专利名称：一种rs232/422/485通信复用切换与防护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复用切換与防护电路，特别是ー种RS232/422/485通信复用切換与防护电路。
背景技术：
随着串行通信技术的广泛应用，如何解决通信应用中接ロ的灵活配置、复用切换的便利性、接ロ驱动的抗扰度防护等系列问题已成为人们关注的热点。现有的RS232/422/485通信接ロ功能単一，通信稳定性比较差，可靠性不高，已不能满足通信广泛性的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供ー种RS232/422/485通 信复用切換与防护电路，解决通信接ロ的功能単一的问题，保证通信稳定性与可靠性前提下满足通信范畴广泛性的要求。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是ー种RS232/422/485通信复用切換与防护电路，包括电源、电源隔离电路、与电源隔离电路连接的光电隔离电路、接ロ端子，还包括通信复用切换电路，所述电源与电源隔离电路、光电隔离电路连接，所述通信复用切換电路并接入电源隔离电路与光电隔离电路之间，所述光电隔离电路与所述通信复用切换电路双向连接，所述通信复用切换电路接入接ロ端子；所述通信复用切换电路包括与门器件、与非门器件、RS232接ロ驱动器、RS422/485接ロ驱动器，所述与门器件中的第一与门输出端、第三与门输入端与所述RS232接ロ驱动器连接，所述与门器件中的第二与门输出端、第三与门输入端与所述RS422/485接ロ驱动器连接，所述RS422/485接ロ驱动器的第一输出端和第二输出端各通过两个连排跳线接入接ロ端子，所述RS422/485接ロ驱动器的第三输出端和第四输出端分别依次通过瞬态ニ极管和陶瓷气体放电管接入接ロ端子；所述RS422/485接ロ驱动器第一输出端和第二输输出端两个连排跳线之间依次接有ー个瞬态抑制ニ极管、ー个陶瓷气体放电管，第一输出端的第一瞬态抑制ニ极管通过第ニ瞬态抑制ニ极管与第二输出端的第三瞬态抑制ニ极管连接，第一输出端的第一陶瓷气体放电管通过第二陶瓷气体放电管与第二输出端的第三陶瓷气体放电管连接；第三输出端的第四瞬态抑制ニ极管通过第五瞬态抑制ニ极管与第四输出端的第六瞬态抑制ニ极管连接，第三输出端的第四陶瓷气体放电管通过第五陶瓷气体放电管与第四输出端的第六陶瓷气体放电管连接；所述RS422/485接ロ驱动器第一输出端与第四输出端、第二输出端与第三输出端之间均通过连排跳线连接；所述RS232接ロ驱动器的两个输出端均通过ー个瞬态抑制ニ极管和连排跳线接入接ロ端子，所述RS232接ロ驱动器的第一输出端上的第七瞬态抑制ニ极管与所述RS232接ロ驱动器的第二输出端上的第八瞬态抑制ニ极管之间接有第九瞬态抑制ニ极管；所述与非门器件的输入端接有连排跳线，所述与非门器件的输出端与RS422/485接ロ驱动器输入端连接。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为本发明结合串行通信稳定性、设计结构紧凑性等特点，实现了ー种RS232/422/485通信接ロ复用切換与防护技术，彻底解决了通信接ロ的功能単一的问题，满足了通信范畴广泛性需求，減少了通信方式接口数量的预留，从而达到降低系统应用通信接ロ成本的目标。通信隔离电源电路，输出端电压存在高出10%额定电压的问题和配置功率假负载问题，本发明通过低压差稳压器件，解决了隔离输出端器件供电的可靠性与稳定性。RS232/422/485通过5连排跳线进行简单切換，解决了单个跳线多次切換的问题，降低了跳线连接的不可靠性与出错概率。结合RS232/422/485接ロ电气性能存在的差异性，进行相应的防护处理措施，确保通信的可靠性与稳定性。
图I为本发明ー实施例结构示意图2为本发明一实施例电源隔离电路原理图3为本发明一实施例光电隔离电路原理图；
图4为本发明一实施例通信复用切换电路原理图。
具体实施例方式如图I和图4所示，本发明ー实施例包括电源、电源隔离电路、与电源隔离电路连接的光电隔离电路、接ロ端子，还包括通信复用切换电路，所述电源与电源隔离电路、光电隔离电路连接，所述通信复用切換电路并接入电源隔离电路与光电隔离电路之间，所述光电隔离电路与所述通信复用切换电路双向连接，所述通信复用切换电路接入接ロ端子；所述通信复用切换电路包括与门器件、与非门器件、RS232接ロ驱动器、RS422/485接ロ驱动器，所述与门器件中的第一与门输出端、第三与门输入端与所述RS232接ロ驱动器连接，所述与门器件中的第二与门输出端、第三与门输入端与所述RS422/485接ロ驱动器连接，所述RS422/485接ロ驱动器的第一输出端和第二输出端各通过两个连排跳线接入接ロ端子，所述RS422/485接ロ驱动器的第三输出端和第四输出端分别依次通过瞬态ニ极管和陶瓷气体放电管接入接ロ端子；所述RS422/485接ロ驱动器第一输出端和第二输输出端两个连排跳线之间依次接有一个瞬态抑制ニ极管、ー个陶瓷气体放电管，第一输出端的第一瞬态抑制ニ极管通过第二瞬态抑制ニ极管与第二输出端的第三瞬态抑制ニ极管连接，第一输出端的第一陶瓷气体放电管通过第二陶瓷气体放电管与第二输出端的第三陶瓷气体放电管连接；第三输出端的第四瞬态抑制ニ极管通过第五瞬态抑制ニ极管与第四输出端的第六瞬态抑制ニ极管连接，第三输出端的第四陶瓷气体放电管通过第五陶瓷气体放电管与第四输出端的第六陶瓷气体放电管连接；所述RS422/485接ロ驱动器第一输出端与第四输出端、第二输出端与第三输出端之间均通过连排跳线连接；所述RS232接ロ驱动器的两个输出端均通过ー个瞬态抑制ニ极管和连排跳线接入接ロ端子，所述RS232接ロ驱动器的第一输出端上的第七瞬态抑制ニ极管与所述RS232接ロ驱动器的第二输出端上的第八瞬态抑制ニ极管之间接有第九瞬态抑制ニ极管；所述与非门器件的输入端接有连排跳线，所述与非门器件的输出端与RS422/485接ロ驱动器输入端连接。如图4所示，TVS2、TVS3、TVS4为瞬态抑制ニ极管，型号为SMBJ6CA ;TVS5、TVS6、TVS7、TVS8、TVS9、TVSlO 为瞬态抑制ニ极管，型号为 SMBJ18CA ;PTC1、PTC2、PTC3、PTC4、PTC5、PTC6为可恢复保险丝MSM020 ;G1、G2、G3、G4、G5、G6为陶瓷气体放电管，型号为3SPC090F ；U4为数字逻辑与非门器件SN74AHC00，U3为数字逻辑与门器件SN74AHC08，U5为RS232接ロ驱动器，U6为RS422/485接ロ驱动器，Jl为RS232切换五连排跳线，J2为RS485切換五连排跳线，J3为RS422切換五连排跳线。原理框图表述时将器件分散，如U4器件由况ム、况8、况(、况0组成，11跳线由1认、118、了1(表述组成。TX'与U4A输入引脚I和
2、U4B输入引脚4和5相连，U3A输出7引脚与U6B引脚4相连，U6B引脚7通过电阻Rll与VSS地相连，Z信号与J3B引脚3、J2C引脚6互连。J3B引脚4由TVS5、TVS6相连，经过PTC3与G1、G2、J3D引脚7相连，J3D引脚8连至外接通信端子4。U6B引脚8通过电阻R12与VDD地相连，Y信号与J2B引脚4、J3C引脚5互连。J3C引脚6由TVS6、TVS7相连，经过PTC4与G2、G3、J3E引脚9相连，J3E引脚10连至外接通信端子3。U3B输出引脚6与U5B输入引脚相连，U5B输出14引脚经过PTC2、铁氧体磁珠LI与TVS3、TV4、JlB引脚3相连，JlB引脚4连至外接通信端子4。U4A引脚I与JlA引脚2、J2A引脚2、J3A引脚2、U4C引脚9相连，U4A引脚2与 信号DE/RE'、U4B引脚4和5相连，U4A输出引脚3与U4D输入引脚12和13相连，U4D输出引脚11相连至U6C引脚2，作为半双エ接收RE控制信号输入；U4B输出引脚6与U4C弓丨脚10相连，U4C输出引脚8与U6C引脚3相连，作为半双エ发送DE控制信号输入。U3C输出引脚8与信号RX'相连，U3C输入引脚9与U6A输出引脚I相连，U3C输入引脚10与U5A输出引脚12相连，U6A引脚9为信号A通过电阻R9与电源VDD相连；信号A与TVS8、TVS9相连，经过PTC5与G4、G5相连，再接至外部通信端子2。U6A输入引脚8为信号B通过电阻与地VSS相连；信号B与TVS9、TVSlO相连，经过PTC6与G5、G6相连，再接至外部通信端子I。U5A输入引脚13为信号R，经过PTC1、L2与TV2、TV4、J1C引脚5相连，JlC引脚接
至外部通信端子3。如图2所示，电源隔离转换电路包括H)505T芯片和HT7550C芯片，F0505T芯片和HT7550C芯片串联，Pffl输入电源引脚2连接去耦电容Cl、钽电容⑶I正极、电源VCC ；Pffl地引脚I连接至GND ；PW2输入电源引脚I连接去耦电容C2、PW1输出地引脚5、钽电容⑶2、去耦电容C3、隔离电源地VSS ;PW2输入引脚2和引脚3连接PWl电源输出引脚8、去耦电容C2 ；PW2输出电源引脚3连接钽电容⑶2、去耦电容C3、隔离输出电源VDD。如图3所示，所述光电隔离电路采用HCPL0631芯片。Ul为双路光电隔离器件，TX为串行通信发送信号、DE/RE为半双エ通信允许发送使能信号、RX为串行通信接受信号。Ul输入引脚I通过Rl电阻与电源VDD相连，Ul输入引脚2与TX相连，Ul输入引脚3通过R2电阻与电源VDD相连，Ul输入引脚4与DE/RE相连，Ul电源引脚8连接至VDD，Ul地引脚5连接至VSS，Ul输出引脚7连接至TX'，通过上拉电阻R4与VDD相接；Ul输出引脚6连接至DE/RE'，通过上拉电阻R5与VDD相接；U2输入引脚I通过R8电阻与电源VDD相连，U2输入引脚2与RX'相连，U2电源引脚8连接至VDD，U2地引脚5连接至VSS，U2输出引脚7连接至RX，通过上拉电阻R3与VDD相接。如图4所示，所述RS422/485接ロ驱动器为SN65HVD3086芯片，所述RS232接ロ驱动器为MAX232芯片。本发明具有以下优点(I)供电电源的稳定与可靠性传统通信供电电源只考虑电源的隔离，忽视了电源输出供电范围与稳定性，目前市场上的通信电路使用的DC-DC隔离电源模块，输出电压都偏高10%左右，如设计用的R)505T-1W器件，额定输出为5V，器件实际输出为5. 5V，而5. 5V的供电范围已经达到通信外围器件的最大供电电压值，因此对于通信的正常使用存在一定的应用风险，且隔离电源的模块开关频率噪声对通信的可靠性存在负面影响。本发明隔离电源电路通过低压差稳压器件后，电源电压稳压至输出电压的2%以内，解决电源的开关频率噪声与纹波对通信系能的影响，确保供电器件运行的可靠性与稳定性。(2)复用功能的创新设计传统复用设计多采用硬件设计上考虑多种通信方式的兼容，实际运用时通过硬件上省略焊接器件达到接ロ方式要求，从而单一的满足应用要求，无法实现灵活的切换复用，且更改难度大切换效率低等特点。本发明采用通信的全双エ与半双エ使能控制，通过合理逻辑组合电路在硬件上保证了复用功能的可靠性，利用搭建的逻辑锁功能避免了通信收发的冲突影响，解决了原设计需进行硬件更改达到单一复用的目标，具备科学的设计合理性与原创性。(3)接ロ复用的灵活切換传统的接ロ复用切換采用单排跳线，存在跳线数量多， 切換次数多，容易出错，且单排跳线在通信连接应用上存在接触不可靠、容易松动脱落风险。本发明采用5连排跳线进行单次跳接切換，解决了单跳线多次切換的繁杂问题，同时降低了单跳线连接的不可靠性与出错概率。(4)单器件实现全双エRS422和半双エRS485功能传统的RS422/485设计采用两个半双エRS485组合搭建ー个全双エRS422系统。本发明采用单器件实现全双エ与半双エ通信应用要求，减小了驱动器件与外围器件的数量与种类，节省了硬件布局空间，设计更为紧凑美观，便于高密度设计要求的嵌入。接ロ的可靠分类防护本发明根据RS232与RS422/RS485通信电平的差异特征进行分类防护设计，在满足接ロ防护要求的同时，注重器件关键參数的选型与选配。接ロ驱动选型时采用内部带ESD防护的器件，因此外部防护时不增添ESD防护的选配。根据RS232采用单端共地TTL电平传输信号、且传输距离近等特点，接ロ着重考虑信号的抗共模干扰与限流限压防护，采用瞬态抑制ニ极管TVS、可恢复保险丝PPTC、铁氧体INDUCTOR组合进行防护。RS422/RS485采用平衡驱动器和差分接收器，具备强抗共模干扰能力和传输距离远；接ロ防护着重考虑信号远距离传输的浪涌、过压、EMC干扰等特点，采用陶瓷气体放电管⑶T、可恢复保险丝PPTC、瞬态抑制ニ极管TVS组合实现。
权利要求
1.ー种RS232/422/485通信复用切換与防护电路，包括电源、电源隔离电路、与电源隔离电路连接的光电隔离电路、接ロ端子，其特征在于，还包括通信复用切换电路，所述电源与电源隔离电路、光电隔离电路连接，所述通信复用切換电路并接入电源隔离电路与光电隔离电路之间，所述光电隔离电路与所述通信复用切换电路双向连接，所述通信复用切换电路接入接ロ端子；所述通信复用切换电路包括与门器件、与非门器件、RS232接ロ驱动器、RS422/485接ロ驱动器，所述与门器件中的第一与门输出端、第三与门输入端与所述RS232接ロ驱动器连接，所述与门器件中的第二与门输出端、第三与门输入端与所述RS422/485接ロ驱动器连接，所述RS422/485接ロ驱动器的第一输出端和第二输出端各通过两个连排跳线接入接ロ端子，所述RS422/485接ロ驱动器的第三输出端和第四输出端分别依次通过瞬态ニ极管和陶瓷气体放电管接入接ロ端子；所述RS422/485接ロ驱动器第一输出端和第二输输出端两个连排跳线之间依次接有一个瞬态抑制ニ极管、一个陶瓷气体放电管，第一输出端的第一瞬态抑制ニ极管通过第二瞬态抑制ニ极管与第二输出端的第三瞬态抑制ニ极管连接，第一输出端的第一陶瓷气体放电管通过第二陶瓷气体放电管与第二输出端的第三陶瓷气体放电管连接；第三输出端的第四瞬态抑制ニ极管通过第五瞬态抑制ニ极管与第四输出端的第六瞬态抑制ニ极管连接，第三输出端的第四陶瓷气体放电管通过第五陶瓷气体放电管与第四输出端的第六陶瓷气体放电管连接；所述RS422/485接ロ驱动器第一输出端与第四输出端、第二输出端与第三输出端之间均通过连排跳线连接；所述RS232接ロ驱动器的两个输出端均通过ー个瞬态抑制ニ极管和连排跳线接入接ロ端子，所述RS232接ロ驱动器的第一输出端上的第七瞬态抑制ニ极管与所述RS232接ロ驱动器的第ニ输出端上的第八瞬态抑制ニ极管之间接有第九瞬态抑制ニ极管；所述与非门器件的输入端接有连排跳线，所述与非门器件的输出端与RS422/485接ロ驱动器输入端连接。
2.根据权利要求I所述的RS232/422/485通信复用切換与防护电路，其特征在于，所述RS422/485接ロ驱动器每个输出端的瞬态抑制ニ极管和陶瓷气体放电管之间均接有保险丝；所述RS232接ロ驱动器的两个输出端上均接有保险丝。
3.根据权利要求I所述的RS232/422/485通信复用切換与防护电路，其特征在于，所述电源隔离转换电路包括H)505T芯片和HT7550C芯片，F0505T芯片和HT7550C芯片串联。
4.根据权利要求I所述的RS232/422/485通信复用切換与防护电路，其特征在于，所述光电隔离电路采用HCPL0631芯片。
5.根据权利要求I所述的RS232/422/485通信复用切換与防护电路，其特征在于，所述第一 第六瞬态ニ极管型号为SMBJ18CA ;所述第七、第八、第九瞬态抑制ニ极管型号为SMBJ6CA ;所述陶瓷气体放电管型号为3SPC090F ;所述与非门器件型号为SN74AHC00 ;所述与门器件型号为SN74AHC08。
全文摘要
本发明公开了一种RS232/422/485通信复用切换与防护电路，包括电源、电源隔离电路、与电源隔离电路连接的光电隔离电路、接口端子，还包括通信复用切换电路，本发明解决了现有通信接口的功能单一的问题，在保证通信稳定性与可靠性前提下，满足了通信范畴广泛性的要求。
文档编号H04L12/24GK102833106SQ201210311698
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者黄文宝, 罗虎, 周贵平, 张志峰, 黄小大, 万旭 申请人:华自科技股份有限公司