王曉寧，譚業(yè)雙，呂洪斌，李菲菲

    1 引言

    串行通信的廣泛應(yīng)用可使各種傳輸設(shè)備有機地連成一體，能夠安全可靠地進行數(shù)據(jù)交換和信息傳遞。但是由于各個設(shè)備傳輸信道上的信號不同，所應(yīng)用的串口也各種各樣，要完成眾多設(shè)備相互之間的通信，就必然要涉及到各個設(shè)備之間的串口轉(zhuǎn)換問題。

    為了使計算機的rs-232接口與各種不同的串口進行通信，從而測試或控制不同設(shè)備的工作狀態(tài)，本文設(shè)計了一種通用串口適配器，適配器有4個對外接口，其中，1口連接控制計算機，2、3、4口連接不同標(biāo)準(zhǔn)串口的通信設(shè)備，如圖1所示。

    2 硬件設(shè)計

    為了實現(xiàn)對適配器的自動控制以及擴展其他接口，采用了c8051f020單片機。適配器選用了c8051f020微處理器、max4534電子模擬開關(guān)、max232電平轉(zhuǎn)換器以及rs-485／rs-422信號轉(zhuǎn)換器max491等。

    整個系統(tǒng)以c8051f020為核心，原理框圖如圖2所示。通過串口1控制從上位機串口發(fā)送的數(shù)據(jù)的接收、存儲和判別，然后通過串口2控制電子模擬開關(guān)，使其內(nèi)部的模擬開關(guān)接通相應(yīng)的串口，最后實現(xiàn)計算機與各個串口的通信。

    2.1 與上位機通信電路

    c8051f020引腳的信號電平為ttl類型，而pc機串口的異步串行通信基于rs-232標(biāo)準(zhǔn)。兩者通信信號的邏輯電平不一致，必須進行信號電平轉(zhuǎn)換。因此，選用maxim公司的max232實現(xiàn)ttl電平與rs-232電平的雙向轉(zhuǎn)換。

    max232包含兩路接收和驅(qū)動器，適用于各種eia-232c和v.28／v.24的通信接口。該器件內(nèi)置一個電源電壓轉(zhuǎn)換器，可將5 v電壓轉(zhuǎn)換成rs-232c輸出電平所需的±10 v電壓。所以，采用此器件的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5 v電源。

    串口通信的rs-232通信距離以不超過12 m為宜。接口采用9針串口db9，串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)引腳和發(fā)送引腳就可實現(xiàn)。 2.2 模擬開關(guān)控制電路該控制電路主要由max4534(一對四)完成。地址端a0和a1與單片機i／o端口相連，開關(guān)1、2、3、4分別與各測試設(shè)備的串口相連，max4534的內(nèi)部連接邏輯如圖3所示。

    當(dāng)上位機實現(xiàn)與單片機的握手后，若與rs-422口通信。則需先發(fā)送一個檢測信號test，該信號經(jīng)max232電平轉(zhuǎn)換后，送至單片機c8051f020，單片機接收到信號后，通過其i／o端口p6.0和p6.1的輸出狀態(tài)分別控制開關(guān)max4534的地址端a0和a1。若a0和a1均為0，則接通開關(guān)no1，如表1所示，使檢測電路的max491接收端處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而形成通路。此時單片機回發(fā)一個通路信號給上位機，當(dāng)上位機接收到通路信號后，mcu的串口txd端就可自由發(fā)送數(shù)據(jù)，從設(shè)備發(fā)來的回應(yīng)信號也可以被mcu正常接收，從而完成整個通信過程。

    2.3 rs-232(ttl電平)接口電路設(shè)計

    因為從單片機引腳出來的信號為ttl電平，所以ttl電平的rs-232接口無需進行電平轉(zhuǎn)換，可以直接通過模擬開關(guān)max4534與串口相連。

    對于五線rs-232接口，由于c8051f020串口只有兩根線連接rxd和txd，rts和cts通過其兩個i／o口實現(xiàn)。

    2.4 rs-422接口的轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

    rs-232串行接口屬于個人計算機(pc)及電信應(yīng)用領(lǐng)域中最為成功的串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；而rs-422串行接口則是工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中最為成功的串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。上述這些數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)并不直接相互兼容。rs-422標(biāo)準(zhǔn)全稱為"平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性"，它定義了接口電路的特性，與rs-232不同，rs-422數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對兒雙絞線，將其中一條線路定義為a，另一條線路定義為b。通常情況下，發(fā)送驅(qū)動器a、b之間的正電平為+2 v～+6 v，是一個邏輯狀態(tài)；負電平為-2 v～-6 v。rs-422的最大傳輸距離為4000英尺(約1 219 m)，最大傳輸速率為10 mb／s，最多可接10個