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光电隔离的RS\ 232C串行接口设计 济南交通高等专科学校肖海荣安国建富文军 山东科技大学周风余 摘要介绍一种采用MAX250/251接口芯片设计完全电气隔离的RS\ 232串行通信接口的方法。通过一个实例,给出基于80C196KC单片机的光电隔离式RS\ 232接口的硬件电路和软件实现。 关键词MAX250/25180C196KCRS\ 232光电隔离串行通信 图1芯片引脚封装引言 RS\ 232C是美国电子工业协会（EIA）20世纪60年代发布的串行通信标准接口。目前,该标准在通信领域已被广泛使用。 现在的计算机可以说至少都配有一个RS\ 232C接口,这为与带有串口的测控设备互联提供了方便。因此,现在大多数测控设备为了与管理计算机进行通信,都具有或要求具有RS\ 232C接口,以便充分利用计算机上已有的RS\ 232接口资源,节约开发成本。然而,在环境恶劣的生产现场进行RS\ 232通信易受各种干扰,造成通信的不稳定、不可靠;同时,RS\ 232通信的距离也不远,按RS\ 232C标准规定只有约15.24m。为解决抗干扰和传输距离问题,有时须要采用光电隔离式RS\ 232接口。本文以汽车质量轴载仪单片微机系统为例,介绍基于MAX250/251芯片的光电隔离式RS\ 232串行通信接口设计。 一、 串行通信接口芯片MAX250/251介绍 MAX250/251是美国MAXIM公司研制开发的两片光电隔离式RS\ 232C接口芯片。芯片采用单一+5V供电,具有两对接收器 /发送器、低功耗关闭模式和输出使能控制端,使用起来非常灵活方便。芯片为14引脚双列直插式封装,其引脚封装如图1所示,引脚功能描述如表1所列。 表1芯片引脚功能描述 MAX250 引脚[]符号[]功能1[]SHDN[]关闭控制端。SHDN=0时,芯片工作在关闭方式,此时芯片关闭振荡器,断开驱动器上拉电阻,开放变压器驱动端D1、D2;SHDN=1时,芯片工作在正常方式2[]D1[]变压器驱动端13[]T1LDR[]发送器1的光耦驱动器4[]T1IN[]发送器1的TTL/CMOS电平输入端5[]T2IN[]发送器2的TTL/CMOS电平输入端6[]T2LDR[]发送器2的光耦驱动器7[]GND[]地8[]EN[]输出使能控制端。EN=0时有效; EN=1时,引脚T1LDR、T2LDR、R1OUT、R2OUT处于高阻态9[]R1OUT[]接收器1的TTL/CMOS电平输出端 续表1 MAX250 引脚[]符号[]功能10[]R1DIN[]接收器1的光耦接入器11[]R2DIN[]接收器2的光耦接入器12[]R2OUT[]接收器2的TTL/CMOS电平输出端13[]D2[]变压器驱动端214[]VCC[]电源电压（+5V）MAX251 引脚[]符号[]功能1[]AC[]二极管输入电源的正极2[]V+[]正电压输出端3[]T1DIN[]发送器1的光耦接入器4[]T2DIN[]发送器2的光耦接入器5[]R1LDR[]接收器1的光耦驱动器6[]R2LDR[]接收器2的光耦驱动器7[]BYP[]内部VCC旁路点8[]RTRI[]接收器输出三态控制。当接+5V时,接收器输出呈高阻状态9[]R2IN[]接收器2的RS\ 232电平输入端10[]R1IN[]接收器1的 RS\ 232电平输入端11[]T2OUT[]发送器2的 RS\ 232电平输出端12[]T1OUT[]发送器1的RS\ 232电平输出端13[]V-[]负电压输出端14[]ISOGND[]隔离地图2汽车质量轴载仪单片微机系统光电隔离式RS\ 232串行口硬件电路原理图二、 基于MAX251/252的 光电隔离式RS\ 232串口硬件设计汽车超载行驶,严重影响着公路、桥梁寿命和行车安全,给国家财产和人民生命造成极大的危害。汽车质量轴载仪就是用于公路、桥梁动态测量汽车质量,对机动车超载违章进行管理的一种设备。普通公路一个监测站一般需要2台（来、回两个车道）,高速公路则需4台（双向4车道）。轴载仪本身具有信号处理、键盘、显示和打印功能,完全可以各自为战;但如果想实现一个道口的统一管理,甚至整条公路的计算机连网,就必须把每台轴载仪的有关测量数据、车牌照等信息送入管理计算机（上位机）,因此轴载仪的串口设计不可缺少。在检测站,由于汽车要频繁启动、制动,加速、减速,使设备工作环境恶化,加上距离亦不是太近,因此为使数据安全、可靠地传输到管理计算机,必须采用光电隔离式RS\ 232C串行接口。 汽车质量轴载仪单片微机系统的核心是Intel 16 位单片微机80C196KC,它有一个全双工串行通信接口TXD/RXD。在16MHz晶振下,80C196KC的异步通信波特率可达1Mbaud。人们就是利用该串口实现单片微机之间或与上位计算机的通信。在设计光电隔离式RS\ 232串行通信接口时,出于性能及成本上的考虑,选用了上面介绍的RS\ 232接口芯片MAX250/251。采用该芯片可以很方便地构造一个完全电气隔离的RS\ 232接口,从而显著提高RS\ 232接口串行通信的抗干扰能力。另外由于很多功能模块都已经集成到这两片芯片当中,因此只需很少的几个外围器件即可,大大减少了接口的复杂性,降低了成本。据此设计的汽车质量轴载仪单片微机系统光电隔离式RS\ 232串行通信接口的电路原理图如图2所示。 图2中,MAX251的12脚为RS\ 232电平输出端,10脚为RS\ 232电平输入端;把MAX250使能控制端EN（8脚）和关闭控制端SHDN（1脚）直接接地的目的是使MAX250/251一直处于工作状态,以便随时能够进行通信。接口中的高频变压器由MAX250的2（D1）和13（D2）脚驱动,工作在推挽模式下,频率为150kHz,变比n=1,可按表2参数绕制。还须特别指出的是,在设计该接口电路时,要注意光耦的选择。选择的原则是其传输率必须大于通信波特率,并有一定的富余。根据系统波特率要求,我们选用的是4N26。如果4脚抛开不用或把4脚和6脚连起来,以5和6脚作为输出可使传输率提高很多。 表2高频变压器参数 匝数比〖〗初级泄 漏电感〖〗初级 电感〖〗Ipks〖〗开关 频率〖〗绕线 电容〖〗直流 电阻〖〗ET〖〗隔离 强度(DC)1:1初级 中间抽头〖〗30mH〖〗1~2.5mH〖〗300mA〖〗150kHz〖〗<100pF〖〗<20Ω〖〗50V/μs〖〗>150V/s结束语 一年来,汽车质量轴载仪投放市场近200台。反馈信息表明,该系统采用MAX250/251设计的光电隔离式RS\ 232串行接口电路,抗干扰能力强,性能可靠,完全能满足实际工作的需要。MES 参考文献 1孙涵芳.Inter 16位单片机\[M\].北京：北京航空航天大学出版社,1999 2MAIXM产品资料全集（光盘版）,2000年修订版\[M\] 3王福瑞,等.单片微机测控系统设计大全\[M\].北京：北京航空航天大学出版社,1999
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