通讯接口装置

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种通讯接口装置。

背景技术

目前在工控行业中，RS-485抗噪音抗干扰能力强、传输距离远、支持多点通信，是该行业首选串行接口。RS-485规定的电气特性为2线，为半双工多点通信。因此当多节点远距离通信的RS-485总线作为通信网络时,其节点间易相互干扰,主要表现有两种形式:反射增加了信号畸变程度；外部的干扰由于平衡条件被破坏,共模干扰变成了串模信号进入传输线。

传统的通信接口仅仅是将通信芯片与主控芯片连接进行数据传输，抗干扰性能差，而且由于有的通信芯片(如RS-485芯片)是半双工模式，通讯时需要通过额外接口切换收发状态。

发明内容

基于此，有必要针对传统的通信接口抗干扰性能差且需要通过额外接口切换收发状态的问题，提供一种通讯接口装置，能达到提高抗干扰性能且带自动流向控制功能的效果。

一种通讯接口装置，包括：

隔离芯片，所述隔离芯片的VOA引脚用于连接单片机的RX引脚，所述隔离芯片的VIB引脚用于连接单片机的TX引脚；

通讯电路，所述通讯电路包括通讯芯片和开关电路，所述通讯芯片的RO引脚连接所述隔离芯片的VIA引脚，所述通讯芯片的

所述隔离芯片在所述单片机发数据时，输出低电平至所述开关电路，所述开关电路在接收到低电平时截止，以使所述通讯芯片接收所述单片机通过所述隔离芯片发送的数据并输出；所述隔离芯片在所述单片机未发数据时，输出高电平至所述开关电路，所述开关电路在接收到高电平时导通，以使所述通讯芯片将接收的数据通过所述隔离芯片传输至所述单片机。

在其中一个实施例中，所述隔离芯片的GND1引脚连接GND端，所述隔离芯片的GND2引脚连接PGND端，所述GND端和所述PGND端之间地隔离。

在其中一个实施例中，所述开关电路包括电阻R13、电阻R14、电阻R15和开关管Q3，所述电阻R14和所述电阻R15串联且公共端连接所述隔离芯片的VOB引脚，所述电阻R14的另一端连接所述开关管Q3的控制端，所述电阻R15的另一端连接电源端，所述开关管Q3的第一端连接所述通讯芯片的

在其中一个实施例中，所述通讯电路还包括电阻R16和电容C2，所述电阻R16的一端连接电源端，所述电阻R16的另一端连接所述通讯芯片的RO引脚；所述电容C2的一端连接所述通讯芯片的VCC端和电源端，所述电容C2的另一端接地。

在其中一个实施例中，所述通讯电路还包括电阻R17、电阻R18和电阻R19，所述电阻R18、所述电阻R17与所述电阻R19依次串联，且所述电阻R18和所述电阻R17的公共端连接所述通讯芯片的B引脚，所述电阻R18的另一端接地，所述电阻R17和所述电阻R19的公共端连接所述通讯芯片的A引脚，所述电阻R19的另一端连接电源端。

在其中一个实施例中，所述通讯电路还包括稳压管D6、稳压管D7和稳压管D8，所述稳压管D7、所述稳压管D6与所述稳压管D8依次串联，且所述稳压管D7和所述稳压管D6的公共端连接所述通讯芯片的B引脚，所述稳压管D7的另一端接地，所述稳压管D6与所述稳压管D8的公共端连接所述通讯芯片的A引脚，所述稳压管D8的另一端连接AGND端。

在其中一个实施例中，所述稳压管D6、所述稳压管D7和所述稳压管D8均为双向稳压管。

在其中一个实施例中，所述通讯芯片为485通讯芯片。

在其中一个实施例中，所述隔离芯片为双通道数字隔离器。

在其中一个实施例中，所述隔离芯片为ADuM3201隔离芯片。

上述通讯接口装置，包括隔离芯片和通讯电路，通讯电路包括通讯芯片和开关电路。隔离芯片在单片机发数据时，输出低电平至开关电路，开关电路在接收到低电平时截止，以使通讯芯片接收单片机通过隔离芯片发送的数据并输出；隔离芯片在单片机未发数据时，输出高电平至开关电路，开关电路在接收到高电平时导通，以使通讯芯片将接收的数据通过隔离芯片传输至单片机。通过隔离芯片进行数据传输，并利用开关电路实现收发方向自动切换，能提高抗干扰性能且带自动流向控制功能，不需要额外的IO口来使能控制，且减少单片机的使用资源，收发方向自动切换。

附图说明

图1为一实施例中隔离芯片的结构原理图；

图2为一实施例中通讯电路的结构原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语包括相关所列项目的任何及所有组合。

在一个实施例中，如图1和图2所示，提供了一种通讯接口装置，包括：

隔离芯片U1，隔离芯片U1的VOA引脚用于连接单片机的RX引脚，隔离芯片U1的VIB引脚用于连接单片机的TX引脚。

通讯电路，通讯电路包括通讯芯片U2和开关电路110，通讯芯片U2的RO引脚连接隔离芯片U1的VIA引脚，通讯芯片U2的

隔离芯片U1在单片机发数据时，输出低电平至开关电路110，开关电路110在接收到低电平时截止，以使通讯芯片U2接收单片机通过隔离芯片U1发送的数据并输出；隔离芯片U1在单片机未发数据时，输出高电平至开关电路110，开关电路110在接收到高电平时导通，以使通讯芯片U2将接收的数据通过隔离芯片U1传输至单片机。

具体地，隔离芯片U1的1、8脚为VDD1引脚和VDD2引脚，均为电压引脚用作连接电源，隔离芯片U1的4、5脚为GND1引脚和GND2引脚，均为接地脚。2脚为VOA引脚，连接单片机的接收脚RX，隔离芯片U1的3脚为VIB引脚，连接单片机的发送脚TX。隔离芯片U1的7脚为VIA引脚，连接通讯芯片U2的RO引脚，隔离芯片U1的6脚为VOB引脚，连接开关电路110。通讯芯片U2的1、2、3、4脚分别为RO引脚、

隔离芯片U1可以是ADuM3201隔离芯片，也可以是同类型芯片。本实施例中，隔离芯片U1为双通道数字隔离器，具体采用ADuM3201隔离芯片，具有增强的系统级ESD(Electro-Static Discharge，静电放电)可靠性。通讯芯片U2可以是485通讯芯片，还可以是其他类型的通讯芯片。本实施例中，通讯芯片U2为485通讯芯片，对应地，通讯电路为485通讯电路。

其中，隔离芯片U1的VDD1引脚连接3.3V电源，隔离芯片U1的VDD2引脚连接5V电源。通讯芯片U2的RO引脚通过一个上拉电阻连接3.3V电源，通讯芯片U2的VCC引脚连接5V电源。进一步地，在一个实施例中，隔离芯片的GND1引脚连接GND端，隔离芯片的GND2引脚连接PGND端，GND端和PGND端之间地隔离。

在一个实施例中，通讯电路还包括电阻R16和电容C2，电阻R16的一端连接电源端，具体连接3.3V电源端，电阻R16的另一端连接通讯芯片U2的RO引脚；电容C2的一端连接通讯芯片U2的VCC端和电源端(具体为5V电源端)，电容C2的另一端接地。

开关电路110的具体结构并不是唯一的，在一个实施例中，如图2所示，开关电路110包括电阻R13、电阻R14、电阻R15和开关管Q3，电阻R14和电阻R15串联且公共端连接隔离芯片U1的VOB引脚，电阻R14的另一端连接开关管Q3的控制端，电阻R15的另一端连接电源端，具体连接3.3V电源端。开关管Q3的第一端连接通讯芯片U2的

在一个实施例中，通讯电路还包括电阻R17、电阻R18和电阻R19，电阻R18、电阻R17与电阻R19依次串联，且电阻R18和电阻R17的公共端连接通讯芯片U2的B引脚，电阻R18的另一端接地，电阻R17和电阻R19的公共端连接通讯芯片U2的A引脚，电阻R19的另一端连接电源端，具体连接5V电源端。

具体地，当默认单片机没有发送数据时，隔离芯片U1的VOB引脚为高电平，开关管Q3导通，通讯芯片U2的

当单片机发送数据时，隔离芯片U1的VOB会有一个下拉的电平，表示开始发送数据，此时开关管Q3截止，通讯芯片U2的DE引脚为高电平发送使能。当发送数据‘0’时，由于通讯芯片U2的DI引脚连接地，此时数据‘0’就会传输到通讯芯片U2的A、B口，A-B<0,传输‘0’，完成了低电平的传输。当发送‘1’时，此时开关管Q3导通，RO引脚使能，此时由于还处在发送数据中，这种状态下通讯芯片U2的A、B引脚处于高阻态，此时的状态通过电阻R19把A引脚电平上拉，电阻R18把B引脚下拉决定。此时A-B>0传输‘1’，完成高电平的传输。

此外，在一个实施例中，继续参照图2，通讯电路还包括稳压管D6、稳压管D7和稳压管D8，稳压管D7、稳压管D6与稳压管D8依次串联，且稳压管D7和稳压管D6的公共端连接通讯芯片U2的B引脚，稳压管D7的另一端接地，稳压管D6与稳压管D8的公共端连接通讯芯片U2的A引脚，稳压管D8的另一端连接AGND端。稳压管D6、稳压管D7和稳压管D8的具体类型也并不唯一，本实施例中，稳压管D6、稳压管D7和稳压管D8均为双向稳压管。

上述通讯接口装置，隔离芯片U1在单片机发数据时，输出低电平至开关电路110，开关电路110在接收到低电平时截止，以使通讯芯片U2接收单片机通过隔离芯片U1发送的数据并输出；隔离芯片U1在单片机未发数据时，输出高电平至开关电路110，开关电路110在接收到高电平时导通，以使通讯芯片U2将接收的数据通过隔离芯片U1传输至单片机。通过隔离芯片U1进行数据传输，并利用开关电路110实现收发方向自动切换，能提高抗干扰性能且带自动流向控制功能，不需要额外的IO口来使能控制，减少单片机的使用资源，且收发方向自动切换。

为便于更好地理解上述通讯接口装置，下面以485通讯接口装置为例进行详细解释说明。

正如背景技术所述，当多节点远距离通信的RS-485总线作为通信网络时,其节点间易相互干扰,主要表现有两种形式:反射增加了信号畸变程度；外部的干扰由于平衡条件被破坏,共模干扰变成了串模信号进入传输线。而且由于是半双工模式，因此通讯时需要切换收发状态。因此RS-485通讯既需要隔离，又带自动流向控制显得尤为重要。现有的RS-485通讯要么是用光耦隔离，传输速率等受限，要么是由额外的单片机IO口来控制收发，而不是自动收发。基于此，本申请提供了一种新型RS-485接口装置通讯方式，既能隔离又能自收发,带自动流向控制功能。

RS-485通讯接口装置为485通讯电路和ADuM3201隔离芯片组成的电路,电源与信号完全隔离，具有很高的EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)性能，数据传输速率快，有效解决光耦存在的问题。该装置实现RS-485信号的自动流向控制，不需要额外的IO口来使能控制，减少单片机的使用资源，收发方向自动切换。此外，隔离芯片的第1脚VDD1电源与第8脚VDD2电源不同，后续485通讯芯片的电源与VDD2同源，隔离芯片第4脚的GND1与第5脚的GND2不共地，不形成公共回路，起到隔离作用。

隔离芯片U1在单片机发数据时，输出低电平至开关电路110，开关电路110在接收到低电平时截止，以使通讯芯片U2接收单片机通过隔离芯片U1发送的数据并输出；隔离芯片U1在单片机未发数据时，输出高电平至开关电路110，开关电路110在接收到高电平时导通，以使通讯芯片U2将接收的数据通过隔离芯片U1传输至单片机。通过隔离芯片U1进行数据传输，并利用开关电路110实现收发方向自动切换，能提高抗干扰性能且带自动流向控制功能，不需要额外的IO口来使能控制，减少单片机的使用资源，且收发方向自动切换。

具体地，如图1和图2所示，U1为ADuM3201隔离芯片，也可以是同类型芯片，U2为485通讯芯片，通讯芯片U2的第1脚的RO经10k电阻上拉至3.3V，并与隔离芯片U1的7脚VIA相连，通讯芯片U2的第2脚

电阻R14和电阻R15串联且公共端连接隔离芯片U1的VOB引脚，电阻R14的另一端连接开关管Q3的控制端，电阻R15的另一端连接3.3V电源端。开关管Q3的第一端连接通讯芯片U2的

ADuM3201隔离芯片，为双通道数字隔离器，具有增强的系统级ESD可靠性。不用LED(Light Emitting Diode，发光二极管)和光电二极管组成的光耦电路，信号数据传输速率快，可消除光耦合器通常具有的电流传输比不确定、非线性传递函数以及温度和使用寿命影响等问题。而且，通过对RS-485总线信号的物理隔离,达到减小公共阻抗耦合面积,降低节点间相互干扰程度的目的，能防止出现节点的静态感应电压过大、瞬态脉冲强压以及信号线差分短接等故障所造成RS-485总线全面瘫痪的情况。

485通讯电路还包括电阻R17、电阻R18和电阻R19，电阻R18、电阻R17与电阻R19依次串联，且电阻R18和电阻R17的公共端连接通讯芯片U2的B引脚，电阻R18的另一端接地，电阻R17和电阻R19的公共端连接通讯芯片U2的A引脚，电阻R19的另一端连接电源端，具体连接5V电源端。

485通讯电路还包括稳压管D6、稳压管D7和稳压管D8，稳压管D7、稳压管D6与稳压管D8依次串联，且稳压管D7和稳压管D6的公共端连接通讯芯片U2的B引脚，稳压管D7的另一端接地，稳压管D6与稳压管D8的公共端连接通讯芯片U2的A引脚，稳压管D8的另一端连接AGND端。稳压管D6、稳压管D7和稳压管D8的具体类型也并不唯一，本实施例中，稳压管D6、稳压管D7和稳压管D8均为双向稳压管。通讯芯片U2的2、3脚不需要额外接IO口来控制，减少单片机使用资源，自动流向控制。

RS-485通讯接口装置工作原理如下：

接收：默认没有数据时，隔离芯片U1的VOB引脚为高电平，开关管Q3导通，通讯芯片U2的

发送：当发送数据时，隔离芯片U1的VOB引脚会有一个下拉的电平，表示开始发送数据，此时开关管Q3截止，通讯芯片U2的DE引脚为高电平发送使能。当发送数据‘0’时，由于通讯芯片U2的DI引脚连接地，此时数据‘0’就会传输到A、B口，A-B<0,传输‘0’，完成了低电平的传输。当发送‘1’时，此时开关管Q3导通，按理RO引脚使能，此时由于还处在发送数据中，这种状态下通讯芯片U2的A、B引脚处于高阻态，此时的状态通过电阻R19把A上拉，电阻R18把B下拉决定。此时A-B>0传输‘1’，完成高电平的传输。

该RS-485通讯接口装置的有益效果为：电源与信号完全隔离，具有很高的EMI电磁干扰性能；实现了RS-485信号的自动流向控制，收发方向自动切换；信号数据传输速率快；工业级设计，抗干扰能力强，同时采用更强大的RS-485防雷设计，在野外长距离运输时，将模块的接大地端接入大地可以很好的抗干扰和防雷的作用，使RS-485总线更安全。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。