一种宽信号电平多功能的USB数据双向转换器的制作方法

一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器
技术领域
1.本实用新型涉及usb数据双向技术领域，具体涉及一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器。


背景技术：

2.现代工控领域最广泛莫过于rs232、rs485、并口接口发展历史悠久，很多领域都广泛应用的到，比如一些编程爱好者，在使用编程器的时候会用到串口，还有一些机械控制系统，门禁系统，都离不开使用rs232、rs485来通讯。
3.在市面上大多的usb数据双向转换器中，会比较单一或功能不全，只带rs232和rs485，却不带ttl信号或只带ttl信号，针对ttl信号只是固定一种电压电平，不能做到能匹配设备的ttl信号电压电平大小。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的提供一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
5.根据本实用新型的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器，包括转接芯片，usb接口电路，接口保护电路，ttl信号通讯电路，ttl电平匹配电路，rs232信号通讯电路和rs485信号通讯电路；
6.所述usb接口电路和所述转接芯片电性连接，所述接口保护电路分别与所述usb接口电路、所述rs232信号通讯电路和所述rs485信号通讯电路电性连接，所述ttl信号通讯电路和所述所述ttl电平匹配电路电性连接，所述ttl电平匹配电路和所述转接芯片电性连接，所述rs232信号通讯电路与所述转接芯片电性连接，所述rs485信号通讯电路与所述转接芯片电性连接；该设计使得所述接口保护电路与各个电路连接，提高个接口的抗干扰能力，所述转接芯片与各个电路连接可以使得本申请实现多种连接方式，减少使用限制。
7.在一些实施方式中，所述转接芯片为ft232r或ch340芯片；使得本申请的电路可以根据使用场合的不同和成本的差异，选择不同的芯片实现usb接口与外部设备的连接。
8.在一些实施方式中，所述接口保护电路设有usb端保护电路、rs485端保护电路和rs232端保护电路，使得本申请的转换器在恶劣环境下仍能正常的工作。
9.在一些实施方式中，所述usb端保护电路连接有熔断器f2和esd保护二极管u4，可进行过流保护和esd保护。
10.在一些实施方式中，所述rs485端保护电路中jpi为连接端子接有防雷管dtg1，然后连接熔断器f1，再连接瞬态二极管d1、d2、d3，瞬态二极管d1、d2、d3具有tvs浪涌保护功能。
11.在一些实施方式中，所述rs232端保护电路中com1为连接端子与外部rs232连接，再连接过瞬态二极管d5和d6器件，瞬态二极管d5、d6具有tvs浪涌保护功能。
12.在一些实施方式中，所述ttl信号通讯电路提供与外部ttl连接的信号接口，可与
外部ttl信号进行通讯,解决了不能实现ttl信号通讯的问题。
13.在一些实施方式中，所述ttl电平匹配电路提供与外部ttl参考电压接口，可与外部ttl信号电平电压进行匹配，可适应各个不同设备的ttl信号电平电压，扩大了使用范围，解决了单一电平电压问题。
14.在一些实施方式中，所述rs232信号通讯电路为ttl信号转232信号的工作电路，用于rs232信号通讯，解决了不能rs232信号通讯的问题。
15.在一些实施方式中，所述rs485信号通讯电路为ttl信号转485信号的工作电路，用于rs485信号通讯，解决了不能rs485信号通讯的问题。
16.根据本实用新型的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器的有益效果在于可以实现ttl信号、rs232信号、rs485信号等多种通讯，可以与外部产品进行数据通讯和监控；同时通过增设所述ttl电平匹配电路可以匹配外部芯片的信号电平，大大提高了本申请的适用范围；通过增设所述接口保护电路可以在恶劣工作环境下对转换器进行保护，降低了对工作环境的要求。
附图说明
17.图1为本实用新型的一种实施方式的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器的结构示意图；
18.图2为本实用新型的一种实施方式的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器的usb接口电路的结构示意图；
19.图3为本实用新型的一种实施方式的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器的转接芯片电路图；
20.图4为本实用新型的一种实施方式的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器的usb接口电路的电路图；
21.图5为本实用新型的一种实施方式的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器的usb端保护电路的电路图；
22.图6为本实用新型的一种实施方式的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器的rs485端保护电路的电路图；
23.图7为本实用新型的一种实施方式的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器的rs232端保护电路的电路图；
24.图8为本实用新型的一种实施方式的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器的ttl信号通讯电路的电路图；
25.图9为本实用新型的一种实施方式的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器的ttl电平匹配电路的电路图；
26.图10为本实用新型的一种实施方式的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器的rs232信号通讯电路的电路图；
27.图11为本实用新型的一种实施方式的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器的rs485信号通讯电路的电路图。
具体实施方式
28.下面结合说明书附图，对本实用新型进行进一步详细的说明。
29.如图1所示：根据本实用新型的一种宽信号电平多功能的usb数据双向转换器，包括转接芯片1，usb接口电路2，接口保护电路3，ttl信号通讯电路4，ttl电平匹配电路5，rs232信号通讯电路6和rs485信号通讯电路7；
30.所述usb接口电路2和所述转接芯片1电性连接，所述接口保护电路3一端与所述usb接口电路2电性连接，所述接口保护电路3一端与所述rs232信号通讯电路6、所述rs485信号通讯电路7电性连接，所述ttl信号通讯电路4和所述所述ttl电平匹配电路5电性连接，所述ttl电平匹配电路5和所述转接芯片1电性连接，所述rs232信号通讯电路6与所述转接芯片1电性连接，所述rs485信号通讯电路7与所述转接芯片1电性连接。
31.如图2所示：接口保护电路3的usb端保护电路31连接usb接口电路2，为其提供安全电源；接口保护电路3的rs485端保护电路32连接rs485信号通讯电路7，为其提供电源；接口保护电路3的rs232端保护电路33连接rs232信号通讯电路6，为其提供电源。
32.如图3所示：转接芯片1为ft232r或ch340芯片。
33.ft232r芯片：当前最稳定的usb转串口芯片，由英国ftdi公司生产，具有性能稳定、速率高、支持多种操作系统等特性，价格相对贵。
34.ch340芯片：高性价比usb转串口芯片，由江苏沁恒公司生产，具有实用简单、性能较好(比pl2303好，但不如ft232r)、支持多种操作系统等特性，价格低。
35.ft232r/ch340芯片一端连接usb接口电路2接收处理usb数据，经ft232r/ch340芯片内部转换输出ttl信号，ttl信号分三路走，一路通过ttl电平匹配电路5，一路通过rs232信号通讯电路6，一路通过rs485信号通讯电路7。其中ttl电平电路5与ttl信号通讯电路4连接。usb接口电路2、rs232信号通讯电路6、rs485信号通讯电路7，都带接口保护电路3。
36.如图4所示：usb接口电路2可以提供usb接口，可与usb线进行连接，并连接电脑usb口，usb接口电路2的d+和d
‑
接口可与ft232r的usbdp和usbdm引脚连，还可与ch340芯片的d+和d
‑
引脚连接。
37.如图5～图7所示：接口保护电路3为通信各接口的保护电路，接口保护电路3拥有线路抗干扰能力，接口保护电路3设有usb端保护电路31、rs485端保护电路32和rs232端保护电路33。
38.图5为接口保护电路3的usb端保护电路31，熔断器f2具备过流保护(500ma)，当电流超过500ma，熔断器f2会立即保护待电流降低比500ma小时，熔断器f2恢复正常。esd保护二极管u4为esd保护(具备非接触式
±
30kv、接触式
±
25kv)，当静电超过非接触式
±
30kv，超过接触式
±
25kv时，瞬态二极管u4会保护滤除静电。
39.图6为接口保护电路3的rs485端保护电路32，jpi为连接端子与外部rs485连接，rs485信号经jpi端子进来，先经过防雷管dtg1，防雷管dtg1具有雷击保护(90v，5ka 8/20us)，然后通过熔断器f1，熔断器f1具有过流保护(200ma)能抵抗电流过大，后通过瞬态二极管d1、d2、d3，瞬态二极管d1、d2、d3具有tvs浪涌保护功能(6.8v，600w)，能滤除浪涌的信号。
40.图7为接口保护电路3的rs232端保护电路33，com1为连接端子与外部rs232连接，rs232信号经com1进来，先经过瞬态二极管d5和d6，瞬态二极管d5、d6器件具有tvs浪涌保护
功能(12v，600w)，能滤除浪涌的信号。
41.usb端保护电路31具备过流保护(500ma)和esd保护(非接触式
±
30kv、接触式
±
25kv)的功能，rs485端保护电路32具备雷击保护(90v，5ka 8/20us)、tvs浪涌保护(6.8v，600w)、过流保护(200ma)的功能，rs232保护电路端33具备tvs浪涌保护(600w)的功能。
42.如图8所示：ttl信号通讯电路4设有接口uart1，端点uart1的ext_rxd和ext_txd端口与tl电平匹配电路5的a1和a2引脚连接。
43.ttl信号通讯电路4提供与外部ttl连接的信号接口，可与外部ttl信号进行通讯。
44.如图9所示：ttl电平匹配电路5中的电平转换器u8的的ttl_rxd和ttl_txd接口可与ft232r/ch340芯片的rxd和txd引脚连接。
45.ttl电平匹配电路5提供与外部ttl参考电压接口，可与外部ttl信号电平电压进行匹配。
46.如图10所示：rs232信号通讯电路6中端口com1连接外部rs232信号，端口com1的txd和rxd引脚连接串口转换芯片u6的rin1和dout1引脚，串口转换芯片u6的rout1引脚连接单路与门u5，rs232信号通讯电路6为ttl信号转232信号的工作电路，用于rs232信号通讯。
47.如图11所示：rs485信号通讯电路7中端口jp1接受外部信号，端口jp1连接防雷管dtg1和瞬态二极管d1、d2、d3，再连接到接口通讯芯片u2的ba引脚，接口通讯芯片u2的re、de引脚连接三极管的q1，接口通讯芯片u2的di引脚与串口转换芯片u6的txd_is端口和数字隔离器u3的vob引脚连接，rs485信号通讯电路7为ttl信号转485信号的工作电路，用于rs485信号通讯。
48.具体使用过程，使用usb数据线从电脑连接到本申请的usb数据双向转换器的usb接口上，用户根据自己功能底板的数据信号格式进行选择连接usb数据双向转换器，若是rs232数据信号格式，则使用rs232串口线，从usb数据双向转换器的rs232接口连接到用户功能底板的rs232接口上，然后双方进行数据通讯，其中串口转换芯片u6的13引脚rin1为接收端，14引脚dout1为发送端。若是rs485数据信号格式，则使用rs485线，从usb数据双向转换器的rs485接口连接到用户功能底板的rs485接口上，然后双方进行数据通讯，其中接口通讯芯片u2的6引脚a和7引脚b成差分线，发送和接收分时复用。若是ttl数据信号格式，则用户根据自己功能底板ttl的信号电平大小，用线将参考电平连接到usb数据双向转换器的ttl电平匹配电路，ttl信号线连接到usb数据双向转换器上，然后双方进行数据通讯，其中uart1器件3脚ext_txd为发送端，2引脚ext_rxd为接收端。
49.以上所述仅是本实用新型的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也视为实用新型保护之内。