文章作者：鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院 黃俊杰 毛曉波 河南鄭州市供電公司試驗(yàn)所 黃運(yùn)峰

    摘要：介紹了利用可編程邏輯陣列把１路RS232擴(kuò)展至４路RS422的串行口電路設(shè)計(jì)方法。該擴(kuò)展電路不占用PC系統(tǒng)資源，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，通用性和可補(bǔ)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于主從式多機(jī)通訊系統(tǒng)中。

    關(guān)鍵詞：串行通訊；數(shù)據(jù)采集；集散控制；RC232；RS422

　　由于ＲＳ－４２２總線具有抗干擾能力強(qiáng)、通訊速率高、通訊距離遠(yuǎn)、可以與多臺(tái)從機(jī)通訊等特點(diǎn)，所以，該總線在數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控管理及集散控制系統(tǒng)的主從式多機(jī)通訊系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。但是，若在一條ＲＳ－４２２ 通訊總線上連接過(guò)多的從機(jī)，則有可能會(huì)由于總線負(fù)擔(dān)過(guò)重，而使系統(tǒng)可靠性變差，有時(shí)甚至?xí)䦟?dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

　　為了解決ＲＳ４２２總線在實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)出一種以可編程邏輯陣列ＧＡＬ１６Ｖ８為核心的串行口擴(kuò)展電路。它可將微機(jī)的一路ＲＳ２３２串行口擴(kuò)展至４路ＲＳ－４２２串行口。該電路通過(guò)主機(jī)軟件對(duì)ＤＴＲ、ＲＴＳ控制信號(hào)的編程，可以和任選通訊接口的從機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；也可以不用ＤＴＲ、ＲＴＳ控制信號(hào)，而直接實(shí)現(xiàn)主機(jī)與全部通訊接口的從機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，同時(shí)可在不改變?cè)瓉?lái)軟件的情況下，做到即插即用。

    

　　本電路采用ＤＣ－ＤＣ隔離電源供電，主機(jī)與通訊接口之間采用高速光耦來(lái)實(shí)現(xiàn)光電隔離，從而增強(qiáng)了主機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力。此外，該擴(kuò)展電路還具有不占用系統(tǒng)資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、通用性強(qiáng)和性能可靠等特點(diǎn)，因此，可廣泛應(yīng)用于全雙工通訊方式的主從式多機(jī)通訊系統(tǒng)。

　　在實(shí)際的煤氣泄漏巡檢系統(tǒng)中，筆者用該擴(kuò)展電路組成的主從式多機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)與４０多臺(tái)數(shù)據(jù)采集裝置之間的數(shù)據(jù)通訊，而且保證了通訊性能的穩(wěn)定可靠。

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　　圖１所示是這種ＲＳ－４２２串行口擴(kuò)展電路的結(jié)構(gòu)框圖。整個(gè)擴(kuò)展電路分為４個(gè)部分，其中，第一部分是ＤＣ－ＤＣ隔離電源。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，本電路采用隔離電源來(lái)進(jìn)行供電。第二部分是ＲＳ－２３２接口電路，用于實(shí)現(xiàn)各信號(hào)的ＲＳ－２３２電平與ＴＴＬ電平的轉(zhuǎn)換；第三部分是ＲＳ４８５／ＲＳ４２２接口電路，主要實(shí)現(xiàn)各信號(hào)的ＲＳ４８５／ＲＳ４２２電平與ＴＴＬ電平的轉(zhuǎn)換；第四部分是以可編程邏輯陣列ＧＡＬ１６Ｖ８ 為核心的譯碼控制電路，主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)通訊接口的切換。

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　�。玻� ＤＣ－ＤＣ隔離電源
　
　　為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，本電路采用隔離電源供電。ＤＣ－ＤＣ隔離電源的工作原理如圖２所示。電路中的ＭＡＸ７６１ ＤＣ－ＤＣ轉(zhuǎn)換芯片是采用ＰＦＭ（脈沖調(diào)頻方式）方式來(lái)工作的，最高調(diào)制頻率為３００ｋＨｚ。該芯片內(nèi)部含有誤差放大器、頻率調(diào)制器和功率驅(qū)動(dòng)管。ＭＡＸ７６１只需少數(shù)幾個(gè)外圍元件即可組成ＤＣ－ＤＣ電源轉(zhuǎn)換電路。而電路中的ＬＴ４３１芯片則是集電極開路的誤差放大器，它內(nèi)含２．５Ｖ基準(zhǔn)源。

　　該ＤＣ－ＤＣ隔離電源主要通過(guò)調(diào)節(jié)輸出脈沖的頻率（調(diào)節(jié)脈沖的間歇時(shí)間）來(lái)使輸出電壓保持穩(wěn)定。其穩(wěn)壓過(guò)程的原理為：

　　當(dāng)輸出電壓下降時(shí)，Ｒ４電壓、誤差、ＬＴ４３１輸出、光耦輸出電流、Ｒ１電壓均隨之降低。當(dāng)Ｒ１電壓小于１．５Ｖ基準(zhǔn)電壓時(shí)，在調(diào)制脈沖的正半周期，ＬＸ端輸出低電平 脈沖變壓器初極電流線性增大，Ｄ１反偏截止，此時(shí)次極無(wú)電流，脈沖變壓器開始儲(chǔ)存能量；而在調(diào)制脈沖的負(fù)半周，ＬＸ端輸出高電平，脈沖變壓器釋放能量，感應(yīng)電壓經(jīng)Ｄ１（正向?qū)ǎ┹敵鍪馆敵鲭妷荷仙�。從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。

　　實(shí)際上，當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，Ｒ４電阻上的電壓和誤差、ＬＴ４３１輸出到光耦的輸出電流、以及Ｒ１上的電壓均隨之升高，當(dāng)Ｒ１電壓大于１．５Ｖ基準(zhǔn)電壓時(shí)，在調(diào)制脈沖的負(fù)半周，ＬＸ端輸出高電平，脈沖變壓器不產(chǎn)生電壓。而此時(shí)負(fù)載消耗將使輸出電壓下降。從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。

　�。玻� ＲＳ－２３２接口電路

　　串行口擴(kuò)展電路的電路連接如圖３所示。圖中的ＭＡＸ２３８ 接口芯片含有４路ＲＳ－２３２接口電路，其中一路用于ＲＸＤ、ＴＸＤ通訊信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換，另外兩路用于ＤＴＲ、ＲＴＳ信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換。通過(guò)主機(jī)軟件可設(shè)置ＤＴＲ、ＲＴＳ的狀態(tài)以選擇通訊接口，從而實(shí)現(xiàn)主機(jī)與連接在此通訊接口上的從機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊。

    ２．３ ＲＳ４２２／ＲＳ４８５接口電路

　　ＲＳ４２２／ＲＳ４８５接口電路