RS-232接口与RS-485接口的电平转换电路的制作方法

本发明属于电平转换技术领域，尤其涉及一种rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路。

背景技术：

为了实现rs-232接口(一种由电子工业协会(electronicindustriesassociation，eia)所制定的异步传输标准接口)与rs-485接口(一种由电信行业协会和电子工业联盟定义的标准接口)之间的电平转换，现有技术中常常使用232电平转换芯片。应用最为广泛的232电平转换芯片的成本约为每片1元，成本较高。现有技术中也存在使用分立器件搭建反逻辑电路以实现rs-232接口与rs-485接口之间的电平转换的方案。但该反逻辑电路不具有负压产生电路，兼容性很差，尤其是兼容usb(通用串行总线)转uart(通用异步收发传输器)和旧电脑时，rs-485接口常常检测不到rs-485的逻辑1信号(负电平)，造成通信错误。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的rs-232接口与rs-485接口的电平转换设备的成本高、兼容性差的缺陷，提供一种低成本兼容性强的rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供一种rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路，电平转换电路设置有第一输入端、第一输出端、第二输入端、第二输出端；第一输入端用于与rs-232接口的发送数据端电连接，第一输出端用于与rs-485接口的接收数据端电连接；第二输入端用于与rs-485接口的发送数据端电连接，第二输出端用于与rs-232接口的接收数据端电连接；

电平转换电路包括第一二极管、第二二极管、pnp三极管、npn三极管、第一电容、分压滤波单元、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻；分压滤波单元设置有分压滤波输入端和分压滤波输出端；

第一电阻的一端与第一输出端电连接，第一电阻的另一端与pnp三极管的集电极、第五电阻的一端电连接；pnp三极管的发射极和第二电阻的一端均与电源端电连接，pnp三极管的基极与第二电阻的另一端、第三电阻的一端电连接，第三电阻的另一端与第一输入端电连接；

第五电阻的另一端同时与第一电容的一端、第一二极管的正极、第二二极管的正极电连接；第一二极管的负极与第二输入端、分压滤波输入端电连接；第二二极管的负极和第一电容的另一端接地；

分压滤波输出端与npn三极管的基极电连接，第四电阻的一端与电源端电连接，第四电阻的另一端和npn三极管的集电极均与第二输出端电连接，npn三极管的发射极接地。

较佳地，分压滤波单元包括第六电阻、第二电容、第七电阻；

第六电阻的一端与分压滤波输入端电连接，第六电阻的另一端、第二电容的一端、第七电阻的一端均与分压滤波输出端电连接，第二电容的另一端和第七电阻的另一端均接地。

较佳地，第一二极管、第二二极管均为变容二极管。

较佳地，第一电容为电解电容，电解电容的负极与第二二极管的正极电连接，电解电容的正极接地。

较佳地，第一电容的电容值不小于10微法。

较佳地，当电平转换电路从第二输入端接收rs-485的逻辑1信号并将逻辑1信号向第二输出端传输时，npn三极管工作在截止区。

较佳地，当电平转换电路从第二输入端接收rs-485的逻辑0信号并将逻辑0信号向第二输出端传输时，npn三极管工作在饱和区。

较佳地，当电平转换电路从第一输入端接收rs-232的逻辑0信号并将逻辑0信号向第一输出端传输时，pnp三极管工作在饱和区。

较佳地，当电平转换电路从第一输入端接收rs-232的逻辑1信号并将逻辑1信号向第一输出端传输时，pnp三极管工作在截止区。

较佳地，第一电阻的电阻值为33欧，第二电阻的电阻值为2千欧，第三电阻的电阻值为4.7千欧，第四电阻的电阻值为4.7千欧，第五电阻的电阻值为2千欧，第六电阻的电阻值为4.7千欧，第七电阻的电阻值为2千欧，第一电容的电容值为100微法，第二电容的电容值为510皮法。

本发明的积极进步效果在于：本发明采用较少的元件实现，成本很低；并且，本发明利用双二极管钳位和电解电容提供负电压偏置的原理，精确实现rs-485协议，为总线通信的兼容性和稳定性提供保障。

附图说明

图1为本发明的一较佳实施例的rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路的结构示意图。

图2为本发明的一较佳实施例的rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路由rs-485接口的发送数据端向rs-232接口的接收数据端传输信号的波形图。

图3为本发明的一较佳实施例的rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路由rs-232接口的发送数据端向rs-485接口的接收数据端传输信号的波形图。

图4为本发明的一较佳实施例的rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路传输数据的波形图。

具体实施方式

下面通过一较佳实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本实施例提供一种rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路，参照图1，该电平转换电路设置有第一输入端、第一输出端、第二输入端、第二输出端。rs-232接口201包括4个端口，1号端口与电源端vcc电连接，2号端口为发送数据端tx_232，3号端口为接收数据端rx_232，4号端口接地。rs-485接口202包括9个端口，2号端口为接收数据端rx_485，3号端口为发送数据端tx_485，5号端口接地，其他端口的连接方式是本领域技术人员根据所掌握的本领域知识能够实现的，此处不再赘述。

第一输入端用于与rs-232接口201的发送数据端tx_232电连接，第一输出端用于与rs-485接口202的接收数据端rx_485电连接；第二输入端用于与rs-485接口202的发送数据端tx_485电连接，第二输出端用于与rs-232接口201的接收数据端rx_232电连接。

本实施例的rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路包括第一二极管d1、第二二极管d2、pnp三极管q2、npn三极管q1、第一电容c1、分压滤波单元101、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5；分压滤波单元101设置有分压滤波输入端和分压滤波输出端。

第一电阻r1的一端与第一输出端电连接，第一电阻r1的另一端与pnp三极管q2的集电极、第五电阻r5的一端电连接；pnp三极管q2的发射极和第二电阻r2的一端均与电源端电连接，pnp三极管q2的基极与第二电阻r2的另一端、第三电阻r3的一端电连接，第三电阻r3的另一端与第一输入端电连接。

第五电阻r5的另一端同时与第一电容c1的一端、第一二极管d1的正极、第二二极管d2的正极电连接；第一二极管d1的负极与第二输入端、分压滤波输入端电连接；第二二极管d2的负极和第一电容c1的另一端接地。

分压滤波输出端与npn三极管q1的基极电连接，第四电阻r4的一端与电源端电连接，第四电阻r4的另一端和npn三极管q1的集电极均与第二输出端电连接，npn三极管q1的发射极接地。

分压滤波单元101包括第六电阻r6、第二电容c2、第七电阻r7。第六电阻r6的一端与分压滤波输入端电连接，第六电阻r6的另一端、第二电容c2的一端、第七电阻r7的一端均与分压滤波输出端电连接，第二电容c2的另一端和第七电阻r7的另一端均接地。

在本实施例中，第一二极管d1、第二二极管d2均为变容二极管。第一电容c1为电解电容，该电解电容的负极与第二二极管d2的正极电连接，电解电容的正极接地。在本实施例中，第一电阻r1的电阻值为33欧，第二电阻r2的电阻值为2千欧，第三电阻r3的电阻值为4.7千欧，第四电阻r4的电阻值为4.7千欧，第五电阻r5的电阻值为2千欧，第六电阻r6的电阻值为4.7千欧，第七电阻r7的电阻值为2千欧，第一电容c1的电容值为100微法，第二电容c2的电容值为510皮法。

在本发明的其他的可选的实施方式中，第一电容c1的电容值的较佳取值为220微法、470微法，也可以取其他值，但不应小于10微法。

本实施例的rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路为双向传输，当信号由rs-485接口202向rs-232接口201传输时，信号通路为tx_485到rx_232；当信号由rs-232接口201向rs-485接口202传输时，信号通路为tx_232到rx_485。

当信号由rs-485接口的发送数据端tx_485向rs-232接口201的接收数据端rx_232传输rs-485的逻辑1(-15v(伏)～-3v)时：npn三极管q1工作在截止区，rx_232被5v电源(电源端vcc)通过第四电阻r4上拉到rs-232的逻辑1高电平。此时，无论rs-485接口202的接收数据端rx_485为何电平，第一二极管d1导通并钳位第二二极管d2，同时为第一电容c1充电，使第一电容c1可以提供负压偏置，不会影响rx_485信号。

当信号由rs-485接口202的发送数据端tx_485向rs-232接口201的接收数据端rx_232传输rs-485的逻辑0(+3v～+15v)时：npn三极管q1工作在饱和区，rx_232被npn三极管q1下拉到rs-232的逻辑0低电平。此时，无论rs-485接口202的接收数据端rx_485为何电平，第一二极管d1均处于截止状态，第二二极管d2由于第一电容c1的存在也会处于截止状态，由第一电容c1放电提供负压偏置，不会影响rx_485信号。

当信号由rs-232接口201的发送数据端tx_232向rs-485接口202的接收数据端rx_485传输rs-232的逻辑0低电平时：pnp三极管q2工作在饱和区，此时分两种情况：

1、若rs-485接口202的发送数据端tx_485处于发送rs-485的逻辑1或者未发送数据时(-15v～-3v)：第二二极管d2的正极被第一二极管d1钳位到负电压(-14v～-2v)，rs-485接口202的接收数据端rx_485被电源端vcc通过pnp三极管q2拉至rs-485的逻辑0(+5v)。

2、若rs-485接口202的发送数据端tx_485处于发送rs-485的逻辑0(+3v～+15v)：理论上第一二极管d1的正极被第二二极管d2钳位到正电压(+0.3v～+0.7v)。但是由于第一电容c1的存在，为第二二极管d2的正极提供了一个负电压的偏置，rs-485接口202的接收数据端rx_485被电源端vcc通过pnp三极管q2拉至rs-485的逻辑0(+5v)。

当信号由rs-232接口201的发送数据端tx_232向rs-485接口202的接收数据端rx_485传输rs-232的逻辑1高电平时：pnp三极管q2工作在截止区，此时分两种情况：

1、若rs-485接口202的发送数据端tx_485处于发送rs-485的逻辑1或者未发送数据时(-15v～-3v)：第二二极管d2的正极被第一二极管d1钳位到负电压(-14v～-2v)，rs-485接口202的接收数据端rx_485被第一二极管d1的正极通过第五电阻r5下拉到rs-485的逻辑1(-14v～-2v)。

2、若rs-485接口202的发送数据端tx_485处于发送rs-485的逻辑0(+3v～+15v)：理论上第一二极管d1的正极被第二二极管d2钳位到正电压(+0.3v～+0.7v)。但是由于第一电容c1的存在，为第二二极管d2的正极提供了一个负电压的偏置，rs-485接口202的接收数据端rx_485被第一电容c1的负极下拉到rs-485的逻辑1(-2v左右)。

图2示出了由rs-485接口202的发送数据端tx_485向rs-232接口201的接收数据端rx_232传输信号时，采用tektronix(美国泰克公司)示波器检测的信号的波形，其中通道1为rs-485接口202的发送数据端tx_485的信号，通道2为rs-232接口201的接收数据端rx_232的信号。如图所示，此时rs-232接口201的接收数据端rx_232电平产生了反逻辑，高电平(rs-232的逻辑1，图中电平a)为+5v，低电平(rs-232的逻辑0，图中电平b)为0.4v，满足rs-232传输协议。图2为泰克示波器显示界面的截图，本领域技术人员根据泰克示波器的操作指南，并结合本领域知识，能够清楚显示界面上的信息的含义，此处不再赘述。

图3示出了由rs-232接口201的发送数据端tx_232向rs-485接口202的接收数据端rx_485传输信号时，采用tektronix示波器检测的信号的波形，其中，通道3为rs-232接口201的发送数据端tx_232的信号，通道4为rs-485接口202的接收数据端rx_485的信号。如图所示，此时rs-485接口202的接收数据端rx_485电平产生了反逻辑，高电平(rs-485的逻辑0，图中方框对应的电平)为+4v，低电平(rs-485的逻辑1，图中圆圈对应的电平)为-6.5v，满足rs-485传输协议。图3为泰克示波器显示界面的截图，本领域技术人员根据泰克示波器的操作指南，并结合本领域知识，能够清楚显示界面上的信息的含义，此处不再赘述。

图4示出了与rs-485接口202连接的pc(个人电脑)和与rs-232接口201连接的mcu(单片机)之间通过本实施例的rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路传输数据的波形图，采用tektronix示波器检测。图4显示了pc向mcu发送一个数据，mcu接收到该数据后再回传给pc的过程。其中，通道1为rs-485接口202的发送数据端tx_485的信号，通道2为rs-232接口201的接收数据端rx_232的信号，通道3为rs-232接口201的发送数据端tx_232的信号，通道4为rs-485接口202的接收数据端rx_485的信号。如图所示，当rs-485接口202的发送数据端tx_485处于高电平(rs-485的逻辑0)时，rs-485接口202的接收数据端rx_485电平会有抬起，但被第一电容c1反向偏置到-1.4v(图中电平a)，由于负压的存在，不可能被rs-485接口202识别成高电平(rs-485的逻辑0)。图4为泰克示波器显示界面的截图，本领域技术人员根据泰克示波器的操作指南，并结合本领域知识，能够清楚显示界面上的信息的含义，此处不再赘述。

本实施例的rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路的成本不足0.2元。与应用最为广泛的232电平转换芯片相比，可以极大的节省成本。与分立元件搭建的反逻辑电路比较，本实施例的rs-232接口与rs-485接口的电平转换电路利用双二极管钳位和电解电容提供负电压偏置的原理，利用rs-485接口的发送数据端tx_485的负电压产生接收数据端rx_485的负电压。基于此电路的负压偏置，可以精确实现rs-485协议，为总线通信的兼容性和稳定性提供保障。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。