USB转RS?485有源隔离转换器

本发明涉及一种通讯转换装置，具体是一种USB转RS-485有源隔离转换器。

串口通信是指外部设备、智能仪器和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等， 按位进行传输数据的一种通讯方式，这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以 节约通信成本，但其传输速度比并行传输低；串口通信的概念非常简单，串口按位发送和接 收字节，尽管比按字节的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一 根线接收数据，串口用于ASCII码字符的传输，通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接 收，由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。串 口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验，对于两个进行通信的端口，这 些参数必须匹配。

串口是计算机上一种比较通用的设备通信协议，串口同时也是仪器仪表设备通用 的通信协议，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。随着目前仪器仪表智能 化的发展，越来越多的设备和计算机上并没有设置串口，为了在没有串口只有USB口的计算 机、外部设备、智能仪器之间通信，我们必须先将通信信号作转换。

本发明的目的在于提供一种支持USB转RS-485半双工通讯模式的USB转RS-485有 源隔离转换器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种USB转RS-485有源隔离转换器，包括隔离前端、隔离后端和驱动电路，隔离前端和 隔离后端之间通过光耦连接，光耦包括TX光电隔离芯片和RX光电隔离芯片，所述隔离前端 包括信号转换芯片，信号转换芯片通过USB数据线连接PC机的USB接口，所述隔离后端包括 信号收发状态控制芯片、RS-485收发器和电源，所述光耦通过信号收发状态控制芯片分别 连接RS-485收发器和电源，所述RS-485收发器连接RS-485总线。

作为本发明再进一步的方案：驱动电路中USB接口J3的VCC_5端口连接电压信号 VCC1，USB接口J3的GND端口接地，USB接口J3的D-端口通过电阻R18连接信号转换芯片U11的 16脚，USB接口J3的D+端口通过电阻R19连接信号转换芯片U11的15脚，信号转换芯片U11的 17脚分别连接并补电容C19和并补电容C20，并补电容C19另一端分别连接并补电容C20另一 端、信号转换芯片U11的18脚、信号转换芯片U11的21脚、信号转换芯片U11的22脚、信号转换 芯片U11的23脚、信号转换芯片U11的24脚、并补电容C17和并补电容C18，并补电容C17另一 端分别连接振荡器Y1一端和信号转换芯片U11的28脚，并补电容C18另一端分别连接振荡器 Y1另一端和信号转换芯片U11的27脚，信号转换芯片U11的20脚分别连接信号转换芯片U11 的4脚、电阻R23、电阻R21和电阻R22，电阻R23连接信号转换芯片U11的6脚，电阻R21连接信 号转换芯片U11的13脚，电阻R22连接信号转换芯片U11的14脚；

信号转换芯片U11的1脚分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R1另一端连接电压信号VCC1， 电阻R2另一端连接三极管Q5的1脚，三极管Q5的3脚接地，三极管Q5的2脚连接TX光电隔离芯 片U6的3脚，TX光电隔离芯片U6的2脚通过电阻R4连接电压信号VCC1，TX光电隔离芯片U6的5 脚接地，TX光电隔离芯片U6的8脚分别连接电阻R7和电压信号VCC2，电阻R7另一端分别连接 TX光电隔离芯片U6的6脚、非门控制芯片U4的9脚和非门控制芯片U4的13脚，信号转换芯片 U11的6脚分别连接RX光电隔离芯片U5的6脚和电阻R3，电阻R3另一端分别连接RX光电隔离 芯片U5的8脚和电压信号VCC1，RX光电隔离芯片U5的3脚接地，RX光电隔离芯片U5的2脚通过 电阻R6连接非门控制芯片U4的10脚；

非门控制芯片U4的1脚分别连接二极管D1、电阻R5和并补电容C9，二极管D1负极分别连 接电阻R5另一端和非门控制芯片U4的4脚，非门控制芯片U4的3脚连接非门控制芯片U4的6 脚，非门控制芯片U4的13脚连接非门控制芯片U4的8脚，非门控制芯片U4的11脚分别连接电 阻R15、电阻R17和信号收发状态控制芯片U2的1脚，电阻R15另一端连接三极管Q7的1脚，三 极管Q7的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q7的2脚依次通过发光二极管RXD和电阻R13接地， 非门控制芯片U4的12脚分别连接电阻R14和信号收发状态控制芯片U2的4脚，电阻R14另一 端连接三极管Q6的1脚，三极管Q6的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q6的2脚依次通过发光二 极管TXD和电阻R12接地； 非门控制芯片U4的2脚分别连接信号收发状态控制芯片U2的2脚 和信号收发状态控制芯片U2的3脚，电阻R17另一端和信号收发状态控制芯片U2的8脚均连 接电压信号VCC2，信号收发状态控制芯片U2的5脚接地，信号收发状态控制芯片U2的6脚分 别连接稳压二极管ZD3、电阻R11和排线JP3的1脚，电阻R11另一端连接电压信号VCC2，信号 收发状态控制芯片U2的7脚分别连接稳压二极管ZD2、电阻R10和排线JP3的2脚，稳压二极管 ZD2正极、稳压二极管ZD3正极和电阻R10另一端均接地，电压信号VCC2分别连接并补电容 C10、并补电容C12和并补电容C14。

上述USB转RS-485有源隔离转换器的工作方法，包括：数据发送时，当数据从USB端 口发出后，前端USB信号转换电路把USB的信号处理成RS-485需要的数据规范，通过隔离部 分传输到非门控制芯片U4，非门控制芯片U4将状态改为发送状态，通过信号收发状态控制 芯片U2的发送功能，使USB发送的信号发送到RS-485总线上。数据接收时，默认状态通过电 阻R17上来置高，调节成接收状态，当RS-485总线上有信号时，自动接收信号，同时接收状态 指示灯RXD点亮，数据通过转换电路从RS-485总线端传输到USB端口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明弥补了有些台式电脑和笔记本没有串口的不足，提供一种方便快捷的USB和RS- 485通信转换，不但兼容win2000、xp系统，而且支持最新的win7系统，本发明可以将任意口 的USB信号转换成平衡的RS-485半双工差分信号，且本发明支持热插拔功能，即插即用，可 以组成点对点，点对多点的RS-485通信网络，将通信距离拉长到1.2km。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中驱动电路连接图。

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-2，一种USB转RS-485有源隔离转换器，包括隔离前端、隔离后端和驱动 电路，隔离前端和隔离后端之间通过光耦连接，光耦包括TX光电隔离芯片和RX光电隔离芯 片，所述隔离前端包括信号转换芯片，信号转换芯片通过USB数据线连接PC机的USB接口，隔 离前端不需要外加电源，直接从USB端口取电，所述隔离后端包括信号收发状态控制芯片、 RS-485收发器和电源，所述光耦通过信号收发状态控制芯片分别连接RS-485收发器和电 源，所述RS-485收发器连接RS-485总线。

隔离前端通过信号转换芯片U11实现USB信号的转换、数据格式处理和USB信号收 发，隔离后端通过信号收发状态控制芯片U2来实现485数据的收发功能，通过非门控制芯片 U4控制收发状态时序。

驱动电路中USB接口J3的VCC_5端口连接电压信号VCC1，USB接口J3的GND端口接 地，USB接口J3的D-端口通过电阻R18连接信号转换芯片U11的16脚，USB接口J3的D+端口通 过电阻R19连接信号转换芯片U11的15脚，信号转换芯片U11的17脚分别连接并补电容C19和 并补电容C20，并补电容C19另一端分别连接并补电容C20另一端、信号转换芯片U11的18脚、 信号转换芯片U11的21脚、信号转换芯片U11的22脚、信号转换芯片U11的23脚、信号转换芯 片U11的24脚、并补电容C17和并补电容C18，并补电容C17另一端分别连接振荡器Y1一端和 信号转换芯片U11的28脚，并补电容C18另一端分别连接振荡器Y1另一端和信号转换芯片 U11的27脚，信号转换芯片U11的20脚分别连接信号转换芯片U11的4脚、电阻R23、电阻R21和 电阻R22，电阻R23连接信号转换芯片U11的6脚，电阻R21连接信号转换芯片U11的13脚，电阻 R22连接信号转换芯片U11的14脚。

信号转换芯片U11的1脚分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R1另一端连接电压信号 VCC1，电阻R2另一端连接三极管Q5的1脚，三极管Q5的3脚接地，三极管Q5的2脚连接TX光电 隔离芯片U6的3脚，TX光电隔离芯片U6的2脚通过电阻R4连接电压信号VCC1，TX光电隔离芯 片U6的5脚接地，TX光电隔离芯片U6的8脚分别连接电阻R7和电压信号VCC2，电阻R7另一端 分别连接TX光电隔离芯片U6的6脚、非门控制芯片U4的9脚和非门控制芯片U4的13脚，信号 转换芯片U11的6脚分别连接RX光电隔离芯片U5的6脚和电阻R3，电阻R3另一端分别连接RX 光电隔离芯片U5的8脚和电压信号VCC1，RX光电隔离芯片U5的3脚接地，RX光电隔离芯片U5 的2脚通过电阻R6连接非门控制芯片U4的10脚。

非门控制芯片U4的1脚分别连接二极管D1、电阻R5和并补电容C9，二极管D1负极分 别连接电阻R5另一端和非门控制芯片U4的4脚，非门控制芯片U4的3脚连接非门控制芯片U4 的6脚，非门控制芯片U4的13脚连接非门控制芯片U4的8脚，非门控制芯片U4的11脚分别连 接电阻R15、电阻R17和信号收发状态控制芯片U2的1脚，电阻R15另一端连接三极管Q7的1 脚，三极管Q7的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q7的2脚依次通过发光二极管RXD和电阻R13 接地，非门控制芯片U4的12脚分别连接电阻R14和信号收发状态控制芯片U2的4脚，电阻R14 另一端连接三极管Q6的1脚，三极管Q6的3脚连接电压信号VCC2，三极管Q6的2脚依次通过发 光二极管TXD和电阻R12接地。

非门控制芯片U4的2脚分别连接信号收发状态控制芯片U2的2脚和信号收发状态 控制芯片U2的3脚，电阻R17另一端和信号收发状态控制芯片U2的8脚均连接电压信号VCC2， 信号收发状态控制芯片U2的5脚接地，信号收发状态控制芯片U2的6脚分别连接稳压二极管 ZD3、电阻R11和排线JP3的1脚，电阻R11另一端连接电压信号VCC2，信号收发状态控制芯片 U2的7脚分别连接稳压二极管ZD2、电阻R10和排线JP3的2脚，稳压二极管ZD2正极、稳压二极 管ZD3正极和电阻R10另一端均接地，电压信号VCC2分别连接并补电容C10、并补电容C12和 并补电容C14。

数据发送时，当数据从USB端口发出后，前端USB信号转换电路把USB的信号处理成 RS-485需要的数据规范，通过隔离部分传输到非门控制芯片U4，非门控制芯片U4将状态改 为发送状态，通过信号收发状态控制芯片U2的发送功能，使USB发送的信号发送到RS-485总 线上。

数据接收时，默认状态通过电阻R17上来置高，调节成接收状态，当RS-485总线上 有信号时，自动接收信号，同时接收状态指示灯RXD点亮，数据通过转换电路从RS-485总线 端传输到USB端口。

本发明适用于中控机之间，主控机和外部设备之间的通信，可广泛应用于工业化 自动控制系统、一卡通、门禁系统、停车系统、自助银行系统，考勤管理系统和公路收费系 统。

本发明弥补了有些台式电脑和笔记本没有串口的不足，提供一种方便快捷的USB 和RS-485通信转换，不但兼容win2000、xp系统，而且支持最新的win7系统，本发明可以将任 意口的USB信号转换成平衡的RS-485半双工差分信号，且本发明支持热插拔功能，即插即 用，可以组成点对点，点对多点的RS-485通信网络，将通信距离拉长到1.2km。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方 式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下 作出各种变化。