串行通信RS232/RS485轉換器

1 引言

以單片機為主體構成的分布式數據采集和控制系統，以附加電路結構簡單、工作穩定可靠而被廣泛應用在工業控制系統中。目前廣泛使用的單片機產品（如Intel的8031、Armel的89C51、 GMS97C51等系列單片機）芯片中都集成了串行通信接口。使用這些串行通信接口和RS485接口驅動芯片就可以構成總線型通信網絡，從而將多臺單片機系統連接成一個分布式數據采集和控制系統。這種RS485網絡結構具有接口簡單、靈活性好、價格低、易于控制等優點，可廣泛應用于工業控制系統中。

目前，在很多的分布式數據采集和控制系統中，為了克服單片機的功能不足，都引入了PC機，并采用主從式結構模式，即以PC機為主機，分布在現場的各個單片機系統為從機而組成的系統結構，其結構如圖1所示。

一般的PC機串行口為標準RS232口，根據標準規定：RS232 采用負邏輯，即：邏輯“1”為-5V～-15V，邏輯“0”為+5V～+15V；另外，驅動器最大只允許有2500pF的電容負載，且通信距離受此電容限制。因此，150pF/m的通信電纜的最大通信距離為15m，若每米電纜的電容量有所減少，則通信距離即可增長。RS232傳輸距離較短的另一原因是其屬于單端信號傳送，這種傳送存在共地噪聲且不能抑制共模干擾，因此，RS232一般用于20m以內的通信。

而對于大多數分布式控制系統來說，其通信距離一般為幾十米到幾千米不等，顯然，RS232接口不能滿足此類系統的要求，目前廣泛采用的是RS485收發器。 RS485收發器采用的平衡發送和差分接收具有抑制共模干擾的能力，加上收發器具有很高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓，因此，傳輸信號可在千米以外得到恢復。

在這種分布式控制系統中，通信是系統的關鍵，也是系統設計時首先要考慮的問題。如何有效、可靠的實現RS232與RS485之間的轉換是實現系統通信的前提。

目前，介紹電平轉換器的文獻較多，比如：RS232與TTL之間的轉換、RS485與TTL之間的轉換、TS422與RS485之間的轉換等等，而對 RS232與RS485直接轉換的電路則介紹的很少。目前，電子產品市場上已有現成的RS232/RS485轉換器銷售，但性價比很低，本文介紹一種低價格、帶光電隔離、簡單可靠且實用的RS232/RS485轉換器，以及新的一種TTL與RS485之間的轉換芯片。

2 SN75LBC184芯片介紹

SN75LBC184是美國TI公司生產的一種RS485接口芯片，它使用單一電源Vcc，電壓在3.0～5.5V范圍內均能正常工作，可以完成TTL與RS485之間轉換。其引腳圖如圖2所示。

該芯片與普通的RS-485收發器相比有一個顯著的特點，那就是片內A、B引腳接有高能量瞬變干擾保護裝置（如圖3所示），可以承受峰值為400W（典型值）的過壓瞬變。由于引起過壓瞬變的來源通常是雷電、靜電放電、電源系統開關干擾等，因而它能顯著提高防止雷電損壞器件的可靠性。對于一些環境比較惡劣的場合，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護元件。該芯片還有一個獨特的設計，即當輸入端開路時，其輸出為高電平，這樣，即使在接收器輸入端電纜有開路故障時，也不影響系統的正常工作。另外，它的輸入阻抗為RS485標準輸入阻抗的2倍（≥24kΩ），故可在總線上連接64個收發器。其工人原理如圖4所示。其中：圖4（a）表示在C=1時，發送使能端DE為高電平，接收使能端RE為低電平，SN75LBC184作為發送器；而圖4（b）則表示C=0時，接收使能RE為高電平，發送使能端DE為低電平，SN75LBC184作為接收器。