一種usb轉rs-485-422多功能有源隔離轉換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種USB轉RS-485-422多功能有源隔離轉換器，包括隔離前端、隔離后端和驅動電路，光耦包括TX光電隔離芯片和RX光電隔離芯片，所述隔離前端包括信號轉換芯片，所述隔離后端包括信號收發狀態控制芯片、RS-485/RS-422通信模式轉換控制芯片、RS-485收發器、RS-422發送器、RS-422接收器和電源。本實用新型提供一種方便快捷的USB和RS-485-422通信轉換，既可以將任意口的USB信號轉換成平衡的RS-485半雙工差分信號，也可以將任意口的USB信號轉換成平衡的RS-422全雙工差分信號，且本實用新型支持熱插拔功能，即插即用，可以組成點對點，點對多點的RS-485或RS-422通信網絡，將通信距離拉長到1.2km。
【專利說明】—種USB轉RS-485-422多功能有源隔離轉換器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種通訊轉換裝置，具體是一種USB轉RS-485-422多功能有源隔離轉換器。
【背景技術】
[0002]串口通信是指外部設備、智能儀器和計算機間，通過數據信號線、地線、控制線等，按位進行傳輸數據的一種通訊方式，這種通信方式使用的數據線少，在遠距離通信中可以節約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸低；串口通信的概念非常簡單，串口按位發送和接收字節，盡管比按字節的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據，串口用于ASCII碼字符的傳輸，通信使用3根線完成，分別是地線、發送、接收，由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發送數據同時在另一根線上接收數據。串口通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗，對于兩個進行通信的端口，這些參數必須匹配。
[0003]串口是計算機上一種比較通用的設備通信協議，串口同時也是儀器儀表設備通用的通信協議，很多GPIB兼容的設備也帶有RS-232 口，同時，串口通信協議也可以用于獲取遠程采集設備的數據。隨著目前儀器儀表智能化的發展，越來越多的設備和計算機上并沒有設置串口，為了在沒有串口只有USB 口的計算機、外部設備、智能儀器之間通信，我們必須先將通信信號作轉換。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種支持USB轉RS-485半雙工和USB轉RS-422全雙工兩種通信模式的USB轉RS-485-422多功能有源隔離轉換器，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0005]為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0006]一種USB轉RS-485-422多功能有源隔離轉換器，包括隔離前端、隔離后端和驅動電路，隔離前端和隔離后端之間通過光耦連接，光耦包括TX光電隔離芯片和RX光電隔離芯片，所述隔離前端包括信號轉換芯片，信號轉換芯片通過USB數據線連接PC機的USB接口，所述隔離后端包括信號收發狀態控制芯片、RS-485/RS-422通信模式轉換控制芯片、RS-485收發器、RS-422發送器、RS-422接收器和電源，所述光耦通過信號收發狀態控制芯片分別連接RS-485/RS-422通信模式轉換控制芯片、RS-485收發器、RS-422發送器、RS-422接收器和電源，所述RS-485收發器連接RS-485總線，RS-422發送器連接RS-422發送端，RS-422接收器連接RS-422接收端。
[0007]作為本實用新型再進一步的方案:驅動電路中USB接口 J3的VCC_5端口連接電壓信號VCCl，USB接口 J3的GND端口接地，USB接口 J3的D-端口通過電阻R18連接信號轉換芯片Ull的16腳，USB接口 J3的D+端口通過電阻R19連接信號轉換芯片Ull的15腳，信號轉換芯片Ull的17腳分別連接并補電容C19和并補電容C20，并補電容C19另一端分別連接并補電容C20另一端、信號轉換芯片Ull的18腳、信號轉換芯片Ull的21腳、信號轉換芯片Ull的22腳、信號轉換芯片Ull的23腳、信號轉換芯片Ull的24腳、并補電容C17和并補電容C18，并補電容C17另一端分別連接振蕩器Yl —端和信號轉換芯片Ull的28腳，并補電容C18另一端分別連接振蕩器Yl另一端和信號轉換芯片Ull的27腳，信號轉換芯片Ull的20腳分別連接信號轉換芯片Ull的4腳、電阻R23、電阻R21和電阻R22，電阻R23連接信號轉換芯片Ull的6腳，電阻R21連接信號轉換芯片Ull的13腳，電阻R22連接信號轉換芯片Ull的14腳；
[0008]信號轉換芯片Ull的I腳分別連接電阻Rl和電阻R2，電阻Rl另一端連接電壓信號VCCl，電阻R2另一端連接三極管Q5的I腳，三極管Q5的3腳接地，三極管Q5的2腳連接TX光電隔離芯片U6的3腳，TX光電隔離芯片U6的2腳通過電阻R4連接電壓信號VCCl，TX光電隔離芯片U6的5腳接地，TX光電隔離芯片U6的8腳分別連接電阻R7和電壓信號VCC2,電阻R7另一端分別連接TX光電隔離芯片U6的6腳、非門控制芯片U4的9腳和非門控制芯片U4的13腳，信號轉換芯片Ull的6腳分別連接RX光電隔離芯片U5的6腳和電阻R3，電阻R3另一端分別連接RX光電隔離芯片U5的8腳和電壓信號VCCl，RX光電隔離芯片U5的3腳接地，RX光電隔離芯片U5的2腳通過電阻R6連接非門控制芯片U4的10腳；
[0009]非門控制芯片U4的I腳分別連接二極管Dl、電阻R5和并補電容C9，二極管Dl負極分別連接電阻R5另一端和非門控制芯片U4的4腳，非門控制芯片U4的3腳連接非門控制芯片U4的6腳，非門控制芯片U4的13腳連接非門控制芯片U4的8腳，非門控制芯片U4的11腳分別連接電阻R5和與門控制芯片U7的6腳，電阻R5另一端連接三極管Q7的I腳，三極管Q7的3腳連接電壓信號VCC2，三極管Q7的2腳依次通過發光二極管RXD和電阻R13接地，非門控制芯片U4的12腳分別連接電阻R4和發送芯片U2的4腳，電阻R14另一端連接三極管Q6的I腳，三極管Q6的3腳連接電壓信號VCC2，三極管Q6的2腳依次通過發光二極管TXD和電阻R12接地；
[0010]非門控制芯片U4的2腳分別連接發送芯片U2的2腳和發送芯片U2的3腳，發送芯片U2的I腳分別連接電阻R17和與門控制芯片U7的5腳，電阻R17另一端和發送芯片U2的8腳均連接電壓信號VCC2，發送芯片U2的5腳接地，發送芯片U2的6腳分別連接穩壓二極管ZD3、電阻Rll和排線JP3的I腳，電阻Rll另一端連接電壓信號VCC2，發送芯片U2的7腳分別連接穩壓二極管ZD2、電阻RlO和排線JP3的2腳，穩壓二極管ZD2、穩壓二極管ZD3和電阻RlO另一端均接地，排線JP3的6腳通過滑動變阻器RC6連接電源電壓信號，排線JP3的5腳接地，排線JP3的3腳分別連接電阻R9、穩壓二極管ZD5和接收芯片U3的6腳，排線JP3的4腳分別連接電阻R8、穩壓二極管ZD4和7腳，R8另一端、穩壓二極管ZD4正極、穩壓二極管ZD5正極、接收芯片U3的2腳、接收芯片U3的3腳和接收芯片U3的5腳均接地，電阻R9另一端和接收芯片U3的8腳均連接電壓信號VCC2，接收芯片U3的I腳連接與門控制芯片U7的4腳，與門控制芯片U7的7腳接地，與門控制芯片U7的14腳連接電壓信號VCC2，電壓信號VCC2分別連接并補電容C10、并補電容C12和并補電容C14。
[0011]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0012]本實用新型彌補了有些臺式電腦和筆記本沒有232串口的不足，提供一種方便快捷的USB和RS-485-422通信轉換，不但兼容win2000，xp系統，而且支持最新的win7系統，本實用新型既可以將任意口的USB信號轉換成平衡的RS-485半雙工差分信號，也可以將任意口的USB信號轉換成平衡的RS-422全雙工差分信號，且本實用新型支持熱插拔功能，即插即用，可以組成點對點，點對多點的RS-485或RS-422通信網絡，將通信距離拉長到1.2km。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0014]圖2為本實用新型中驅動電路連接圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合【具體實施方式】對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。
[0016]請參閱圖1-2，一種USB轉RS-485-422多功能有源隔離轉換器，包括隔離前端、隔離后端和驅動電路，隔離前端和隔離后端之間通過光耦連接，光耦包括TX光電隔離芯片和RX光電隔離芯片，屏蔽外部干擾，所述隔離前端包括信號轉換芯片，信號轉換芯片通過USB數據線連接PC機的USB接口，隔離前端不需要外加電源，直接從USB端口取電，所述隔離后端包括信號收發狀態控制芯片、RS-485/RS-422通信模式轉換控制芯片、RS-485收發器、RS-422發送器、RS-422接收器和電源，所述光耦通過信號收發狀態控制芯片分別連接RS-485/RS-422通信模式轉換控制芯片、RS-485收發器、RS-422發送器、RS-422接收器和電源，所述RS-485收發器連接RS-485總線，RS-422發送器連接RS-422發送端，RS-422接收器連接RS-422接收端。
[0017]隔離前端通過信號轉換芯片Ull實現USB信號的轉換、數據格式處理和USB信號收發，隔離后端通過發送芯片U2和接收芯片U3來實現485數據的收發功能，通過非門控制芯片U4控制收發狀態時序，通過與門控制芯片U7來實現RS-485和RS-422的切換。
[0018]當外部只接2根通訊線使用RS-485半雙工通訊模式時，內部通過與門控制芯片U7控制，自動切換USB轉RS-485模式；當外部接4根通訊線時使用RS-422全雙工通訊模式時，內部通過與門控制芯片U7控制，自動切換USB轉RS-422模式。
[0019]驅動電路中USB接口 J3的VCC_5端口連接電壓信號VCCl，USB接口 J3的GND端口接地，USB接口 J3的D-端口通過電阻R18連接信號轉換芯片Ull的16腳，USB接口 J3的D+端口通過電阻R19連接信號轉換芯片Ull的15腳，信號轉換芯片Ull的17腳分別連接并補電容C19和并補電容C20，并補電容C19另一端分別連接并補電容C20另一端、信號轉換芯片Ull的18腳、信號轉換芯片Ull的21腳、信號轉換芯片Ull的22腳、信號轉換芯片Ull的23腳、信號轉換芯片Ull的24腳、并補電容C17和并補電容C18，并補電容C17另一端分別連接振蕩器Yl —端和信號轉換芯片Ull的28腳，并補電容C18另一端分別連接振蕩器Yl另一端和信號轉換芯片Ull的27腳，信號轉換芯片Ull的20腳分別連接信號轉換芯片Ull的4腳、電阻R23、電阻R21和電阻R22，電阻R23連接信號轉換芯片Ull的6腳，電阻R21連接信號轉換芯片Ull的13腳，電阻R22連接信號轉換芯片Ull的14腳；
[0020]信號轉換芯片Ull的I腳分別連接電阻Rl和電阻R2，電阻Rl另一端連接電壓信號VCCl，電阻R2另一端連接三極管Q5的I腳，三極管Q5的3腳接地，三極管Q5的2腳連接TX光電隔離芯片U6的3腳，TX光電隔離芯片U6的2腳通過電阻R4連接電壓信號VCCI，TX光電隔離芯片U6的5腳接地，TX光電隔離芯片U6的8腳分別連接電阻R7和電壓信號VCC2,電阻R7另一端分別連接TX光電隔離芯片U6的6腳、非門控制芯片U4的9腳和非門控制芯片U4的13腳，信號轉換芯片Ull的6腳分別連接RX光電隔離芯片U5的6腳和電阻R3，電阻R3另一端分別連接RX光電隔離芯片U5的8腳和電壓信號VCCl，RX光電隔離芯片U5的3腳接地，RX光電隔離芯片U5的2腳通過電阻R6連接非門控制芯片U4的10腳。
[0021]非門控制芯片U4的I腳分別連接二極管Dl、電阻R5和并補電容C9，二極管Dl負極分別連接電阻R5另一端和非門控制芯片U4的4腳，非門控制芯片U4的3腳連接非門控制芯片U4的6腳，非門控制芯片U4的13腳連接非門控制芯片U4的8腳，非門控制芯片U4的11腳分別連接電阻R5和與門控制芯片U7的6腳，電阻R5另一端連接三極管Q7的I腳，三極管Q7的3腳連接電壓信號VCC2，三極管Q7的2腳依次通過發光二極管RXD和電阻R13接地，非門控制芯片U4的12腳分別連接電阻R4和發送芯片U2的4腳，電阻R14另一端連接三極管Q6的I腳，三極管Q6的3腳連接電壓信號VCC2，三極管Q6的2腳依次通過發光二極管TXD和電阻Rl2接地。
[0022]非門控制芯片U4的2腳分別連接發送芯片U2的2腳和發送芯片U2的3腳，發送芯片U2的I腳分別連接電阻R17和與門控制芯片U7的5腳，電阻R17另一端和發送芯片U2的8腳均連接電壓信號VCC2，發送芯片U2的5腳接地，發送芯片U2的6腳分別連接穩壓二極管ZD3、電阻Rll和排線JP3的I腳，電阻Rll另一端連接電壓信號VCC2，發送芯片U2的7腳分別連接穩壓二極管ZD2、電阻RlO和排線JP3的2腳，穩壓二極管ZD2、穩壓二極管ZD3和電阻RlO另一端均接地，排線JP3的6腳通過滑動變阻器RC6連接電源電壓信號，排線JP3的5腳接地，排線JP3的3腳分別連接電阻R9、穩壓二極管ZD5和接收芯片U3的6腳，排線JP3的4腳分別連接電阻R8、穩壓二極管ZD4和7腳，R8另一端、穩壓二極管ZD4正極、穩壓二極管ZD5正極、接收芯片U3的2腳、接收芯片U3的3腳和接收芯片U3的5腳均接地，電阻R9另一端和接收芯片U3的8腳均連接電壓信號VCC2，接收芯片U3的I腳連接與門控制芯片U7的4腳，與門控制芯片U7的7腳接地，與門控制芯片U7的14腳連接電壓信號VCC2，電壓信號VCC2分別連接并補電容C10、并補電容C12和并補電容C14。
[0023]數據發送時，當數據從USB端口發出后，前端USB信號轉換電路把USB的信號處理成RS-485需要的數據規范，通過隔離部分傳輸到非門控制芯片U4，非門控制芯片U4自動把收發狀態送給與門控制芯片U7，門控制芯片U7將狀態改為發送狀態，通過發送芯片U2的發送功能，使USB發送的信號發送到RS-485或RS-422總線上。
[0024]數據接收時，默認狀態通過電阻R17上來置高，調節成接收狀態，當RS-485總線上有信號時，自動接受信號，同時與門控制芯片U7將關閉發送芯片U2，同時將接受狀態指示燈RXD點亮，數據通過轉換電路從RS-485或RS-422總線端傳輸到USB端口。
[0025]本實用新型彌補了有些臺式電腦和筆記本沒有232串口的不足，提供一種方便快捷的USB和RS-485-422通信轉換，不但兼容win2000，xp系統，而且支持最新的win7系統，本實用新型既可以將任意口的USB信號轉換成平衡的RS-485半雙工差分信號，也可以將任意口的USB信號轉換成平衡的RS-422全雙工差分信號，且本實用新型支持熱插拔功能，即插即用，可以組成點對點，點對多點的RS-485或RS-422通信網絡，將通信距離拉長到1.2km。
[0026]上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。
【權利要求】
1.一種USB轉RS-485-422多功能有源隔離轉換器，包括隔離前端、隔離后端和驅動電路，其特征在于，隔離前端和隔離后端之間通過光耦連接，光耦包括TX光電隔離芯片和RX光電隔離芯片，所述隔離前端包括信號轉換芯片，信號轉換芯片通過USB數據線連接PC機的USB接口，所述隔離后端包括信號收發狀態控制芯片、RS-485/RS-422通信模式轉換控制芯片、RS-485收發器、RS-422發送器、RS-422接收器和電源，所述光耦通過信號收發狀態控制芯片分別連接RS-485/RS-422通信模式轉換控制芯片、RS-485收發器、RS-422發送器、RS-422接收器和電源，所述RS-485收發器連接RS-485總線，RS-422發送器連接RS-422發送端，RS-422接收器連接RS-422接收端。
2.根據權利要求1所述的一種USB轉RS-485-422多功能有源隔離轉換器，其特征在于，所述驅動電路中USB接口 J3的VCC_5端口連接電壓信號VCCl，USB接口 J3的GND端口接地，USB接口 J3的D-端口通過電阻R18連接信號轉換芯片Ull的16腳，USB接口 J3的D+端口通過電阻R19連接信號轉換芯片Ull的15腳，信號轉換芯片Ull的17腳分別連接并補電容C19和并補電容C20，并補電容C19另一端分別連接并補電容C20另一端、信號轉換芯片Ull的18腳、信號轉換芯片Ull的21腳、信號轉換芯片Ull的22腳、信號轉換芯片Ull的23腳、信號轉換芯片Ull的24腳、并補電容C17和并補電容C18，并補電容C17另一端分別連接振蕩器Yl —端和信號轉換芯片Ull的28腳，并補電容C18另一端分別連接振蕩器Yl另一端和信號轉換芯片Ull的27腳，信號轉換芯片Ull的20腳分別連接信號轉換芯片Ull的4腳、電阻R23、電阻R21和電阻R22，電阻R23連接信號轉換芯片Ull的6腳，電阻R21連接信號轉換芯片Ull的13腳，電阻R22連接信號轉換芯片Ull的14腳； 信號轉換芯片Ull的I腳分別連接電阻Rl和電阻R2，電阻Rl另一端連接電壓信號VCCl，電阻R2另一端連接三極管Q5的I腳，三極管Q5的3腳接地，三極管Q5的2腳連接TX光電隔離芯片U6的3腳，TX光電隔離芯片U6的2腳通過電阻R4連接電壓信號VCCl，TX光電隔離芯片U6的5腳接地，TX光電隔離芯片U6的8腳分別連接電阻R7和電壓信號VCC2,電阻R7另一端分別連接TX光電隔離芯片U6的6腳、非門控制芯片U4的9腳和非門控制芯片U4的13腳，信號轉換芯片Ull的6腳分別連接RX光電隔離芯片U5的6腳和電阻R3，電阻R3另一端分別連接RX光電隔離芯片U5的8腳和電壓信號VCCl，RX光電隔離芯片U5的3腳接地，RX光電隔離芯片U5的2腳通過電阻R6連接非門控制芯片U4的10腳； 非門控制芯片U4的I腳分別連接二極管Dl、電阻R5和并補電容C9，二極管Dl負極分別連接電阻R5另一端和非門控制芯片U4的4腳，非門控制芯片U4的3腳連接非門控制芯片U4的6腳，非門控制芯片U4的13腳連接非門控制芯片U4的8腳，非門控制芯片U4的11腳分別連接電阻R5和與門控制芯片U7的6腳，電阻R5另一端連接三極管Q7的I腳，三極管Q7的3腳連接電壓信號VCC2，三極管Q7的2腳依次通過發光二極管RXD和電阻R13接地，非門控制芯片U4的12腳分別連接電阻R4和發送芯片U2的4腳，電阻R14另一端連接三極管Q6的I腳，三極管Q6的3腳連接電壓信號VCC2，三極管Q6的2腳依次通過發光二極管TXD和電阻R12接地； 非門控制芯片U4的2腳分別連接發送芯片U2的2腳和發送芯片U2的3腳，發送芯片U2的I腳分別連接電阻R17和與門控制芯片U7的5腳，電阻R17另一端和發送芯片U2的8腳均連接電壓信號VCC2，發送芯片U2的5腳接地，發送芯片U2的6腳分別連接穩壓二極管ZD3、電阻Rll和排線JP3的I腳，電阻Rll另一端連接電壓信號VCC2，發送芯片U2的7腳分別連接穩壓二極管ZD2、電阻R10和排線JP3的2腳，穩壓二極管ZD2、穩壓二極管ZD3和電阻R10另一端均接地，排線JP3的6腳通過滑動變阻器RC6連接電源電壓信號，排線JP3的5腳接地，排線JP3的3腳分別連接電阻R9、穩壓二極管ZD5和接收芯片U3的6腳，排線JP3的4腳分別連接電阻R8、穩壓二極管ZD4和7腳，R8另一端、穩壓二極管ZD4正極、穩壓二極管ZD5正極、接收芯片U3的2腳、接收芯片U3的3腳和接收芯片U3的5腳均接地，電阻R9另一端和接收芯片U3的8腳均連接電壓信號VCC2，接收芯片U3的1腳連接與門控制芯片U7的4腳，與門控制芯片U7的7腳接地，與門控制芯片U7的14腳連接電壓信號VCC2，電壓信號VCC2分別連接并補電容C1、并補電容C12和并補電容C14。
【文檔編號】G06F13/40GK204044816SQ201420533968
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】潘呈省 申請人:山東廣達鋰電檢測研究院有限公司