本發(fā)明屬于抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)總線接口技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是基于USB接口的RS232/422/485串口模塊電路。

背景技術(shù)：

串行接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來分包括RS232、RS422、RS485等。RS232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。由于其發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個(gè)節(jié)點(diǎn),即一個(gè)主設(shè)備(Master)，其余為從設(shè)備(Slave)。RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿，如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。

RS232、RS422、RS485等接口是目前現(xiàn)場總線、工業(yè)現(xiàn)場、抗惡劣環(huán)境等應(yīng)用非常廣泛的接口技術(shù)，所以涉及到節(jié)點(diǎn)構(gòu)建的快捷性、方便性、維護(hù)性、測試性的好壞，將直接影響系統(tǒng)的性能和成本，目前基于USB熱插拔方式實(shí)現(xiàn)的RS232、RS422、RS485等模塊相對較少，而USB接口的快捷方便的應(yīng)用特性將使其得到更好的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過基于USB接口的RS232/422/485串口模塊的設(shè)計(jì)電路，實(shí)現(xiàn)基于USB熱插拔方式構(gòu)建RS232/422/485通訊節(jié)點(diǎn)或RS232/422/485通訊測試設(shè)備，大大提升安裝及維護(hù)效率，同時(shí)通過靜電放電(ESD)、電快速瞬變脈沖群(EFT)、電涌破壞等防護(hù)設(shè)計(jì)，提高模塊電路在各種RS232/422/485總線環(huán)境中的適應(yīng)能力。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供了基于USB接口的RS232/422/485串口模塊，包括依次相連的USB/HUB控制器的上行USB接口電路、USB/HUB控制器和若干個(gè)USB信號收發(fā)電路，其中每個(gè)USB信號收發(fā)電路包括USB/UART控制器、RS232接口及UART信號隔離電路、RS422/485收發(fā)器的接口電路和保護(hù)電路；其中，RS232接口及UART信號隔離電路包括RS232收發(fā)器和磁隔離器；USB/HUB控制器與所有USB/UART控制器相連形成USB/HUB控制器和USB/UART控制器的連接電路；

USB/HUB控制器的上行USB接口電路實(shí)現(xiàn)了外部主機(jī)的USB總線信號接入U(xiǎn)SB/HUB控制器，USB/HUB控制器和USB/UART控制器的連接電路實(shí)現(xiàn)了USB/HUB控制器的下行USB總線和USB/UART控制器的連接，RS232接口及UART信號隔離電路實(shí)現(xiàn)了UART信號的RS232接口轉(zhuǎn)換和UART信號的磁隔離轉(zhuǎn)換，RS422/485接口電路實(shí)現(xiàn)了隔離后的UART信號的RS422、RS485的接口轉(zhuǎn)換和保護(hù)設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步地優(yōu)選方案，本發(fā)明基于USB接口的RS232/422/485串口模塊，所述USB/HUB控制器的上行USB接口電路包括第一電容C1、第二電容C2、第一集成電路U1、第二集成電路U2、第三集成電路U3；

所述第一集成電路U1的型號為NS-USB-A，第二集成電路U2的型號為MAX3207E，第三集成電路U3的型號為ISP1520BD；

第一集成電路U1的第一引腳和第二集成電路U2的第五引腳相連，第一集成電路U1的第二引腳和第三集成電路U3的第三引腳、第二集成電路U2的第四引腳相連，第一集成電路U1的第三引腳和第三集成電路U3的第四引腳、第二集成電路U2的第一引腳相連，第一集成電路U1的第四引腳和第一電容C1的一端相連并接地，第一電容C1的另一端和第一集成電路U1的第五引腳相連，第一集成電路U1的第四引腳和第二電容C2的一端相連并接地，第二電容C2的另一端和第一集成電路U1的第六引腳相連，第一集成電路U1的第五引腳和第一集成電路U1的第六引腳相連；第二集成電路U2的第二引腳接地，第二集成電路U2的第三引腳和第六引腳置空。

進(jìn)一步地優(yōu)選方案，本發(fā)明基于USB接口的RS232/422/485串口模塊，所述USB/HUB控制器和USB/UART控制器的連接電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第三集成電路U3、第四集成電路U4、第五集成電路U5、第六集成電路U6、第七集成電路U7；

所述第三集成電路U3的型號為ISP1520BD，第四集成電路U4的型號為CP2101，第五集成電路U5的型號為CP2101，第六集成電路U6的型號為CP2101，第七集成電路U7的型號為CP2101；

第三集成電路U3的第十五引腳和第四集成電路U4的第五引腳、第一電阻R1的一端相連，第一電阻R1的另一端接地，第三集成電路U3的第十六引腳和第四集成電路U4的第四引腳、第二電阻R2的一端相連，第二電阻R2的另一端接地，第三集成電路U3的第三十六引腳和第五集成電路U5的第五引腳、第三電阻R3的一端相連，第三電阻R3的另一端接地，第三集成電路U3的第三十七引腳和第五集成電路U5的第四引腳、第四電阻R4的一端相連，第四電阻R4的另一端接地，第三集成電路U3的第四十三引腳和第六集成電路U6的第五引腳、第六電阻R6的一端相連，第六電阻R6的另一端接地，第三集成電路U3的第四十四引腳和第六集成電路U6的第四引腳、第五電阻R5的一端相連，第五電阻R5的另一端接地，第三集成電路U3的第四十七引腳和第七集成電路U7的第五引腳、第八電阻R8的一端相連，第八電阻R8的另一端接地，第三集成電路U3的第四十八引腳和第七集成電路U7的第四引腳、第七電阻R7的一端相連，第七電阻R7的另一端接地。

進(jìn)一步地優(yōu)選方案，本發(fā)明基于USB接口的RS232/422/485串口模塊，所述RS232接口及UART信號隔離電路包括第四集成電路U4、第八集成電路U8、第九集成電路U9、第十集成電路U10、第十一集成電路U11、第一連接器E1；

所述第四集成電路U4的型號為CP2101，第八集成電路U8的型號為SP3243EU，第九集成電路U9的型號為ADuM1301，第十集成電路U10的型號為SN74AHC1G04，第十一集成電路U11的型號為ADM3491E，第一連接器E1的型號為PH-1*3S；

第四集成電路U4的第二十八引腳和第八集成電路U8的第十四引腳相連，第四集成電路U4的第二十六引腳和第八集成電路U8的第十三引腳、第九集成電路U9的第三引腳相連，第四集成電路U4的第二十四引腳和第八集成電路U8的第十二引腳、第九集成電路U9的第四引腳相連，第四集成電路U4的第二引腳和第八集成電路U8的第十九引腳相連，第四集成電路U4的第一引腳和第八集成電路U8的第十八引腳相連，第四集成電路U4的第二十七引腳和第八集成電路U8的第十七引腳相連，第四集成電路U4的第二十五引腳和第八集成電路U8的第十六引腳、第九集成電路U9的第五引腳相連，第四集成電路U4的第二十三引腳和第八集成電路U8的第十五引腳相連，第四集成電路U4的第十一引腳和第八集成電路U8的第二十二引腳相連；

第九集成電路U9的第十二引腳和第十一集成電路U11的第二引腳相連，第九集成電路U9的第十三引腳和第十一集成電路U11的第四引腳相連，第九集成電路U9的第十四引腳和第十一集成電路U11的第五引腳、第十集成電路U10的第二引腳相連；

第十集成電路U10的第四引腳和第一連接器E1的第三引腳相連，第十一集成電路U11的第三引腳和第一連接器E1的第二引腳相連，第一連接器E1的第一引腳接地。

進(jìn)一步地優(yōu)選方案，本發(fā)明基于USB接口的RS232/422/485串口模塊，所述RS422/485接口電路包括第九電阻R9、第十一集成電路U11、第二連接器E2、第三連接器E3、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一限流器F1、第二限流器F2、第三限流器F3、第四限流器F4；

所述第十一集成電路U11的型號為ADM3491E，第二連接器E2的型號為PH-1*3S，第三連接器E3的型號為PH-1*3S，第一二極管D1的型號為CDSOT23-SM712，第二二極管D2的型號為CDSOT23-SM712，第三二極管D3的型號為CDSOT23-SM712，第四二極管D4的型號為CDSOT23-SM712，第一限流器F1的型號為TBU-CA065-200，第二限流器F2的型號為TBU-CA065-200，第三限流器F3的型號為TBU-CA065-200，第四限流器F4的型號為TBU-CA065-200；

第十一集成電路U11的第十二引腳和第九電阻R9的一端相連，第九電阻R9的另一端和第二連接器E2的第一引腳、第一二極管D1的第一引腳、第一限流器F1的第二引腳相連，第十一集成電路U11的第十一引腳和第三連接器E3的第一引腳、第二二極管D2的第一引腳、第二限流器F2的第二引腳相連，第十一集成電路U11的第十引腳和第三連接器E3的第三引腳相連，第十一集成電路U11的第九引腳和第二連接器E2的第三引腳相連，第二連接器E2的第二引腳和第三二極管D3的第一引腳、第三限流器F3的第二引腳相連，第三連接器E3的第二引腳和第四二極管D4的第一引腳、第四限流器F4的第二引腳相連，第一二極管D1的第二引腳接地，第二二極管D2的第二引腳接地，第三二極管D3的第二引腳接地，第四二極管D4的第二引腳接地。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1)該模塊實(shí)現(xiàn)了USB接口，可以用USB熱插拔方式構(gòu)建RS232/422/485通訊節(jié)點(diǎn)或RS232/422/485通訊測試設(shè)備，安裝及維護(hù)效率大大提升；2)該模塊實(shí)現(xiàn)了四個(gè)串口，每個(gè)串口支持RS232、RS422、RS485等接口方式；3)該模塊在USB接入端增加了靜電放電(ESD)防護(hù)設(shè)計(jì)，在串口輸出端增加了靜電放電(ESD)、電快速瞬變脈沖群(EFT)和電涌破壞等防護(hù)設(shè)計(jì)；3)該模塊使用了高集成度和低成本的磁隔離器件，且使得隔離前后的的信號響應(yīng)時(shí)間比光耦隔離方式快，隔離信號質(zhì)量高。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1基于USB接口的RS232/422/485串口模塊組成原理圖

圖2 USB/HUB控制器的上行USB接口電路圖

圖3 USB/HUB控制器和USB/UART控制器的連接電路圖

圖4 RS232接口及UART信號隔離電路圖

圖5 RS422/485接口電路圖

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明基于USB接口的RS232/422/485串口模塊，包括依次相連的USB/HUB控制器的上行USB接口電路、USB/HUB控制器和四個(gè)USB信號收發(fā)電路，其中每個(gè)USB信號收發(fā)電路包括USB/UART控制器、RS232接口及UART信號隔離電路、RS422/485收發(fā)器的接口電路和保護(hù)電路；其中，RS232接口及UART信號隔離電路包括RS232收發(fā)器和磁隔離器；USB/HUB控制器與所有USB/UART控制器相連形成USB/HUB控制器和USB/UART控制器的連接電路；

USB/HUB控制器的上行USB接口電路實(shí)現(xiàn)了外部主機(jī)的USB總線信號接入U(xiǎn)SB/HUB控制器，USB/HUB控制器和USB/UART控制器的連接電路實(shí)現(xiàn)了USB/HUB控制器的下行USB總線和USB/UART控制器的連接，RS232接口及UART信號隔離電路實(shí)現(xiàn)了UART信號的RS232接口轉(zhuǎn)換和UART信號的磁隔離轉(zhuǎn)換，RS422/485接口電路實(shí)現(xiàn)了隔離后的UART信號的RS422、RS485的接口轉(zhuǎn)換和保護(hù)設(shè)計(jì)。

如圖2所示，USB/HUB控制器的上行USB接口電路包括第一電容C1、第二電容C2、第一集成電路U1、第二集成電路U2、第三集成電路U3；

所述第一集成電路U1的型號為NS-USB-A，第二集成電路U2的型號為MAX3207E，第三集成電路U3的型號為ISP1520BD；

第一集成電路U1的第一引腳和第二集成電路U2的第五引腳相連，第一集成電路U1的第二引腳和第三集成電路U3的第三引腳、第二集成電路U2的第四引腳相連，第一集成電路U1的第三引腳和第三集成電路U3的第四引腳、第二集成電路U2的第一引腳相連，第一集成電路U1的第四引腳和第一電容C1的一端相連并接地，第一電容C1的另一端和第一集成電路U1的第五引腳相連，第一集成電路U1的第四引腳和第二電容C2的一端相連并接地，第二電容C2的另一端和第一集成電路U1的第六引腳相連，第一集成電路U1的第五引腳和第一集成電路U1的第六引腳相連；第二集成電路U2的第二引腳接地，第二集成電路U2的第三引腳和第六引腳置空。

如圖3所示，USB/HUB控制器和USB/UART控制器的連接電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第三集成電路U3、第四集成電路U4、第五集成電路U5、第六集成電路U6、第七集成電路U7；

所述第三集成電路U3的型號為ISP1520BD，第四集成電路U4的型號為CP2101，第五集成電路U5的型號為CP2101，第六集成電路U6的型號為CP2101，第七集成電路U7的型號為CP2101；

第三集成電路U3的第十五引腳和第四集成電路U4的第五引腳、第一電阻R1的一端相連，第一電阻R1的另一端接地，第三集成電路U3的第十六引腳和第四集成電路U4的第四引腳、第二電阻R2的一端相連，第二電阻R2的另一端接地，第三集成電路U3的第三十六引腳和第五集成電路U5的第五引腳、第三電阻R3的一端相連，第三電阻R3的另一端接地，第三集成電路U3的第三十七引腳和第五集成電路U5的第四引腳、第四電阻R4的一端相連，第四電阻R4的另一端接地，第三集成電路U3的第四十三引腳和第六集成電路U6的第五引腳、第六電阻R6的一端相連，第六電阻R6的另一端接地，第三集成電路U3的第四十四引腳和第六集成電路U6的第四引腳、第五電阻R5的一端相連，第五電阻R5的另一端接地，第三集成電路U3的第四十七引腳和第七集成電路U7的第五引腳、第八電阻R8的一端相連，第八電阻R8的另一端接地，第三集成電路U3的第四十八引腳和第七集成電路U7的第四引腳、第七電阻R7的一端相連，第七電阻R7的另一端接地。

如圖4所示，RS232接口及UART信號隔離電路包括第四集成電路U4、第八集成電路U8、第九集成電路U9、第十集成電路U10、第十一集成電路U11、第一連接器E1；

所述第四集成電路U4的型號為CP2101，第八集成電路U8的型號為SP3243EU，第九集成電路U9的型號為ADuM1301，第十集成電路U10的型號為SN74AHC1G04，第十一集成電路U11的型號為ADM3491E，第一連接器E1的型號為PH-1*3S；

第四集成電路U4的第二十八引腳和第八集成電路U8的第十四引腳相連，第四集成電路U4的第二十六引腳和第八集成電路U8的第十三引腳、第九集成電路U9的第三引腳相連，第四集成電路U4的第二十四引腳和第八集成電路U8的第十二引腳、第九集成電路U9的第四引腳相連，第四集成電路U4的第二引腳和第八集成電路U8的第十九引腳相連，第四集成電路U4的第一引腳和第八集成電路U8的第十八引腳相連，第四集成電路U4的第二十七引腳和第八集成電路U8的第十七引腳相連，第四集成電路U4的第二十五引腳和第八集成電路U8的第十六引腳、第九集成電路U9的第五引腳相連，第四集成電路U4的第二十三引腳和第八集成電路U8的第十五引腳相連，第四集成電路U4的第十一引腳和第八集成電路U8的第二十二引腳相連；

第九集成電路U9的第十二引腳和第十一集成電路U11的第二引腳相連，第九集成電路U9的第十三引腳和第十一集成電路U11的第四引腳相連，第九集成電路U9的第十四引腳和第十一集成電路U11的第五引腳、第十集成電路U10的第二引腳相連；

第十集成電路U10的第四引腳和第一連接器E1的第三引腳相連，第十一集成電路U11的第三引腳和第一連接器E1的第二引腳相連，第一連接器E1的第一引腳接地；

第八集成電路U8的第九引腳接RS232_DTR,第八集成電路U8的第十引腳接RS232_TXD，第八集成電路U8的第十一引腳接RS232_RTS，第八集成電路U8的第四引腳接RS232_RI，第八集成電路U8的第五引腳接RS232_DCD，第八集成電路U8的第六引腳接RS232_DCR，第八集成電路U8的第七引腳接RS232_RXD，第八集成電路U8的第八引腳接RS232_CTS。

如圖5所示，RS422/485接口電路包括第九電阻R9、第十一集成電路U11、第二連接器E2、第三連接器E3、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一限流器F1、第二限流器F2、第三限流器F3、第四限流器F4；

所述第十一集成電路U11的型號為ADM3491E，第二連接器E2的型號為PH-1*3S，第三連接器E3的型號為PH-1*3S，第一二極管D1的型號為CDSOT23-SM712，第二二極管D2的型號為CDSOT23-SM712，第三二極管D3的型號為CDSOT23-SM712，第四二極管D4的型號為CDSOT23-SM712，第一限流器F1的型號為TBU-CA065-200，第二限流器F2的型號為TBU-CA065-200，第三限流器F3的型號為TBU-CA065-200，第四限流器F4的型號為TBU-CA065-200；

第十一集成電路U11的第十二引腳和第九電阻R9的一端相連，第九電阻R9的另一端和第二連接器E2的第一引腳、第一二極管D1的第一引腳、第一限流器F1的第二引腳相連，第十一集成電路U11的第十一引腳和第三連接器E3的第一引腳、第二二極管D2的第一引腳、第二限流器F2的第二引腳相連，第十一集成電路U11的第十引腳和第三連接器E3的第三引腳相連，第十一集成電路U11的第九引腳和第二連接器E2的第三引腳相連，第二連接器E2的第二引腳和第三二極管D3的第一引腳、第三限流器F3的第二引腳相連，第三連接器E3的第二引腳和第四二極管D4的第一引腳、第四限流器F4的第二引腳相連，第一二極管D1的第二引腳接地，第二二極管D2的第二引腳接地，第三二極管D3的第二引腳接地，第四二極管D4的第二引腳接地；

第一限流器F1的第一引腳接RS22R+/485+,第二限流器F2的第一引腳接RS22R-/485+，第三限流器F3的第一引腳接RS22T+,第四限流器F4的第一引腳接RS22T-。

該模塊實(shí)現(xiàn)了USB接口，可以用USB熱插拔方式構(gòu)建RS232/422/485通訊節(jié)點(diǎn)或RS232/422/485通訊測試設(shè)備，安裝及維護(hù)效率大大提升，該模塊實(shí)現(xiàn)了四個(gè)串口，每個(gè)串口支持RS232、RS422、RS485等接口方式，該模塊在USB接入端增加了靜電放電(ESD)防護(hù)設(shè)計(jì)，在串口輸出端增加了靜電放電(ESD)、電快速瞬變脈沖群(EFT)和電涌破壞等防護(hù)設(shè)計(jì)，該模塊使用了高集成度和低成本的磁隔離器件，且使得隔離前后的的信號響應(yīng)時(shí)間比光耦隔離方式快，隔離信號質(zhì)量高，提高了模塊的環(huán)境適應(yīng)能力。