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. 工作原理
该智能转换器必须解决两个关键问题即如何从RS-232线上电路和RS-485/RS-422接口驱动所需的功率和如何智能控制RS-485/RS-422的收发使能
3.1.电源方案
的RS-232 定义中有三个发送TXD RTS 和DTR 每根线上的典型输出电流为8mA/ 12V 考虑到TXD为负电平处于停止发送或发送数字1 时的时间较多因而电源转换决定采用负电源输入限度地电源输入功率升压至所需的工作电源从RTS和DTR上输入功率=2*8*12mW=192mW,另外由于通讯为间歇工作所以输入电源端的储能电容和TXD 为负电平时能够补充一定的功率假设我们设计一个效率为85% 输出电压为3V 的DC-DC 转换器则输出电流可达54.4mA
3.2.智能控制收发使能
RS-232通讯接口采用电平传输适用于点-点通讯无须专门的收发使能控制而对于RS-485/RS-422通讯接口则不同由于采用差分电平传输且允许在一条通讯总线上挂接多个节点必然要求各个节点能够地控制总线驱动器关断或打开保证不会影响到其它节点的正常通讯为了简化与转换器RS-232 接口端相连的工作更重要的是为了本转换器的通用性和灵活性即插即用无须要求用户更改任何相关和硬件本转换器内置微处理器实现收发使能的智能控制具体微处理器在检测到UART 的通信起始位后打送使能允许串行数据发送至RS-485/RS-422 通讯网络微处理器根据所设定的波特率延时至UART 停止位发送一半时例如11位格式时延时10.5T,T=1/fBAUD ,开始检测是否有下一个起始位到来在时间T内若有下一个起始位到来则保持发送状态否则将关闭发送使能结束数据发送
4. 硬件设计
由于本转换器供电来自RS-232线其输入功率受到因而在本设计中将尽可能地采用+3V供电的低功耗器件保证总电流小于54.4mA 主要包括4个部分DC-DC转换器RS-232接口RS-485/RS-422接口和微处理器分别介绍如下
4.1. DC-DC转换器
显然还没有一个DC-DC 转换器能够直接实现-12V 输入+3V 输出的IC 但是如果我们利用现有的IC 稍作改动即可实现该功能图2 所示的DC-DC 转换电路就是利用MAX761 实现的-12V 输入+3V 输出效率高于85%的升压DC-DC 转换器该转换器实际输入电压范围为-2.5V 至-13.5V 静态工作电流仅I1=120 A 具有输出电流大于54.4mA的能力如果前端输入功率未受到则输出电流可达300mA以上由于MAX761采用率的PFM 控制,而且在本电路中,开关损耗较小(因为开关电流小于负载电流),所以能够达到比MAX761 典型应用更高的效率(MAX761 典型应用效率为86%) 输出电压由下列方程确定
VOUT=VREF*R1/R2+0.7(V) 其中VREF=1.5V

-12V至3V 效率高于85%的DC-DC转换器
4.2. RS-232接口
本转换器只需要一片单发/单收RS-232接口就可以要求但必须要求+3V单电源工作工作电流尽可能地小的接口电路MAX3221/MAX3221E 带15kVESD保护刚好能够上述要求具有1TX/1RX 其工作电压+3V至+5.5V, 仅1 A的静态电流负载电流小于I2=2mA
4.3. RS-485/RS-422接口
为兼顾RS-485/RS-422 接半双工和全双工的要求本转换器采用MAX3491 作为RS-485/RS-422 接口电路其主要指标为+3V 至+3.6V 单电源工作工作电流1mA,驱动60负载时半双工时两个120 终端匹配电阻的并联值峰值电流可达I3=3V/60 =50mA半双工和全双工工作是通过跳线器来设置的见图3
4.4. 微处理器
在本转换器中微处理器所要完成的任务很简单仅需要几根I/O 线即可实现参数的设置和发送使能的自动控制实际选择中采用Microchip公司的PIC12C508A其主要指标为工作电流I4<1.0mA(工作电压3V 4MHz),6 条I/O 线512kByte 的ROM 其中GP0 GP1 GP4和GP5四个引脚设定对应于16 种常用波特率300 600 1200至38.4Kbps等8 种以及900 1800 至115.4Kbps等8种的延时时间GP3对应于10位或11位串行数据格式GP2为TXD输入用来检测UART何时发送和停止数据GP1为复用输出引脚用来控制MAX3491的发送使能控制端GP0也为复

本转换器电流总和<I1+I2+I3+I4=0.12+2.0+ 50.0+1.0=53.12mA 小于DC-DC转换器输出电流54.4mA 因而通过RS-232线为本电路供电是可行的实际上由于输入电源端的储能电容E1 和TXD 为负电平时能够为电路补充一定的功率所以设计上留有较大的电源功率裕量
5. 设计
本转换器的设计较为简单微处理器复位后将所有的I/O 口设为输入并读入所有的I/O 状态保存到寄存器将GP2 和GP3 改设为输出状态并输出低电平使RS-485/RS-422 接口处于禁止发送允许接收的状态CPU 根据GPIO 的初始状态确定出用户设定的通讯波特率和串行数据格式从而预置内部的延时设定CPU 检测到UART开始通讯后打送使能经内部预置延时后开始在一个位宽时间内检测是否有下一个起始位到来如检测到则重新延时等待否则关闭发送使能结束当前通讯重新检测UART的起始位对于半双工通讯允许发送使能前应该关闭接收使能而在发送使能关闭后才打开接收使能对于全双工通讯其接收使能可以不受此控制而可以直接通过跳线接地始终允许接收
6. 结论
在本RS-232到RS-485/RS-422接口的智能转换器设计中除了本身这个产品具有较高的应用价值外文中所涉及的RS-232线供电方案由于其率大电流输出能力在许多基于RS-232 接口的应用中都能够很好地应用另外这种智能控制RS-485/RS-422 接口的收发使能的思想在扩展基于RS-485/RS-422 接口的网络分支及延伸通讯距离都能够很好的应用

要单片机完成一项基本任务，必须将任务分解成一些具体步骤，再要求它去逐项执行每个步骤，还要对它下命令。该命令在单片机术语中称为“指令"(Inetruction)。完成一项任务所需的所有指令的有序就称为“程序"(Programm)。这些指令要预先一条一条顺序地放到单片机的程序存贮器中，单片机在运行时，片中的CPU从程序存贮器中逐条有序取出指令，执行指令，并将有关指令执行完毕，即可完成既定任务。
　　不同种类的单片机有不同的一套命令(即所谓“指令")。PIC系列的单片机其指令与51系列的不同。PIC16F84有30余条指令构成的指令。每条指令由14位(bit)构成，这些位是二进制码的0和1，如果要使16F84端口B的B0位输出高电平，以点亮一只发光二极管LED，而B口的其余各位仍保持低电平，则需要使单片机执行下列各条指令(机器码)：
　　11000000000000
　　00000001100110
　　11000000000001
　　00000010000110
　　10100000000100
　　早先的技术人员就是用这样的二进制码来编写程序的。上列程序，看起来像天书，很费解，但它能指挥单片机的运作。因为单片机实际上是一种复杂的数字逻辑电路。我们都知道，要数字电路运作，必须相应输入高、低电平，对正逻辑而言，高电平为1，低电平为0。上述指令顺序在不同的数位上出现的0和1，经译码后，即可完成各种不同的运作，逐步完成单片机所要执行的任务，如点亮一个LED。
　　上述各条指令的写法，虽然是面向单片机，是用来直接指示单片机该如何运作的。因此，这种由0、1组成的指令称为机器语言。
　　实际上，这种由二进码构成的指令集不但难读懂，而且用来编程也有困难。因为程序往往不是从头到尾顺序执行，有时还需中途转移到其它单元执行一段程序后再返回来。而指令是一条一条顺序存存贮器各个单元内的。因此，如果要转移，需指明具体转到哪个单元，即要写出该单元的地址。但在编写程序时，该程序有多长，具体要放到哪些单元中，都是未知数，又怎能具体指明要转到哪个单元呢?
　　由于用机器语言会使程序难写、难读，后来一种新型的语言形式——汇编语言就问世了。使用这种语言写程序较方便，也比较容易读懂。不过，和机器语言一样，不同类型的单片机有不同的汇编语言。就如不同地区的人有不同的方言一样。在汇编语言中，转移地址是用符号来表示的。现在，我们把上面由机器语言写成的程序改写成由汇编语言构成的程序：
　　movlw  B‘00000000’
　　tris     PORT B
　　movlw  B‘00000001’
　　movwf  PORT B
fin： goto 　 fin

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　　上列各条指令实际上是英语缩写和一些数组成的。如条中的movlw就是move Literal to w的缩写，其意义为照原样移入工作寄存器W，而“原样"就是后接引号内的数字‘00000000’。引号前的B表示后续的是二进制数。第二句是将W内的数到B口的三态(tri－state)控制寄存器中，以设定B口为输出，然后将00000001送入W中，再到B口执行一条无限循环语句以保持B口的状态不变。从单片机外部看去，16F84的第6脚(即B0)维持为高电平，以点亮LED。
　　由上例可知，汇编语言较之机器语言要好懂得多。同时一句自身循环也是一种转移语句，转移目的地就是此句所在单元地址，如用机器语言，就难以标出具体地址，而用汇编语言助记符fin即可替代