西門子ET200模塊6ES7131-4RD02-0AB0

4. 硬件設計
由于本轉換器供電來自RS-232信號線其輸入功率受到限制因而在本設計中將盡可能地采用+3V供電的低功耗器件保證總電流小于54.4mA 主要包括4個部分DC-DC轉換器RS-232接口RS-485/RS-422接口和微處理器分別介紹如下
4.1. DC-DC轉換器
顯然還沒有一個DC-DC 轉換器能夠直接實現-12V 輸入+3V 輸出的IC 但是如果我們利用現有的IC 稍作改動即可實現該功能圖2 所示的DC-DC 轉換電路就是利用MAX761 實現的-12V 輸入+3V 輸出效率高于85%的升壓DC-DC 轉換器該轉換器實際輸入電壓范圍為-2.5V 至-13.5V 靜態工作電流僅I1=120 A 具有輸出電流大于54.4mA的能力如果前端輸入功率未受到限制則輸出電流可達300mA以上由于MAX761采用高效率的PFM 控制方式,而且在本電路中,開關損耗較小(因為開關電流小于負載電流),所以能夠達到比MAX761 典型應用更高的效率(MAX761 典型應用效率為86%) 輸出電壓由下列方程確定
VOUT=VREF*R1/R2+0.7(V) 其中VREF=1.5V

-12V至3V 效率高于85%的DC-DC轉換器
4.2. RS-232接口
本轉換器只需要一片單發/單收RS-232接口就可以滿足要求但必須要求+3V單電源工作工作電流盡可能地小的接口電路MAX3221/MAX3221E 帶15kVESD保護剛好能夠滿足上述要求具有1TX/1RX 其工作電壓+3V至+5.5V, 僅1 A的靜態電流負載電流小于I2=2mA
4.3. RS-485/RS-422接口
為兼顧RS-485/RS-422 接口中半雙工和全雙工的要求本轉換器采用MAX3491 作為RS-485/RS-422 接口電路其主要指標為+3V 至+3.6V 單電源工作工作電流1mA,驅動60負載時半雙工時兩個120 終端匹配電阻的并聯值峰值電流可達I3=3V/60 =50mA半雙工和全雙工工作方式是通過跳線器來設置的見圖3
4.4. 微處理器
在本轉換器中微處理器所要完成的任務很簡單僅需要幾根I/O 線即可實現參數的設置和發送使能的自動控制實際選擇中采用Microchip公司的PIC12C508A其主要指標為工作電流I4<1.0mA(工作電壓3V 頻率4MHz),6 條I/O 線512kByte 的ROM 其中GP0 GP1 GP4和GP5四個引腳設定對應于16 種常用波特率300 600 1200至38.4Kbps等8 種以及900 1800 至115.4Kbps等8種的延時時間GP3對應于10位或11位串行數據格式GP2為TXD輸入用來檢測UART何時發送和停止數據GP1為復用輸出引腳用來控制MAX3491的發送使能控制端GP0也為復

本轉換器的最大電流總和<I1+I2+I3+I4=0.12+2.0+ 50.0+1.0=53.12mA 小于DC-DC轉換器的最小輸出電流54.4mA 因而通過RS-232信號線為本電路供電是可行的實際上由于輸入電源端的儲能電容E1 和TXD 為負電平時能夠為電路補充一定的功率所以設計上留有較大的電源功率裕量
5. 軟件設計
本轉換器的軟件設計較為簡單微處理器復位后將所有的I/O 口設為輸入并讀入所有的I/O 狀態保存到寄存器將GP2 和GP3 改設為輸出狀態并輸出低電平使RS-485/RS-422 接口處于禁止發送允許接收的狀態CPU 根據GPIO 的初始狀態確定出用戶設定的通訊波特率和串行數據格式從而預置內部的延時設定CPU 檢測到UART開始通訊后打開發送使能經內部預置延時后開始在一個位寬時間內檢測是否有下一個起始位到來如檢測到則重新延時等待否則關閉發送使能結束當前通訊重新檢測UART的起始位對于半雙工通訊方式允許發送使能前應該關閉接收使能而在發送使能關閉后才打開接收使能對于全雙工通訊方式其接收使能可以不受此信號控制而可以直接通過跳線接地始終允許接收
6. 結論
在本RS-232到RS-485/RS-422接口的智能轉換器設計中除了本身這個產品具有較高的應用價值外文中所涉及的RS-232信號線供電方案由于其高效率大電流輸出能力在許多基于RS-232 接口的應用中都能夠很好地滿足應用另外這種智能控制RS-485/RS-422 接口的收發使能的思想在擴展基于RS-485/RS-422 接口的網絡分支及延伸通訊距離都能夠得到很好的應用