CN101662279A - 一种电平转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电平转换装置，包括异步串行接口、与所述异步串行接口进行数据传递的RS－232通信接口；其中，还包括连接在所述异步串行接口和所述RS－232通信接口之间的电平转换网络，所述电平转换网络将所述异步串行接口发出的TTL电平转换成RS－232电平，并将从所述RS－232通信接口发出的RS－232电平转换成TTL电平。实施本发明的所述的电平转换装置，通过简单的电路连接，实现了TTL电平和RS－232电平之间的转换，不仅成本低，且实现了TTL电路和RS－232电路之间的电气隔离，通信波特率高。
Description
技术领域
本发明涉及接口电平转换，具体涉及一种TTL电平与RS-232电平的转换装置。
背景技术
RS-232通信接口是PC机和通信产品中应用广泛的一种串行通信接口。TTL(晶体管-晶体管逻辑)电平，以高低电平表示逻辑状态，RS-232是用正负电压来表示逻辑状态，为了能够同TTL器件连接，必须在RS-232与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换可用分立元件，也可用集成电路芯片。通常采用专用的TTL与RS-232双向电平转换芯片，如MAX202，典型的应用如图1。
使用集成电路能够实现TTL/CMOS电平与RS-232电平的直接转换，但对于要求TTL/CMOS电路与RS-232电路的电气隔离的场合，如果要达到电气隔离的目的需要增加独立的电源和相应的隔离电路，并且专用集成电路的价格较高。
因此需要一种成本低，而且能实现了TTL电路与RS-232电路之间的电气隔离的电平转换装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有TTL电平和RS-232C电平转换装置采用专门的转换芯片，既成本较高，又需要专门的电气隔离电路的缺陷，提供一种需要一种精简的TTL电平和RS-232C电平的电平转换装置，既成本低廉，同时又能实现TTL电路与RS-232电路之间的电气隔离。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种电平转换装置，包括异步串行接口、与所述异步串行接口进行数据传递的RS-232通信接口；其中还包括连接在所述异步串行接口和所述RS-232通信接口之间的电平转换网络，所述电平转换网络将所述异步串行接口发出的TTL电平转换成RS-232电平，并将从所述RS-232通信接口发出的RS-232电平转换成TTL电平。
优选地，所述电平转换网络包括第一光电耦合器、第二光电耦合器、电阻R1、R2；所述第一光电耦合器的发射端阴极连接到所述异步串行接口的TX端，发射极阳极连接电源Vcc，接收端集电极连接到所述RS-232通信接口的RTS脚，接收端发射极连接到所述RS-232通信接口的RXD端；电阻R1串联在所述RS-232通信接口的RXD端和SG端；所述第二光电耦合器的发射端阳极通过电阻R2连接到所述RS-232通信接口的TXD端，发射端阴极连接到所述RS-232通信接口的SG端，接收端集电极连接到所述异步串行接口的RX端，接收端发射极接地。
优选地，所述电平转换网络还包括其基极与所述异步串行接口的TX端连接、其发射极与所述第一光电耦合器的发射端阴极连接、其集电极接地的三极管Q1。
优选地，所述电平转换网络还包括连接在所述三极管Q1的基极和所述异步串行接口的TX端之间的电阻R4。
优选地，所述电平转换网络还包括串联所述三极管Q1的发射极和集电极之间的电容C1。
优选地，所述电平转换网络还包括连接在所述电源Vcc和三极管Q1的基极之间的电阻R6。
优选地，所述第二光电耦合器的接收端集电极还通过限流电阻R5与所述电源Vcc相连。
优选地，所述电平转换网络还包括连接在所述第一光电耦合器的发射端阳极和所述电源Vcc之间的电阻R3。
优选地，当所述异步串行接口为正逻辑时，所述三极管Q1是NPN三极管。
实施本发明的所述的电平转换装置，通过简单的电路连接，实现了TTL电平和RS-232电平之间的转换，不仅成本低，且实现了TTL电路和RS-232电路之间的电气隔离，通信波特率高。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是通用的TTL和RS-232双向电平转换芯片；
图2是本发明的第一实施例的电路原理框图
图3是本发明的第一实施例的电路图；
图4是本发明的第二实施例的电路图；
图5是本发明的第三实施例的电路图；
图6是本发明的第四实施例的电路图；
图7是本发明的第五实施例的电路图；
图8是本发明的第六实施例的电路图；
图9是本发明的第七实施例的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2是本发明的第一实施例的电路原理框图。如图2所示，电平转换网络2将从异步串行接口1发出的TTL电平转换成可由RS-232通信接口3接收的RS-232电平，并将从RS-232通信接口3发出的RS-232电平转换成可由异步串行接口1接收的TTL电平，并通过RS-232通信接口3的RTS脚获取电平转换所需的电源，还能够保证一定的通信波特率。
其中异步串行接口1可设置在计量装置、仪表或仪器中常用的单片机中，可通过硬件或软件来实现，通常采用TXD(发送数据)及RXD(接收数据)来表示。RS-232通信接口3是PC机和通信产品中应用广泛的一种串行通信接口。可将其设置在电脑、手持机、POS机等中。以下对本发明的介绍是基于异步串行接口1设置在计量装置中，RS-232是设置在外部通信设备中的。
图3是本发明的第一实施例的电路图。如图3所示，异步串行接口1的TX端和RX端分别连接到第一光电耦合器U1的发射端阴极2脚和第二光电耦合器U2的接收端集电极4脚。第一光电耦合器U1的发射极阳极1脚与电源Vcc相连。第二光电耦合器U2的接收端发射极3脚连接到异步串行接口1所在计量装置的内部地。所述第一光电耦合器U1的接收端集电极4脚连接到RS-232通信接口3的RTS端(Request to send，请求发送)，所述第一光电耦合器U1的接收端发射极3脚连接到RS-232通信接口3的RXD端(Request tosend，请求发送)。串联电阻R1连接在RS-232通信接口3的RXD端和SG端(signal ground，信号地)之间。所述第二光电耦合器U2的发射端阳极1脚通过限流电阻R2连接到RS-232通信接口3的TXD端(Transmitted data，发送数据)，所述第二光电耦合器U2的发射端阴极2脚连接到RS-232通信接口3的SG端。
当RS-232通信接口3所在的通信设备通过其读取异步串行接口1所在的计量装置的数据时，通过TXD发出读取命令，驱动第二光电耦合器U2将数据传输给异步串行口1，当计量装置检测到异步串行口1的通信起始位后，根据接收到读取命令，通过TX发出需要的串行数据，此时RS-232通信接口3处于接收状态，由RTS脚(请求发送)为第一光电耦合器U1的接收端集电极提供工作电源，R1上电平为通信设备所需要的串行数据。两个光电耦合器U1、U2接收端和发射端分别使用独立的电源，实现了TTL电路和RS-232电路之间的电气隔离，保证了通信安全。
图3是本发明的最简实施例，该电路的实现只需要4个元件(2个电阻，2个光电耦合器)，电阻可以采用直插的也可采用贴片封装的，对电阻的精度要求不高；光电耦合器可根据隔离电压、通信波特率的要求选取合适的型号。电阻和光电耦合器是常用物料，价格便宜，使用普遍。由于元件少，可以有效减少印刷电路板的面积和产品的体积，降低产品的物料成本。
图4是本发明的第二实施例的电路图。如图所示，异步串行接口1的TX端经电阻R4与三极管Q1的基极相连。三极管Q1的集电极接地、发射极连接到第一光电耦合管U1的发射端阴极2脚。第一光电耦合管U1的发射端阳极1脚经电阻R3与电源Vcc相连。所述第一光电耦合器U1的接收端集电极4脚连接到RS-232通信接口3的RTS端(请求发送)，所述第一光电耦合器U1的接收端发射极3脚连接到RS-232通信接口3的RXD端。串联电阻R1连接在所述RXD端和RS-232通信接口的SG端。所述第二光电耦合器U2的发射端阳极1脚通过限流电阻R2连接到RS-232通信接口3的TXD端，所述第二光电耦合器U2的发射端阴极2脚连接到RS-232通信接口3的SG端。所述第二光电耦合器U2的接收端集电极极4脚连接到异步串行接口1的同时，通过限流电阻R5连接到电源Vcc。第二光电耦合器U2的接收端发射极3脚连接到异步串行接口1所在的计量装置的内部地。
当RS-232通信接口3所在的通信设备通过其读取异步串行接口1所在的计量装置的数据时，通过TXD发出读取命令，驱动第二光电耦合器U2将数据传输给异步串行口1，当计量装置检测到异步串行口1的通信起始位后，根据接收到的读取命令，通过TX发出需要的串行数据，通过驱动三极管Q1转换，此时RS-232通信接口3处于接收状态，由RTS脚(请求发送)为第一光电耦合器U1的接收端集电极提供工作电源，R1上电平为通信设备所需要的串行数据。电阻R3能有效地起到限流的作用，防止电流过大，损坏第一光电耦合器U1和三极管Q1。电阻R5能有效地起到限流的作用，防止电流过大，损坏第二光电耦合器U2。该实施例特别适合在异步串行接口驱动能力有限，需要增加上拉电阻时使用。
在本发明的第三实施例中(如图5所示)，当异步串行接口1的驱动能力有限的，为了更好的驱动数据传输，还可在电源Vcc和三极管Q1的基极之间增加上拉电阻R6。为了防止数字信号转换过程中出现尖峰脉冲，可增加其正极和负极分别连接到三极管Q1的发射极和集电极之间的电容C1。电容C1为瓷片电容，对其没有极性要求，因此也可将所述电容C1的正极和负极分别连接到所述三极管的集电极和发射极之间。
在本发明的第四实施例中(如图6所示)，当异步串行接口1可承受灌电流足够大的时候，异步串行接口1的TX端可与三极管Q1的基极直接相连，不再需要电阻R4。三极管Q1的集电极接地，发射极连接到第一光电耦合管U1的发射端阴极2脚。第一光电耦合管U1的发射端阳极1脚经电阻R3与电源Vcc相连。所述第一光电耦合器U1的接收端集电极4脚连接到RS-232通信接口3的RTS端(请求发送)，所述第一光电耦合器U1的接收端发射极3脚连接到RS-232通信接口3的RXD端。串联电阻R1连接在所述RXD端和RS-232通信接口的SG端。所述第二光电耦合器U2的发射端阳极1脚通过限流电阻R2连接到RS-232通信接口3的TXD端，所述第二光电耦合器U2的发射端阴极2脚连接到RS-232通信接口3的SG端。所述第二光电耦合器U2的接收端集电极4脚连接到异步串行接口1的同时，通过限流电阻R5连接到电源Vcc。第二光电耦合器U2的接收端发射极3脚连接到异步串行接口1所在的设备的内部地。
如图7、8、9所示，当异步串行接口为正逻辑时，图4、5、6中所示的三极管Q1均可使用NPN型三极管替代。
本发明所述的电平转换装置还可以应用在任何其它的设备、仪器中，用于TTL电平和RS-232电平之间的转换。
实施本发明的所述的电平转换装置，通过简单的电路连接，实现了TTL电平和RS-232电平之间的转换，不仅成本低，且实现了TTL电路和RS-232电路之间的电气隔离，通信波特率高。
Claims (10)
1、一种电平转换装置，包括异步串行接口(1)、与所述异步串行接口(1)进行数据传递的RS-232通信接口(3)；
其特征在于，还包括连接在所述异步串行接口(1)和所述RS-232通信接口(3)之间的电平转换网络(2)，所述电平转换网络(2)用于将所述异步串行接口(1)发出的TTL电平转换成RS-232电平，并将从RS-232通信接口(3)发出的RS-232电平转换成TTL电平。
2、根据权利要求1所述的电平转换装置，其特征在于，所述电平转换网络(2)包括第一光电耦合器(U1)、第二光电耦合器(U2)、电阻R1、R2；
所述第一光电耦合器(U1)的发射端阴极(2脚)连接到所述异步串行接口(1)的TX端，发射极阳极(1脚)连接电源Vcc，接收端集电极(4脚)连接到所述RS-232通信接口的RTS脚，接收端发射极(3脚)连接到所述RS-232通信接口的RXD端；电阻R1串联在所述RS-232通信接口(3)的RXD端和SG端之间；所述第二光电耦合器(U2)的发射端阳极(1脚)通过电阻R2连接到所述RS-232通信接口(3)的TXD端，发射端阴极(2脚)连接到所述RS-232通信接口(3)的SG端，接收端集电极(4脚)连接到所述异步串行接口(1)的RX端，接收端发射极(3脚)接地。
3、根据权利要求2所述的电平转换装置，其特征在于，所述电平转换网络(2)还包括其基极与所述异步串行接口(1)的TX端连接、其发射极与所述第一光电耦合器(U1)的发射端阴极(2脚)连接、其集电极接地的三极管Q1。
4、根据权利要求3所述的电平转换装置，其特征在于，所述电平转换网络(2)还包括连接在所述三极管Q1的基极和所述异步串行接口(1)的TX端之间的电阻R4。
5、根据权利要求3所述的电平转换装置，其特征在于，所述电平转换网络(2)还包括其串联到所述三极管Q1的发射极和集电极之间的电容C1。
6、根据权利要求3所述的电平转换装置，其特征在于，所述电平转换网络(2)还包括连接在所述电源Vcc和所述三极管Q1的基极之间的电阻R6。
7、根据权利要求1-6中任一权利要求所述的电平转换装置，其特征在于，所述第二光电耦合器(U2)的接收端集电极(4脚)还通过限流电阻R5与所述电源Vcc相连。
8、根据权利要求1-6中任一权利要求所述的电平转换装置，其特征在于，所述电平转换网络(2)还包括连接在第一光电耦合器(U1)的发射端阳极(1脚)和所述电源Vcc之间的电阻R3。
9、根据权利要求1-6中任一权利要求所述的电平转换装置，其特征在于，当所述异步串行接口为正逻辑时，所述三极管Q1是NPN三极管。
10、根据权利要求7所述的电平转换装置，其特征在于，当所述异步串行接口为正逻辑时，所述三极管Q1是NPN三极管。
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