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基于可编程逻辑阵列的RS232至RS422的串行口扩展电路

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了利用可编程逻辑阵列把1路RS232扩展至4路RS422的串行口电路设计方法。该扩展电路不占用PC系统资源,同时具有结构简单,使用方便,通用性和可补性强等特点,可广泛应用于主从式多机通讯系统中。

    关键词:串行通讯;数据采集;集散控制;RC232;RS422

由于RS-422总线具有抗干扰能力强、通讯速率高、通讯距离远、可以与多台从机通讯等特点,所以,该总线在数据采集、监控管理及集散控制系统的主从式多机通讯系统中得到普遍应用。但是,若在一条RS-422 通讯总线上连接过多的从机,则有可能会由于总线负担过重,而使系统可靠性变差,有时甚至会导致整个系统无法正常工作。

为了解决RS422总线在实际应用中可能出现的问题,笔者设计出一种以可编程逻辑阵列GAL16V8为核心的串行口扩展电路。它可将微机的一路RS232串行口扩展至4路RS-422串行口。该电路通过主机软件对DTR、RTS控制信号的编程,可以和任选通讯接口的从机进行数据通讯;也可以不用DTR、RTS控制信号,而直接实现主机与全部通讯接口的从机之间的数据通讯,同时可在不改变原来软件的情况下,做到即插即用。
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    本电路采用DC-DC隔离电源供电,主机与通讯接口之间采用高速光耦来实现光电隔离,从而增强了主机系统的抗干扰能力。此外,该扩展电路还具有不占用系统资源、结构简单、使用方便、通用性强和性能可靠等特点,因此,可广泛应用于全双工通讯方式的主从式多机通讯系统。

在实际的煤气泄漏巡检系统中,笔者用该扩展电路组成的主从式多机通讯网络,实现了主机与40多台数据采集装置之间的数据通讯,而且保证了通讯性能的稳定可靠。

1 电路的整体结构

图1所示是这种RS-422串行口扩展电路的结构框图。整个扩展电路分为4个部分,其中,第一部分是DC-DC隔离电源。为了提高整个系统的抗干扰能力,本电路采用隔离电源来进行供电。第二部分是RS-232接口电路,用于实现各信号的RS-232电平与TTL电平的转换;第三部分是RS485/RS422接口电路,主要实现各信号的RS485/RS422电平与TTL电平的转换;第四部分是以可编程逻辑阵列GAL16V8 为核心的译码控制电路,主要用于实现对通讯接口的切换。

2 电路工作原理

2.1 DC-DC隔离电源

为了提高整个系统的抗干扰能力,本电路采用隔离电源供电。DC-DC隔离电源的工作原理如图2所示。电路中的MAX761 DC-DC转换芯片是采用PFM(脉冲调频方式)方式来工作的,最高调制频率为300kHz。该芯片内部含有误差放大器、频率调制器和功率驱动管。MAX761只需少数几个外围元件即可组成DC-DC电源转换电路。而电路中的LT431芯片则是集电极开路的误差放大器,它内含2.5V基准源。
基于可编程逻辑阵列的RS232至RS422的串行口扩展电路
    该DC-DC隔离电源主要通过调节输出脉冲的频率(调节脉冲的间歇时间)来使输出电压保持稳定。其稳压过程的原理为:

当输出电压下降时,R4电压、误差、LT431输出、光耦输出电流、R1电压均随之降低。当R1电压小于1.5V基准电压时,在调制脉冲的正半周期,LX端输出低电平 脉冲变压器初极电流线性增大,D1反偏截止,此时次极无电流,脉冲变压器开始储存能量;而在调制脉冲的负半周,LX端输出高电平,脉冲变压器释放能量,感应电压经D1(正向导通)输出使输出电压上升。从而使输出电压保持稳定。

实际上,当输出电压升高时,R4电阻上的电压和误差、LT431输出到光耦的输出电流、以及R1上的电压均随之升高,当R1电压大于1.5V基准电压时,在调制脉冲的负半周,LX端输出高电平,脉冲变压器不产生电压。而此时负载消耗将使输出电压下降。从而使输出电压保持稳定。

2.2 RS-232接口电路

串行口扩展电路的电路连接如图3所示。图中的MAX238 接口芯片含有4路RS-232接口电路,其中一路用于RXD、TXD通讯信号的电平转换,另外两路用于DTR、RTS信号的电平转换。通过主机软件可设置DTR、RTS的状态以选择通讯接口,从而实现主机与连接在此通讯接口上的从机之间的数据通讯。

图3

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