RS -232标准是广泛使用的串行通信标准,但使用的电平与TTL和MOS电平完全不同,逻辑“0”至少为+3V,逻辑“1”至少为-3V,而单片机系统则使用TTL电平或MOS电平。因此,需要使用接口电路来实现TTL电平或MOS电平与RS-232电平之间的转换。目前已有现成的接口芯片可供选用,价格低一些的如MC地488(将TTL电平转换为RS-232C标准电平)和MC1489(将RS-232标准电平转换为TTL电平),但MC1488需要± 12V的供电电压。另外,也有许多使用单一的+5V供电芯片可供选择,如MAX2003,但此类芯睡价格不菲,且需要若干外围元件。在对体积和成本有较严格的要求时,进一步简化接口电路很有必要。
1 一种简单的接口电路
实用中,单片机与PC的通信通常采用半双工通信,这时,可以采用一种较简单的接口电路(如图1所示)。在这种电路中,PC机的RXD上的逻辑高电平(小于-3V)是以“偷电”的方式从本身的TXD端获得。这种电路的工作原理如下:
PC 机TXD端的逻辑电平经T1后变为TTL电平或MOS电平。在单片机TXD端为逻辑低电平时,光耦的发光二极管发光,使得晶体管导通。其集电极的VCC (一般为+5V)加在PC机的RXD端;而在单片机TXD端为逻辑高电平时,光耦的发光二极管不发光,晶体管截止。由于PC机的TXD端在空闲时处于逻辑高电平(小于-3V),因此,这个电平便通过电阻R4加到其RXD端。这样,便实现了TTL电平或MOS电平到RS-232电平的转换。但需要注意的是,由于PC机的RXD和RXD端通过电阻接到了一起,因此有时会出现PC机自发自收的情况,这一点需要在编程时加以处理。
图1电路中,R1、R2的取值范围较大,一般只要使得T1正常工作在开关状态下即可。R3的取值可按下式进行计算:
R3=(Vcc-VF-Vcs)/IF
其中Vcc是工作电源电压,Vcs是单片机TXD端的低电平电压(一般取0.2V),VF是光耦中的发光二极管导通时的正向压降(一般为1.1V左右),IF是其正常工作电流(一般为10mA)。
R4 取值的合适与否是本电路的关键。取值过小,可能会在单片机发送逻辑低电平时,使PC机的RXD端电平受自身TXD端的影响太大而导致电压过低,从而达不到逻辑低电平的要求而不能正确接收;取值过大,则会在单片机发送逻辑高电平时,PC机RXD端受其输入电阻的影响而不能将自身TXD端的逻辑电平正确传送过来,这样也不能正确接收。实际上,R4的取值受多种因素的影响,其中包括:光耦中晶体管的特性、R2的值、二极管D的特性、PC机RXD端的输入电阻和输入电平、TXD端的输出电阻和输出电平等。而这些因素中,尤以后两乾的影响为甚。
在PC 机系统中,异步通信适配器以INS8250通讯芯片为核心,再配以可进行电平转换的发送器和接收器电路而组成的。不同种类的PC机由于主板设计的不同,其 RS-232的特性也有差异,特别是RXD端的输入电阻和TXD端的输出电阻相去甚远。因此,若要用计算的方法得到R4的取值,需要了解各种主板的电路设计,这样非常麻烦。但是对各种常见品牌计算机的RS-232口的特性进行测试却是相对简便的。笔者在各种常见品牌的近百台计算机上进行了测试,得到了可以在各种计算机上可正常使用的R4值,具体取值如表1所列。
表1 PC与单片机通信情况和R4值的关系
X1=0表示PC机发送数据时不能通过R4自收。
=1表示PC机发送数据进可以通过R4自收。
X2=0表示PC机发送的数据不能被单片机接收。
=1表示PC机发送的数据可以被单片机接收。
X3=0表示单片机发送的数据不能被PC机接收。
=1表示单片机发送的数据可以被PC机接收。
从表1中可以看出,尽管各种主板特性不同,但都有一段性相同的范围,即R4取12.2kΩ~20kΩ时,PC可以和单片机正常通信,且PC发送的数据也可以被它自己接收。这样,在设计电路时可以把R4取成15kΩ,从而使得该以与各种PC进行通信。但需要注意是,当PC由发送转变为接收时,需要清除自发自收的数据。如果PC的通信程序是用汇编或C语言编写的,只需假读一次以清空接收缓冲器,或者复位线路状态寄存器的D0位即可。如果PC的通信程序是用WB或VF编写,且使用了通信控件,那么刚才发送的全部内容都会进入接收缓冲区,这样就需要根据发送的字节数将接收缓冲区中前面相应的内容清除。
3 电路的进一步简化
如果想进一步简化电路,则可用三极管替代光电耦合器,该简化接口电路见图2所示。实验证明,在R4取10kΩ,T2采9015,R3取15kΩ时,该电路仍可正常工作。