一、應用需求
首先我們要考慮一下,在什么場景下會用到RS232通信電路,還是說隨便想想就用了!!
我們應用前,先對RS232有個基本的了解,
1、標準介紹
RS-232全雙工通訊,串行通信方式,
RS-232C是由美國電子工業協會(EIA)正式公布的,在異步串行通信中應用最廣泛的標準總線,RS-232C 標準(協議)的全稱是EIA-RS-232C 標準,其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業協會,其中RS是Recommended Standard的縮寫,代表推贈標準,232是識別符號,C代表RS-232的最新一次修改(1969年),在這之前,有過RS-232A、RS-232B標準,它規定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送程序,現在,計算機上的串行通信埠(RS-232)是標準配置埠,已經得到廣泛應用,
2、電氣特性
EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了明確規定,
在TXD和RXD引腳上電平定義:邏輯1(MARK) = -3V~-15V
邏輯0(SPACE) = +3~+15V
在RTS、CTS、DSR、DTR 和DCD等控制線上電平定義:
信號有效(接通,ON狀態,正電壓)=+3V~+15V
信號無效(斷開,OFF狀態,負電壓)=-3V~-15V
以上規定說明了RS-232C 標準對邏輯電平的定義,對于資料(資訊碼):邏輯“1”的傳輸的電平為-3V~-15V,邏輯“0”傳輸的電平為+3V~+15V;對于控制信號;接通狀態(ON)即信號有效的電平為+3V~+15V,斷開狀態(OFF)即信號無效的電平為-3V~-15V,也就是當傳輸電平的絕對值大于3V 時,電路可以有效地檢查出來;而介于-3~+3V之間的電壓即處于模糊區電位,此部分電壓將使得計算機無法準確判斷傳輸信號的意義,可能會得到0,也可能會得到1,如此得到的結果是不可信的,在通信時候體現的是會出現大量誤碼,造成通信失敗,因此,實際作業時,應保證傳輸的電平在±(3~15)V 之間,
3、通信距離和速度
RS-232規定最大的負載電容為2500pF,這個電容限制了傳輸距離和傳輸速率,由于RS-232C的發送器和接收器之間具有公共信號地(GND),屬于非平衡電壓型傳輸電路,不使用差分信號傳輸,因此不具備抗共模干擾的能力,共模噪聲會耦合到信號中,在不使用調制解調器(MODEM)時,RS-232能夠可靠進行資料傳輸的最大通信距離為15米,對于RS232遠程通信,必須通過調制解調器進行遠程通信連接,
現在個人計算機所提供的串行埠的傳輸速度一般都可以達到115200bps甚至更高,標準串口能夠提供的傳輸速度主要有以下波特率:1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps、57600bps、115200bps等,在儀器儀表或工業控制場合,9600bps是最常見的傳輸速度,在傳輸距離較近時,使用最高傳輸速度也是可以的,傳輸距離與傳輸速度的關系成反比,適當地降低傳輸速度,可以延長RS-232的傳輸距離,提高通信的穩定性,
經過上面的介紹,我們可以總結出來,在選用RS232通信電路時主要考慮以下幾點:
(1)、邏輯電平
(2)、傳輸距離
(3)、通信速度
(4)、通信方式(1對1還是1對多)(RS232是多應用于1對1模式)
二、器件選型
在確定要選用RS232通信電路后,我們要進行器件的選型;我之前的專案中使用了RS232通信電路作為除錯使用,并且需滿足以下幾點:
(1)、傳輸距離:50cm;
(2)、通信波特率:115200bps;
(3)、作業溫度:-30℃----85℃
(5)、作業電壓:+3.3V或+5V
(6)、防靜電要求:接觸放電±8KV、空氣放電±15KV
(7)、尺寸
那我們要進行選擇,可能公司的庫存里面有很多種型號,如MAX3232、SP232還有UM3232EESE等,按照我們的需求對比每個芯片手冊進行篩選,發現3款芯片都滿足;最后進行成本和尺寸對比,選出UM3232EESE這款芯片,
三、電路設計
器件選擇完成,下一步就是電路設計,
基礎的設計可以參考芯片手冊中提供的參考電路,因為這個是廠家經過大量的試驗所得出的,有問題可以追溯,我們先來看一下芯片手冊中的設計,

但是出于對性能的考慮,我們需要增加一些保護電路及抗干擾電路,最后就成為一個完整的成品電路,

基礎電路的設計,我們是參考了芯片手冊中的,如C1+、C1-、C2+、C2-、V+、V-埠,通信介面部分我們做了另外的設計,
講解一下這個電路的各部分原理:
注:(1)、這里面提一點,為了更好的保證RS232通信電路的EMC性能,一般我們會在輸出的地方加一個共摸電感用于抑制共摸干擾,因為我這里是用于除錯使用,不是一直處于通信狀態所以沒有加;
(2)、如果經常的進行熱插拔的話,在輸出介面處,最好添加小電容用于濾除高頻干擾,
(1)、C1+(電荷泵倍壓電容器正極)、C1-(電荷泵倍壓電容器負極):與RS232內部電路構成電荷泵電路,對RS232的輸出電壓進行調節,達到要求的電平,
(2)、C2+(電荷泵逆變電容器正極)、C2-(電荷泵逆變電容器負極):與RS232內部電路構成電荷泵電路,對RS232的輸出電壓進行調節,達到要求的電平,
(3)、V+(+5.5V由充電泵產生)、V-(-5.5V由充電泵產生):
與RS232內部電路構成電荷泵電路,對RS232的輸出電壓進行調節,達到要求的電平,
注:前三條我也沒有查找到合適的講解,目前只知道是上述的作用
(4)、T1IN(TTL/CMOS發射極輸入)、R1OUT(TTL/CMOS接收極輸出)、T2IN(TTL/CMOS發射極輸入)、R2OUT(TTL/CMOS接收極輸出):用于MCU或其他具備TTL/CMOS 電平的芯片與RS232芯片通信的介面
(5)、T1OUT(RS232發射極輸出)、R1IN(RS232接收極輸入)、T2OUT(RS232發射極輸出)、R2IN(RS232接收極輸入):用于RS232芯片與外部通信的介面
(6)、R52、R53、R55、R56:限流保護作用
(7)、D10、D11:過壓保護作用
四、驗證
電路設計完成、PCB繪制完成,那肯定要有反饋,最后一步就是驗證,PCB貼片回來后,我們要進行程式燒寫測驗,看一下通信是否正常,然后再用示波器對比查看TXD、RXD的波形是否有失真,
1、功能驗證
(1)、軟體通信測驗
對RS232的通信介面進行資料收發驗證,保證收發正常,
(2)、通信波形測驗
在發送資料與接收資料是,通過示波器查看發送資料的波形與接收資料的波形,包括RS232與MCU通信端、RS232與RS232通信端,查看是否有失真現象,
2、性能驗證
功能測驗完成后,我們要進行最后一步的性能試驗,一般我們都是對整機進行試驗,如電磁兼容試驗、安規試驗、高低溫等等,這些試驗都能滿足的情況下,才能算是一個合格的產品,
注:其實大部分電路的設計都可以參照上面的這個思路,大家可以參考一下,
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