專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于電流環(huán)的異步串行通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于電流環(huán)的異步串行通信方法，應(yīng)用于微處理器間、計(jì) 算機(jī)間或計(jì)算機(jī)和微處理器間的長(zhǎng)距離通信，特別應(yīng)用于電磁環(huán)境復(fù)雜的情況， 屬于串行通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
串行通信方式是當(dāng)前應(yīng)用非常廣泛的計(jì)算機(jī)間的通信方式，在各種場(chǎng)合中
得到應(yīng)用。目前，廣泛使用的各類(lèi)單片機(jī)(如MCS51系列單片機(jī))多數(shù)都帶有 異步串行通信接口 (UART)，或者也可很方便的利用異步串行通信接口芯片(如 INS8250)擴(kuò)展出異步串行通信接口。另外，80286以上的計(jì)算機(jī)也都配有RS232C 標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口。但是，這種電壓串行通信接口方式抗干擾能力差，傳輸 距離有限。因?yàn)椋撏ㄐ沤涌诓捎命c(diǎn)對(duì)點(diǎn)單線(xiàn)共地連接、電平驅(qū)動(dòng)，如果發(fā)送 方電路和接收方電路的兩個(gè)地線(xiàn)之間的地電位不一致，就會(huì)產(chǎn)生共模干擾電壓， 從而大大增加誤碼率，甚至可能因干擾過(guò)強(qiáng)而燒毀接口器件。以RS232C標(biāo)準(zhǔn)為 例，其傳輸距離取決于傳輸速率和傳輸?shù)碾姎馓匦裕诖a元畸變<4%的情況下， 9600波特率時(shí)最大傳輸距離為50英尺。如果利用微處理器所采用的UART接口 ， 其邏輯電平更低，傳輸距離和抗干擾能力更差。
本發(fā)明提出利用電流環(huán)與異步串行通信接口相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)微處理器之 間或計(jì)算機(jī)之間的長(zhǎng)距離通信，并具有強(qiáng)抗干擾和噪聲抑制能力，有很好的性 能價(jià)格比。該通信接口以有電流流過(guò)通信環(huán)路表示數(shù)據(jù)信號(hào)為傳號(hào)(邏輯1)， 無(wú)電流為空號(hào)(邏輯0)。由于通信線(xiàn)路上引入的電磁干擾和線(xiàn)路本身的分布電 容只對(duì)電平信號(hào)影響大，對(duì)線(xiàn)路中的電流影響不大，因此電流環(huán)具有很高的抗 干擾能力。同時(shí)，電流回路的電源和地都或者在發(fā)送方或者在接收方，不會(huì)受 發(fā)送方和接收方的地電位差的影響，進(jìn)一歩提高了串行通信的抗千擾能力，進(jìn) 而提高了串行通信的傳輸距離。
圖9給出了電流環(huán)實(shí)現(xiàn)異步串行通信方式1的原理性示意圖，電流由恒流 源產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)通信傳輸線(xiàn)路后流入接收端負(fù)載，然后再經(jīng)由傳輸線(xiàn)路流入發(fā)送 端的光電耦合器電路，并流入電流環(huán)電源的地。這樣，發(fā)送方通過(guò)控制光電耦
合器電路的導(dǎo)通和截止來(lái)控制電流回路的通斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送；接收方通過(guò)判
斷接收負(fù)載上的電流大小，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。圖io給出了電流環(huán)實(shí)現(xiàn)異步串行
通信方式2的原理性示意圖，與圖9的區(qū)別在于將恒流源由接收方產(chǎn)生，但實(shí) 現(xiàn)發(fā)送和接收的原理并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。
本發(fā)明提出了一種20inA電流環(huán)串行通信的實(shí)現(xiàn)方法，滿(mǎn)足在電磁環(huán)境惡劣 的環(huán)境下微處理器間長(zhǎng)距離、高速率通信的要求。該實(shí)現(xiàn)方法成本低，具有很 高的性能價(jià)格比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出一種電流環(huán)異步串行通信 方法，使兩微處理器之間、兩計(jì)算機(jī)之間或微處理器和計(jì)算機(jī)之間在電磁干擾 惡劣的環(huán)境下能保持長(zhǎng)距離、高可靠的通信。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種電流環(huán)異步串行通信的方法，包括以下步驟-
有以一個(gè)恒流源的輸出作為通信傳輸?shù)碾娏?，利用邏輯轉(zhuǎn)換和光電隔離電 路、電壓串行通信信號(hào)控制電流環(huán)路的通斷，電流環(huán)異步串行通信的發(fā)送步驟; 有利用電流電壓轉(zhuǎn)換電路和門(mén)限判斷電路，將接收到的電流轉(zhuǎn)換為電平信
號(hào)，采用光電隔離電路進(jìn)行電流環(huán)電路和處理器電路的隔離，電流環(huán)異步串行 通信的接收步驟。
所述的恒流源采用高速運(yùn)算放大器、高精度電壓參考芯片和三極管組成。 所述的邏輯轉(zhuǎn)換和光電耦合器電路采用邏輯門(mén)電路和高速光電耦合器組成。
所述的電流電壓轉(zhuǎn)換電路和門(mén)限判斷電路采用高速運(yùn)算放大器和二極管組成。
所述的光電耦合器電路采用邏輯門(mén)電路和高速光電耦合器組成。 利用電流環(huán)實(shí)現(xiàn)串行通信時(shí)，由于采用特定電流表示邏輯l，沒(méi)有電流表示
邏輯o，所以需要設(shè)計(jì)恒流源電路，給通信傳輸線(xiàn)路上提供恒定的電流。該恒流
源應(yīng)具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍，以適應(yīng)接收端電路負(fù)載的變化，即在負(fù)載發(fā)生一定 變化時(shí)，也能保持恒定的電流輸出。
利用電流環(huán)實(shí)現(xiàn)串行發(fā)送時(shí)，需要利用電平信號(hào)控制電流環(huán)路的導(dǎo)通和截 止，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)接收端是否接收到特定電流的控制。采用光電耦合器可以很方 便的實(shí)現(xiàn)對(duì)電流環(huán)路的控制。同時(shí)，光電耦合器還能起到隔離微處理器控制電 路和電流環(huán)發(fā)送電路的目的，使微處理器的控制邏輯電路和電流環(huán)電路在電氣 上相互隔離，從而消除串行通信傳輸線(xiàn)路上的干擾串入控制邏輯電路的可能。 需要注意的是，根據(jù)所選的光電耦合器型號(hào)和控制邏輯上的不同，用電平信號(hào) 控制電流環(huán)路通斷的邏輯可能是負(fù)邏輯，即低電平對(duì)應(yīng)電流環(huán)路導(dǎo)通、高電平 對(duì)應(yīng)電流環(huán)路截止，這時(shí)，需要在光電耦合器前級(jí)增加邏輯轉(zhuǎn)換電路，使電平 信號(hào)采用正邏輯控制電流環(huán)路的通斷，從而保證電流環(huán)串行通信發(fā)送的數(shù)據(jù)和 接收的數(shù)據(jù)一致。
利用電流環(huán)實(shí)現(xiàn)串行接收時(shí)，首先應(yīng)將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，以方便
邏輯電路的處理。如果采用電流信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)光電耦合器，來(lái)控制電平的高或 低，這樣可能導(dǎo)致接收電路的誤識(shí)別。因?yàn)?，普通的光電耦合器雖然能實(shí)現(xiàn)有 電流光電耦合器導(dǎo)通、無(wú)電流光電耦合器截止的功能，但光電耦合器的控制電 流大小并沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的門(mén)限值。這樣就會(huì)導(dǎo)致，即使很小的電流也導(dǎo)致光電
耦合器導(dǎo)通，使接收電路將邏輯0誤認(rèn)為邏輯1，或者電流已足夠大但光電耦合
器截止，使接收電路將邏輯i誤認(rèn)為邏輯o。所以，直接利用光電耦合器控制后
續(xù)邏輯電路，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)門(mén)限值的控制，或者因選擇更精確的光電耦合器而增 加設(shè)備成本。因此，采用一個(gè)電壓比較器實(shí)現(xiàn)對(duì)門(mén)限值的控制，減少接收電路 的誤識(shí)別。
利用電流環(huán)實(shí)現(xiàn)串行接收時(shí)，也應(yīng)采用光電耦合器對(duì)電流環(huán)電路和微處理 器的串行接收電路在電氣上進(jìn)行隔離，使用來(lái)給控制邏輯電路的電源和用來(lái)接
收20raA電流電路的電源電氣上相互獨(dú)立，消除兩者之間的相互串?dāng)_，減少電路 的誤碼率。
如果在計(jì)算機(jī)間利用電流環(huán)實(shí)現(xiàn)異步串行通信，還應(yīng)增加一個(gè)電平轉(zhuǎn)換模 塊。80286以上的計(jì)算機(jī)所配有的串行通信接口都遵循RS232C標(biāo)準(zhǔn)，采用RS232 電平，和絕大多數(shù)微處理器或通用異步串行通信芯片所配有的串行通信接口所 采用的TTL電平有所區(qū)別，所以需通過(guò)增加的電平轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)RS232電平和 TTL電平之間的轉(zhuǎn)換，即實(shí)現(xiàn)約-12V和邏輯5V的相互轉(zhuǎn)換，以及約+12V和邏輯 OV的相互轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的有益效果是可提高串行通信方式長(zhǎng)距離傳輸?shù)哪芰?，并具有?強(qiáng)抗干擾能力，能應(yīng)用于電磁環(huán)境較惡劣的場(chǎng)合。該長(zhǎng)距離串行通信方式可用 于微處理器之間、計(jì)算機(jī)之間或微處理器和計(jì)算機(jī)之間的通信，同時(shí)，該電流 環(huán)異步串行通信方式所采用的器件成本低廉，具有較高的性能價(jià)格比。


圖1為本發(fā)明電流環(huán)異歩串行通信應(yīng)用于微處理器通信的實(shí)施框圖； 圖2為本發(fā)明電流環(huán)異步串行通信應(yīng)用于計(jì)算機(jī)通信的實(shí)施框圖； 圖3為本發(fā)明電流環(huán)異步串行通信應(yīng)用于微處理器通信的另一實(shí)施框圖； 圖4為本發(fā)明電流環(huán)異步串行通信應(yīng)用于計(jì)算機(jī)通信的另一實(shí)施框圖； 圖5為本發(fā)明電流環(huán)異步串行通信恒流源的實(shí)施電路圖6為本發(fā)明電流環(huán)異步串行發(fā)送部分的邏輯轉(zhuǎn)換及電流環(huán)路通斷控制的 實(shí)施電路圖7為本發(fā)明電流環(huán)異步串行接收部分的電流電壓轉(zhuǎn)換及門(mén)限判斷的實(shí)施 電路圖8為本發(fā)明電流環(huán)異步串行接收部分的光電耦合器的實(shí)施電路圖； 圖9為現(xiàn)有技術(shù)電流環(huán)實(shí)現(xiàn)異步串行通信的原理性示意圖(方式1);
圖IO為現(xiàn)有技術(shù)電流環(huán)實(shí)現(xiàn)異步串行通信的原理性示意圖(方式2)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1:
如圖1所示為電流環(huán)異步串行通信應(yīng)用于微處理器通信的實(shí)施框圖。 由電流環(huán)異步串行發(fā)送方內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)恒流源，用來(lái)向外部提供恒定的電 流信號(hào)。該電流信號(hào)經(jīng)過(guò)"恒流源^TTY發(fā)送正極^接收負(fù)載^TTY發(fā)送負(fù)極^ 光電耦合器"，形成一個(gè)完整的電流回路。整個(gè)發(fā)送部分受通用異步串行設(shè)備 (UART)的串行發(fā)送端(TXD)控制，該發(fā)送信號(hào)通過(guò)控制光電耦合器的導(dǎo)通和 截止，來(lái)控制電流回路的通斷，從而使接收負(fù)載或者有特定電流通過(guò)(邏輯l) 或者沒(méi)有電流通過(guò)(邏輯0)。需要注意的是，在利用光電耦合器實(shí)現(xiàn)對(duì)電流回路通斷控制時(shí)，可能會(huì)采用負(fù)邏輯，即高電平截止低電平導(dǎo)通，因此在用通用 異步串行設(shè)備的發(fā)送信號(hào)控制光電耦合器之前，還應(yīng)先進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)換，使其串 行發(fā)送信號(hào)采用正邏輯來(lái)控制光電耦合器的通斷，從而確保發(fā)送和接收到的數(shù) 據(jù)一致。
電流環(huán)異步串行接收部分的輸入信號(hào)為外部電流信號(hào)。該部分首先利用電 流電壓轉(zhuǎn)換電路將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后將該電壓信號(hào)輸入到一個(gè) 電壓比較器中，和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓相比較，電壓比較器的輸出即可作為通用異步
串行設(shè)備的串行接收信號(hào)。這樣能準(zhǔn)確的控制用來(lái)代表邏輯1和邏輯0的電流
的門(mén)限值，減少誤碼的產(chǎn)生。另外，為保證外部信號(hào)和內(nèi)部信號(hào)互不干擾，將 電壓比較器的輸出信號(hào)經(jīng)光電耦合器后再送入通用異步串行設(shè)備。
從上述實(shí)施例可以看出，通信傳輸用的電流回路的電源和地都在發(fā)送方， 并且和發(fā)送方、接收方兩側(cè)的邏輯電路電氣上隔離，提高了串行通信的抗干擾 能力。
本實(shí)施例中，電流環(huán)串行通信和通用異步串行設(shè)備之間的接口為T(mén)TL電平。 因?yàn)槌Ｓ玫耐ㄓ卯惒酱性O(shè)備(如頂S8250 )或者微處理器自帶的串行接口 (如 MSC51)都采用的是TTL電平，即5V表示邏輯1， 0V表示邏輯0。
如圖2所示為電流環(huán)異步串行通信應(yīng)用于計(jì)算機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)框圖。與圖1 相比，其主要區(qū)別在于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)串行通信需要增加一個(gè)電平轉(zhuǎn)換模塊。普通 計(jì)算機(jī)自帶的串行通信接口符合RS232標(biāo)準(zhǔn)，采用RS232電平，即邏輯1在-5V -15V之間，邏輯0在+5V +15V之間。增加一個(gè)電平轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)TTL電平 和RS232電平之間的轉(zhuǎn)換，就可以利用20mA電流環(huán)串行通信實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間或 計(jì)算機(jī)和微處理器間的串行通信。該電平轉(zhuǎn)換模塊可利用美國(guó)MAXIM公司的 MAX232或MAX202等芯片實(shí)現(xiàn)。
實(shí)施例2:
如圖3所示為電流環(huán)異步串行通信應(yīng)用于微處理器的另一個(gè)實(shí)施框圖。本 實(shí)施例中，通信傳輸用的電流回路的電源和地都在接收方，并且和發(fā)送方、接 收方兩側(cè)的邏輯電路電氣上隔離。因此，恒流源電路由電流環(huán)異步串行接收方 產(chǎn)生，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)"恒流源^接收負(fù)載^TTY接收正極》光電耦合器》TTY接 收負(fù)極今地"，形成一個(gè)完整的電流回路。整個(gè)發(fā)送部分依然受通用異步串行設(shè) 備(UART)的串行發(fā)送端(TXD)控制，同時(shí)，接收方利用負(fù)載上的電壓值經(jīng)電 壓比較器和光電耦合器后送給異步串行設(shè)備的串行接收端。該實(shí)施例同樣具有 通信傳輸用的電流回路的電源和地都在一側(cè)且和發(fā)送方、接收方兩側(cè)的邏輯電 路電氣上隔離的特性，也具有很強(qiáng)的抗干擾能力。
如圖4所示為將圖3實(shí)施例應(yīng)用于計(jì)算機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)框圖。該實(shí)施例在圖3 實(shí)施例的基礎(chǔ)上增加了電平轉(zhuǎn)換部分，從而可以在計(jì)算機(jī)串行通信上使用電流 環(huán)方式。其基本原理和上述圖3實(shí)施例一致。
實(shí)施例3:
如圖5所示為電流環(huán)異步串行通信20mA恒流源的具體實(shí)施電路圖。圖中的 LM4040為高精度微功耗電壓參考芯片，該芯片提供穩(wěn)定的5V參考電壓。因此， 運(yùn)算放大器U1A的同相輸入端的電壓為19V。根據(jù)運(yùn)算放大器的"虛斷"特性， U1A反相輸入端的電流為0，因此，電阻R2上的電流與流入三極管P1發(fā)射極的 電流相等，假設(shè)為I。運(yùn)算放大器U1A反相輸入端的電壓為U—=24V—R2XI。 當(dāng)三極管P1處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電阻R2上的電流I為0，因此運(yùn)算放大器U1A反 相輸入端的電壓U—為24V。該電壓大于正相輸入端的電壓，因此運(yùn)算放大器的 輸出為低電平OV。這樣三極管P1的發(fā)射結(jié)正偏，三極管P1導(dǎo)通，從而流經(jīng)三 極管的電流I會(huì)增大。當(dāng)三極管P1逐漸導(dǎo)通，使電流I不斷增大至U小于正相
輸入端電壓19V時(shí)，運(yùn)算放大器U1A的輸出電壓將變?yōu)楦唠娖?4V，這時(shí)三極管 Pl的發(fā)射結(jié)不偏，三極管P1截止，從而流經(jīng)三極管的電流I會(huì)減小?？梢?jiàn)圖3 的電路實(shí)際工作在負(fù)反饋狀態(tài)，流經(jīng)電阻R2的電流I會(huì)通過(guò)運(yùn)算放大器U1A的 輸出來(lái)調(diào)節(jié)三極管P1的通斷，從而反過(guò)來(lái)影響電流I的大小，使U-電壓始終穩(wěn) 定在19V。根據(jù)U—二24V—R2XI，并使電阻R2為250歐姆，可以使電流I恒定 在20mA。由于三極管P1基極流經(jīng)的電流很小，因此三極管P1的集電極輸出電 流約等于電阻R2上的電流I，即該恒流源的輸出始終保持為20raA。
另外，高精度微功耗電壓參考芯片LM4040的最佳工作電流為lmA，工作在 該電流時(shí)LM4040具有最佳的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍，因此，應(yīng)通過(guò)設(shè)置電阻R1的阻值， 使LM4040的工作電流為lmA。在本實(shí)施例中，R1應(yīng)設(shè)置為19K歐姆。同時(shí)，運(yùn) 算放大器U1A應(yīng)選用高速運(yùn)放，以保證整個(gè)恒流源動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的速度。電阻R5的 作用是過(guò)流保護(hù)，以防接收負(fù)載意外短路，導(dǎo)致恒流源直接接地而損壞電路。
該恒流源的供電電源也可選為其它電壓值，只需根據(jù)上述實(shí)施方法改動(dòng)相 應(yīng)器件參數(shù)即可。
如圖6所示為20mA電流環(huán)串行發(fā)送部分邏輯轉(zhuǎn)換及電流環(huán)路通斷控制的具 體實(shí)施電路圖。這里采用光電耦合器實(shí)現(xiàn)電流環(huán)路的通斷控制，同時(shí)還能起到 隔離微處理器控制電路和電流環(huán)發(fā)送電路的目的。光電耦合器內(nèi)部的發(fā)光二極 管正極接5V電源。同時(shí)，通用異步串行設(shè)備的發(fā)送端經(jīng)一個(gè)非門(mén)后，連接到光 電耦合器內(nèi)部的發(fā)光二極管負(fù)極，用來(lái)控制該發(fā)光二極管的通斷以及光電耦合 器內(nèi)部的光敏三極管的通斷，從而控制20mA電流環(huán)中電流回路的通斷，實(shí)現(xiàn)串 行通信的邏輯。其中，用5V電源連接光電耦合器內(nèi)部的發(fā)光二極管正極，可以 提高對(duì)光電耦合器的驅(qū)動(dòng)能力。如果直接用通用異步串行設(shè)備的發(fā)送信號(hào)控制 光電耦合器內(nèi)部的發(fā)光二極管負(fù)極，將會(huì)是負(fù)邏輯，即發(fā)送信號(hào)為高電平(邏
輯l)時(shí)，20mA電流環(huán)電流回路斷(邏輯O)，發(fā)送信號(hào)為低電平(邏輯O)時(shí)， 20mA電流環(huán)電流回路通(邏輯l)。為保證正邏輯，故在驅(qū)動(dòng)光電耦合器之前加 一個(gè)非門(mén)。同時(shí)該非門(mén)選用施密特觸發(fā)器，避免在光電耦合器通斷的臨界值附 近的抖動(dòng)。該非門(mén)選用HC系列芯片，提高數(shù)字信號(hào)的輸出特性。電阻R6用作 過(guò)流保護(hù)，以防接收負(fù)載意外短路，導(dǎo)致恒流源直接接地而損壞電路。由于串 行通信信號(hào)變化速率較高，因此光電耦合器芯片應(yīng)選用高速光電耦合器，本實(shí) 施例選擇的是6N137。
如圖7所示為20mA電流環(huán)異步串行接收部分電流電壓轉(zhuǎn)換及門(mén)限判斷的具 體實(shí)施電路圖。根據(jù)運(yùn)算放大器的"虛斷"特性，運(yùn)算放大器U6的正相輸入端 電流為0，因此20mA電流環(huán)輸入的電流完全經(jīng)由電阻R8流過(guò)。由于20mA電流 環(huán)的負(fù)極輸入直接接地，因此電阻R8上的電壓為運(yùn)算放大器U6的正相輸入電 壓，為R8XI， I為20mA電流環(huán)的輸入電流。這樣電阻R8就起到了電流電壓轉(zhuǎn) 換的功能。運(yùn)算放大器U6的反相輸入端經(jīng)二極管Dl接地，因此反相輸入電壓 為該二極管的工作電壓，約為0.7V。當(dāng)外部電流輸入為OmA時(shí)，運(yùn)算放大器U6 的正相輸入電壓小于反相輸入電壓，U6的輸出為低電平(0V);當(dāng)外部電流輸入 為20mA時(shí)，運(yùn)算放大器U6的正相輸入電壓大于反相輸入電壓，U6的輸出為高 電平(5V)。這樣就實(shí)現(xiàn)了 20mA電流信號(hào)到5V電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換。需要注意的是， 由于運(yùn)算放大器U6的正相輸入端電壓為電阻R8兩端電壓值，因此將電阻R8 — 端接地，另一端接入運(yùn)算放大器的正相輸入端；另一方面，電阻R8為20mA電 流環(huán)路中間段的器件，其接地端相對(duì)于電流環(huán)供電電源的地還有一定的電位差， 因此運(yùn)算放大器的供電電源不能和電流環(huán)的供電電源共地，兩個(gè)電源必須相互 隔離。
圖7中，電阻R8阻值和二極管Dl的工作電壓決定了外部輸入電流的門(mén)限
值。在本實(shí)施例中，二極管Dl選為1N4148，其工作電壓約為0.7V。為使10mA 成為外部輸入電流的門(mén)限值(即外部輸入電流小于10mA時(shí)都認(rèn)為邏輯0，大于 10mA時(shí)都認(rèn)為邏輯l)，電阻R8選擇為75歐姆。同時(shí)該電阻應(yīng)盡可能選擇精密 電阻，以保證外部輸入電流的門(mén)限值盡可能準(zhǔn)確，減少誤碼率。電阻R10確保 二極管Dl工作在導(dǎo)通狀態(tài)。由于串行通信信號(hào)變化速率較高，因此運(yùn)算放大器 應(yīng)選擇高速運(yùn)放。本實(shí)施例選擇的LM311，由于其輸出為OC門(mén)，因此電阻R9為 OC門(mén)輸出提供上拉。
如圖8所示為20mA電流環(huán)異步串行接收部分光電耦合器的具體實(shí)施電路 圖。光電耦合器內(nèi)部的發(fā)光二極管正極接運(yùn)算放大器的輸出，光電耦合器內(nèi)部 的發(fā)光二極管負(fù)極接地。通過(guò)控制該發(fā)光二極管的通斷以及光電耦合器內(nèi)部的 光敏三極管的通斷，從而向通用異步串行通信設(shè)備輸出串行數(shù)據(jù)。由于該光電 耦合器輸出為負(fù)邏輯，因此光電耦合器輸出之后加一個(gè)非門(mén)。該非門(mén)選用施密 特觸發(fā)器，避免在光電耦合器通斷的臨界值附近的抖動(dòng)。
最后需要注意，在具體應(yīng)用時(shí)，該20mA電流環(huán)的發(fā)送部分和接收部分的電 源應(yīng)相互獨(dú)立，即圖5中的24V、圖7中的VCC一R兩路電源不能共地，否則電路 不能正常工作。因?yàn)?0mA電流環(huán)的電流回路經(jīng)過(guò)圖7的電阻R8，然后在經(jīng)過(guò)圖 6光電耦合器進(jìn)入24V對(duì)應(yīng)的地GND—T。電流回路中的電阻R8 (圖7)的一端接 VCCLR對(duì)應(yīng)的地GND一R。如果兩個(gè)電源共地，將導(dǎo)致圖7中的運(yùn)算放大器反相輸 入端電壓不是二極管D1的工作電壓，從而導(dǎo)致邏輯錯(cuò)誤。圖6和圖8的光電耦 合器中，和通用異步串行設(shè)備相連的一端，可采用同一5V電源。由于要實(shí)現(xiàn)光 電耦合器兩端的電氣隔離，該5V電源和圖5中的24V電源、圖7中的5V電源 要相互隔離，不能共地或共電源。
為了舉例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)，描述了上述的具體實(shí)施例。但本發(fā)明的其他
變化和修改，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，在本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)質(zhì)和基本 原則范圍內(nèi)的任何修改、變化或者仿效變換都屬于本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電流環(huán)異步串行通信方法，其特征在于有以一個(gè)恒流源的輸出作為通信傳輸?shù)碾娏?，利用邏輯轉(zhuǎn)換和光電隔離電路、電壓串行通信信號(hào)控制電流環(huán)路的通斷，電流環(huán)異步串行通信的發(fā)送步驟；有利用電流電壓轉(zhuǎn)換電路和門(mén)限判斷電路，將接收到的電流轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)，采用光電隔離電路進(jìn)行電流環(huán)電路和處理器電路的隔離，電流環(huán)異步串行通信的接收步驟。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種電流環(huán)異步串行通信方法，其特征在于 恒流源采用高速運(yùn)算放大器、高精度電壓參考芯片和三極管組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種電流環(huán)異步串行通信方法，其特征在于 邏輯轉(zhuǎn)換和光電隔離電路采用邏輯門(mén)電路和高速光電耦合器組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種電流環(huán)異步串行通信方法，其特征在于 電流電壓轉(zhuǎn)換電路和門(mén)限判斷電路采用高速運(yùn)算放大器和二極管組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種電流環(huán)異步串行通信方法，其特征在于 光電隔離電路采用邏輯門(mén)電路和高速光電耦合器組成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于電流環(huán)異步串行通信的方法，屬于串行通信技術(shù)領(lǐng)域，首先以一個(gè)恒流源作為通信傳輸?shù)碾娏鳎缓罄霉怆婑詈掀鲗?shí)現(xiàn)用電壓信號(hào)控制電流環(huán)路的通斷，從而達(dá)到了利用電壓串行通信信號(hào)對(duì)電流環(huán)邏輯的控制，實(shí)現(xiàn)了電流環(huán)異步串行通信的發(fā)送。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了電流電壓轉(zhuǎn)換電路和門(mén)限判斷電路，能把電流環(huán)邏輯轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的TTL電平邏輯，從而實(shí)現(xiàn)了電流環(huán)異步串行通信的接收。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離串行通信，并具有較強(qiáng)的抗干擾能力，誤碼率低。同時(shí)，具有較高的性能價(jià)格比。
文檔編號(hào)G06F13/38GK101174250SQ200710098909
公開(kāi)日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者張建明, 李開(kāi)成, 磊 袁 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)