基于可编程逻辑阵列的RS232至RS422的串行口扩展电路

摘要：介绍了利用可编程逻辑阵列把１路RS232扩展至４路RS422的串行口电路设计方法。该扩展电路不占用PC系统资源，同时具有结构简单，使用方便，通用性和可补性强等特点，可广泛应用于主从式多机通讯系统中。

由于ＲＳ－４２２总线具有抗干扰能力强、通讯速率高、通讯距离远、可以与多台从机通讯等特点，所以，该总线在数据采集、监控管理及集散控制系统的主从式多机通讯系统中得到普遍应用。但是，若在一条ＲＳ－４２２ 通讯总线上连接过多的从机，则有可能会由于总线负担过重，而使系统可靠性变差，有时甚至会导致整个系统无法正常工作。

为了解决ＲＳ４２２总线在实际应用中可能出现的问题，笔者设计出一种以可编程逻辑阵列ＧＡＬ１６Ｖ８为核心的串行口扩展电路。它可将微机的一路ＲＳ２３２串行口扩展至４路ＲＳ－４２２串行口。该电路通过主机软件对ＤＴＲ、ＲＴＳ控制信号的编程，可以和任选通讯接口的从机进行数据通讯；也可以不用ＤＴＲ、ＲＴＳ控制信号，而直接实现主机与全部通讯接口的从机之间的数据通讯，同时可在不改变原来软件的情况下，做到即插即用。

    本电路采用ＤＣ－ＤＣ隔离电源供电，主机与通讯接口之间采用高速光耦来实现光电隔离，从而增强了主机系统的抗干扰能力。此外，该扩展电路还具有不占用系统资源、结构简单、使用方便、通用性强和性能可靠等特点，因此，可广泛应用于全双工通讯方式的主从式多机通讯系统。

在实际的煤气泄漏巡检系统中，笔者用该扩展电路组成的主从式多机通讯网络，实现了主机与４０多台数据采集装置之间的数据通讯，而且保证了通讯性能的稳定可靠。
１　电路的整体结构

图１所示是这种ＲＳ－４２２串行口扩展电路的结构框图。整个扩展电路分为４个部分，其中，第一部分是ＤＣ－ＤＣ隔离电源。为了提高整个系统的抗干扰能力，本电路采用隔离电源来进行供电。第二部分是ＲＳ－２３２接口电路，用于实现各信号的ＲＳ－２３２电平与ＴＴＬ电平的转换；第三部分是ＲＳ４８５／ＲＳ４２２接口电路，主要实现各信号的ＲＳ４８５／ＲＳ４２２电平与ＴＴＬ电平的转换；第四部分是以可编程逻辑阵列ＧＡＬ１６Ｖ８ 为核心的译码控制电路，主要用于实现对通讯接口的切换。
２　电路工作原理

２．１ ＤＣ－ＤＣ隔离电源

为了提高整个系统的抗干扰能力，本电路采用隔离电源供电。ＤＣ－ＤＣ隔离电源的工作原理如图２所示。电路中的ＭＡＸ７６１ ＤＣ－ＤＣ转换芯片是采用ＰＦＭ（脉冲调频方式）方式来工作的，最高调制频率为３００ｋＨｚ。该芯片内部含有误差放大器、频率调制器和功率驱动管。ＭＡＸ７６１只需少数几个外围元件即可组成ＤＣ－ＤＣ电源转换电路。而电路中的ＬＴ４３１芯片则是集电极开路的误差放大器，它内含２．５Ｖ基准源。

    该ＤＣ－ＤＣ隔离电源主要通过调节输出脉冲的频率（调节脉冲的间歇时间）来使输出电压保持稳定。其稳压过程的原理为：

当输出电压下降时，Ｒ４电压、误差、ＬＴ４３１输出、光耦输出电流、Ｒ１电压均随之降低。当Ｒ１电压小于１．５Ｖ基准电压时，在调制脉冲的正半周期，ＬＸ端输出低电平? 脉冲变压器初极电流线性增大，Ｄ１反偏截止，此时次极无电流，脉冲变压器开始储存能量；而在调制脉冲的负半周，ＬＸ端输出高电平，脉冲变压器释放能量，感应电压经Ｄ１（正向导通）输出使输出电压上升。从而使输出电压保持稳定。

实际上，当输出电压升高时，Ｒ４电阻上的电压和误差、ＬＴ４３１输出到光耦的输出电流、以及Ｒ１上的电压均随之升高，当Ｒ１电压大于１．５Ｖ基准电压时，在调制脉冲的负半周，ＬＸ端输出高电平，脉冲变压器不产生电压。而此时负载消耗将使输出电压下降。从而使输出电压保持稳定。

２．２ ＲＳ－２３２接口电路

串行口扩展电路的电路连接如图３所示。图中的ＭＡＸ２３８ 接口芯片含有４路ＲＳ－２３２接口电路，其中一路用于ＲＸＤ、ＴＸＤ通讯信号的电平转换，另外两路用于ＤＴＲ、ＲＴＳ信号的电平转换。通过主机软件可设置ＤＴＲ、ＲＴＳ的状态以选择通讯接口，从而实现主机与连接在此通讯接口上的从机之间的数据通讯。
图3
    ２．３ ＲＳ４２２／ＲＳ４８５接口电路

ＲＳ４２２／ＲＳ４８５接口电路由４片（Ｕ３～Ｕ６）ＭＡＸ４８９芯片组成。ＭＡＸ４８９芯片内部含有一组接收、发送电平转换电路。该芯片是全双工通讯方式的ＲＳ４２２接口芯片， 芯片上的ＲＥ使能