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硬件電路設計之RS232電路設計

CHANBAEK ? 來源:一杯苦Coffee ? 作者:一杯苦Coffee ? 2023-11-08 11:49 ? 次閱讀

1 簡介

串口通信常用兩個通信設備之間用于信息交換。這種通信的方式比較簡單,需要的數據線較少,適合進行遠距離數據通信,最遠的傳輸距離可達1200m,但這種通信方式傳輸速率較低。

圖片

RS232屬于異步全雙工通信,常見的I2C、SPI也屬于串口通信。RS232的電平標準見下:

電平邏輯邏輯0邏輯1
RS232+(3~15)V-(3~15)V

注意:RS232的電平邏輯是反的。

2 配置參數

image.png

3 DB9連接器

RS232常用的連接器DB9,并且DB9有公頭和母頭的區別:

3 DB9連接器

RS232常用的連接器DB9,并且DB9有公頭和母頭的區別:

圖片

PIN序也有很大的區別,具體見下:

圖片

4 波形分析

鑒于RS232的電平邏輯與UART(TTL)相反,所以他們的波形是互補的。

  • UART(TTL)波形

圖片

  • RS232波形

圖片

UART(TTL)的起始位為低電平,RS232的起始位為高電平;

UART(TTL)的停止位為高電平,RS232的起始位為低電平;

傳輸的數據位的極性也是相反的。

5 電路設計

  • DEBUG_UART0_TX、DEBUG_UART0_RX分別表示UART(3.3V)信號的發送與接收;
  • RS232_TX、RS232_RX分別表示RS232信號的發送和接收;
  • C145、C146是為了EMC調試預留;
  • ED3、ED4是TVS管,靜電防護;
  • C1+和 C1-之間的電容稱為:電荷泵電容;
  • C2+和 C2-之間的電容稱為:電荷泵電容;
  • V+和 V-接到地的電容是去耦電容。

ADM3101EACPZ-REEL的PIN Description見下:

圖片

其他的常見的轉換芯片有MAX3232,PL2003等。

  • RS232電平轉換芯片

圖片

工作原理

a.當 RS232_TXD 為邏輯 1 時,RS232_TXD 為負電壓(-3V~-15V),因為電容正極接GND,通過電容C1和D1形成回路,此時二極管 D1 導通,給電容 C1 充電,從而使電容頂端呈負電壓;圖中三極管S9014(Q1)基極為負,發射極為0,處于截止狀態,RXD被電阻R5拉高輸出為5V;

b.當 RS232_TXD 為邏輯 0 時,RS232_TXD 為正電壓(+3V~+15V),圖中三極管S9014(Q1) 射極為 0V,所以基極與射極間有電壓差,且大于 0.7V,故使 S9014 導通,RXD 端被三極管拉低為 0V,RS232_TXD 至 RXD 完成接收動作。

1、2完成的電平轉換如下表:

RS232_TXDTTL_RXD
-3V~-15V5V
+3V~+15V0V

c.當 TXD 為 5V 時(邏輯 1),三極管 S9012 (Q2)的基極與射極間電壓為 0V,處于不導通狀態。此時 RS232_RXD 處電壓等于電容 C1 頂端電壓,即負電壓,此時 RS232_RXD 為邏輯 1;

d.當 TXD 為 0V 時(邏輯 0),三極管 S9012 (Q2)的基極與射極間電壓為(-5)V,處于導通狀態,此時 RS232_RXD 直接接入 5V 電源由于電阻 R3 的存在,RS232_RXD 的電壓等于電源電壓即 5V(邏輯 0);TXD 至 RS232_RXD 完成發送動作。

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