串行通信收发电路的可靠驱动研究

王淑芹
艾默生能源网络有限公司

引言
本文来源于GZDW电力操作电源的监控项目。

数据通信、计算机网络以及电力系统中的数据传输，均采用串行通信未达到信息交换的目的。其物理串行接口多为美国电子工业协会(EIA)推荐的电气标准RS232或RS485。在串行通信的实现过程中，需要注意RS232／RS485转换芯片，以及通信收发芯片(如16C552)的参数和特性，比如灌电流能力等，是否会影响通信收发实现的可靠性。本文将对该问题进行分析论述。

正文

本公司电力操作电源的交直流配电监控模块PFUl2有个两个通信口，1个RS485通信口，与监控单元通信上报系统运行信息；1个RS485／RS232通信口，与后台通讯。而所选CPU为Winbond公司的W78E58，功能与80C52完全兼容，W78E58只有一个串行通信口，所以必须扩展通信口才能实现既定功能。通信口扩展芯片选择EXAR公司的16C552，16C552是双串行通信口的UART(Universal Asynchronous Receiver／Transmitter，即通用异步收发)芯片。交直流配电监控模块PFUl2中的通信收发电路结构如图l所示，图中只画出了其中的一个通信口(RS485通信口)的电路。通信收发器ADM483为RS485转换芯片。

为了调试方便，通信收发电路中采用LED发光二极管做为发送和接收指示灯，图1中的发光二极管LEDl和LED2分别为发送指示灯和接收指示灯。流过LED发光二极管的电流较大，有几个mA，而通信芯片16C552的灌电流的能力很弱，所以如果直接驱动LED，会导致通信收发实现的不可靠。为了解决这一问题，下面研究分析通信收发电路中的可靠驱动。

直接驱动LED的电路如图2所示，此时光耦IS0002的三极管不是饱和导通，STXDl的低电平将被拉高，低电平值超过16C552的低电平值时，就会导致通信过程传输数据不可靠，甚至通信过程不可实现。下面以接收电路为例进行分析。图2电路中，接收指示灯LED2的前向导通电压为1．0V，即VF=1．0V，则流过LED2的电流为

但是，16C552的灌电流能力很弱，只有10μA，所以大部分电流约4mA流入光耦IS0002三极管的集电极，使得IC过大，当SRXDI=0时，光耦IS0002导通，此时IC过大，使得三极管不再是饱和导通。电路1中接收信号RXDl的波形如图3所示，由图可知RXDl的低电平为1．2 4V，该低电平太高；而16C552的RXDl、RXD2端输入信号电平VIL的值为0．8V。此时，根本不能保证通信收发过程的可靠实现，甚至这个电路是不能工作的。电路1中发送信号波形如图4所示，同样发送信号的低电平值为840mV即0．84V，也偏高。因此，必须改动通信收发电路，以保证通信收发过程的可靠实现。

为了保证收发通信过程可靠的实现，将通信电路改为如图5所示的形式。驱动发光二极管LED2线路加三极管Q002驱动，保证光耦IS0002饱和导通，UO=UCE=0．12V。电路2即图5所示电路中接收信号波形如图6所示，由图可知RXDl低电平为0．12V，小于0．8V，满足条件。电路2中发送信号波形如图7所示，由图可知发送信号波形的低电平值由原来的0．84V降为0．12V。加PNP三极管Q001、Q002的目的实际上是为了增加接收电路的灌电流能力，防止因灌电流能力太弱所导致的信号低电平被拉高的情况。

结论

本文主要论述了串行通信过程中可能遇到的可靠驱动问题，针对不可靠驱动的情况给出了解决方案，从而保证通信过程的可靠实现。本文对解决方案给出了理论分析和实际验证，由分析和验证结果可知该方案是可行的。