fù)電平時(shí)能夠補(bǔ)充一定的功率假設(shè)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)效率為85% 輸出電壓為3V 的DC-DC 轉(zhuǎn)換器則輸出電流可達(dá)54.4mA
3.2.智能控制收發(fā)使能
RS-232通訊接口采用電平方式傳輸適用于點(diǎn)-點(diǎn)通訊無(wú)須專(zhuān)門(mén)的收發(fā)使能控制而對(duì)于RS-485/RS-422通訊接口則不同由于采用差分電平方式傳輸且允許在一條通訊總線(xiàn)上掛接多個(gè)節(jié)點(diǎn)必然要求各個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠獨(dú)立地控制總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器關(guān)斷或打開(kāi)保證不會(huì)影響到其它節(jié)點(diǎn)的正常通訊為了簡(jiǎn)化與轉(zhuǎn)換器RS-232 接口端相連的軟件工作更重要的是為了提高本轉(zhuǎn)換器的通用性和靈活性即插即用無(wú)須要求用戶(hù)更改任何相關(guān)軟件和硬件本轉(zhuǎn)換器內(nèi)置微處理器實(shí)現(xiàn)收發(fā)使能的智能控制具體方法微處理器在檢測(cè)到UART 的通信起始位后打開(kāi)發(fā)送使能允許串行數(shù)據(jù)發(fā)送至RS-485/RS-422 通訊網(wǎng)絡(luò)微處理器根據(jù)所設(shè)定的波特率延時(shí)至UART 停止位發(fā)送一半時(shí)例如11位格式時(shí)延時(shí)10.5T,T=1/fBAUD ,開(kāi)始檢測(cè)是否有下一個(gè)起始位到來(lái)在時(shí)間T內(nèi)若有下一個(gè)起始位到來(lái)則保持發(fā)送狀態(tài)否則將關(guān)閉發(fā)送使能結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送
4. 硬件設(shè)計(jì)
由于本轉(zhuǎn)換器供電來(lái)自RS-232信號(hào)線(xiàn)其輸入功率受到限制因而在本設(shè)計(jì)中將盡可能地采用+3V供電的低功耗器件保證總電流小于54.4mA 主要包括4個(gè)部分DC-DC轉(zhuǎn)換器RS-232接口RS-485/RS-422接口和微處理器分別介紹如下
4.1. DC-DC轉(zhuǎn)換器
顯然還沒(méi)有一個(gè)DC-DC 轉(zhuǎn)換器能夠直接實(shí)現(xiàn)-12V 輸入+3V 輸出的IC 但是如果我們利用現(xiàn)有的IC 稍作改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)該功能圖2 所示的DC-DC 轉(zhuǎn)換電路就是利用MAX761 實(shí)現(xiàn)的-12V 輸入+3V 輸出效率高于85%的升壓DC-DC 轉(zhuǎn)換器該轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸入電壓范圍為-2.5V 至-13.5V 靜態(tài)工作電流僅I1=120 A 具有輸出電流大于54.4mA的能力如果前端輸入功率未受到限制則輸出電流可達(dá)300mA以上由于MAX761采用高效率的PFM 控制方式,而且在本電路中,開(kāi)關(guān)損耗較小(因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電流小于負(fù)載電流),所以能夠達(dá)到比MAX761 典型應(yīng)用更高的效率(MAX761 典型應(yīng)用效率為86%) 輸出電壓由下列方程確定
VOUT=VREF*R1/R2+0.7(V) 其中VREF=1.5V

-12V至3V 效率高于85%的DC-DC轉(zhuǎn)換器
4.2. RS-232接口
本轉(zhuǎn)換器只需要一片單發(fā)/單收RS-232接口就可以滿(mǎn)足要求但必須要求+3V單電源工作工作電流盡可能地小的接口電路MAX3221/MAX3221E 帶15kVESD保護(hù)剛好能夠滿(mǎn)足上述要求具有1TX/1RX 其工作電壓+3V至+5.5V, 僅1 A的靜態(tài)電流負(fù)載電流小于I2=2mA
4.3. RS-485/RS-422接口
為兼顧RS-485/RS-422 接口中半雙工和全雙工的要求本轉(zhuǎn)換器采用MAX3491 作為RS-485/RS-422 接口電路其主要指標(biāo)為+3V 至+3.6V 單電源工作工作電流1mA,驅(qū)動(dòng)60負(fù)載時(shí)半雙工時(shí)兩個(gè)120 終端匹配電阻的并聯(lián)值峰值電流可達(dá)I3=3V/60 =50mA半雙工和全雙工工作方式是通過(guò)跳線(xiàn)器來(lái)設(shè)置的見(jiàn)圖3
4.4. 微處理器
在本轉(zhuǎn)換器中微處理器所要完成的任務(wù)很簡(jiǎn)單僅需要幾根I/O 線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置和發(fā)送使能的自動(dòng)控制實(shí)際選擇中采用Microchip公司的PIC12C508A其主要指標(biāo)為工作電流I4<1.0mA(工作電壓3V 頻率4MHz),6 條I/O 線(xiàn)512kByte 的ROM 其中GP0 GP1 GP4和GP5四個(gè)引腳設(shè)定對(duì)應(yīng)于16 種常用波特率300 600 1200至38.4Kbps等8 種以及900 1800 至115.4Kbps等8種的延時(shí)時(shí)間GP3對(duì)應(yīng)于10位或11位串行數(shù)據(jù)格式GP2為T(mén)XD輸入用來(lái)檢測(cè)UART何時(shí)發(fā)送和停止數(shù)據(jù)GP1為復(fù)用輸出引腳用來(lái)控制MAX3491的發(fā)送使能控制端GP0也為復(fù)