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RS232与TTL电平转换的分立器件电路的效果图演示_基础硬件电路图讲解

接线图 2023年10月26日 06:48 344 admin


RS232与TTL电平转换电路图

RS232与TTL电平转换的分立器件电路的效果图演示_基础硬件电路图讲解  第1张


电路功能:

本例电路可实现RS232电平与TTL电平相互转换。


整个电路的工作过程:

我们知道计算机串口通信的RS-232电平是用正负电压来表示逻辑状态的,逻辑1= -3V~-15V,逻辑0=+3~+15V。

而对单片机串口通信的TTL电平而言,输出高电平时电压>2.4V;输出低电平时,电压<0.8V。

所以这两者直接需要通信时,必须进行电平转换。现在市场上有很多的RS232电平转换集成芯片。但是我们也可以用分立器件自己搭电路来实现这个功能。

如上述电路图所示,左边是DB9串口,现在一般只能在台式机上看到;右边的TXD与RXD是单片机的引脚,电源VCC是+5V。


1。RS232电平转TTL电平过程:

当PCTXD为-3~-15时,此时RS232的逻辑为1,显然这个时候Q4是处于截止状态的,RXD的电平与VCC相等的为+5V,也是逻辑1。

当PCTXD为+3~+15V时,此时RS232的逻辑为0,显然Q4是处于导通状态的,RXD的电位为0,也是逻辑0。


2。TTL电平转RS232电平:

TXD=0为低电平时,因为Q3是PNP型三极管所以Q3会导通,而且Q3导通电阻是比较小的所以PCRXD的电压与VCC相同,都是5V,在+3~+15V之间是逻辑0。

TXD=1时,此时Q3是截止的(截止电阻非常大),而在PC发送数据时,PCTXD的空闲状态为高电平,电压是在-3~-15V之间,当PCTXD的电平是-3V时,二极管D1导通,电容C7充电,上负下正(注意电容的接法),电容C7的上极板电位最终被钳在-2.3V之间(可以看出,这个电路在临界位置有bug,使用这个电路时,尽量避开)。而在PCTXD为低电平+3~+15V时,二极管D1反向截止,电容没法放电,仍然会保持一段时间的上负下正的状态。

所以在TXD为1时,PCRXD通过电容可以获得负电压,即RS232的逻辑“1”。


那你是否担心:既然电容C7是保持上负下正,没法放电,那么当TXD=0,PCRXD为5V时,是不是会对电容进行反向充电?

是的,你想的没有错。这里电容C7的符号明显是个电解电容,电解电容的反向充电会导致电容损坏,甚至出现冒烟,漏水的情况。虽然当PCTXD在-3~-15V时,通过二极管D1钳位的作用,可以使C7的负极为负电压,但是在PCTXD在+3~+15V时,就存在隐患了。

所以把C7换成无极性的电容就OK了。网上这个电路,C7画的都是电解电容,容易产生误导。我认为应该是用无极性的电容。如果各位有不同的见解,可以在底下留言。


注意:

本例电路要正常实现电平转换功能,要选择合适的三极管,而且波特率不能太高,电源要稳,不然很容易受到干扰,这个在仿真时可以测试一下。

虽然这个电路简单,省钱,但是可靠性不高,一般只能凑合用。所以在做产品的时候,都会选用集成芯片来转换。

附上TTL和CMOS的电平标准:

(一)、TTL电平标准

输出 L: <0.8V ; H:>2.4V。

输入 L: <1.2V ; H:>2.0V


(二)、CMOS电平标准

输出 L: <0.1*Vcc ; H:>0.9*Vcc。

输入 L: <0.3*Vcc ; H:>0.7*Vcc.


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RS232与TTL电平转换电路:


这两例电路是一位网名小毛的朋友发给我的。这两例电平转换电路更加的简单,但是使用时有些额外的要求或者隐患。


第一例:

RS232与TTL电平转换的分立器件电路的效果图演示_基础硬件电路图讲解  第2张


第一例电路用了两个NPN三极管,我们先看单片机的发送,RS232的接收部分:

当单片机的TXD输出高电平时,三极管Q1导通,RXD(2)输出接近0V;当单片机的TXD输出低电平时,三极管Q1截止,RXD(2)输出5V,刚好在RS232的逻辑0(电压范围+3V~+15V)。

从分析可以看出,逻辑低电平的转换是满足的。但是逻辑高电平转换时,RS232的RXD(2)端是0V,并没有在RS232的逻辑1(电压范围-3V~-15V)内。但是小毛告诉我他这个电路使用过,没有问题。我个人认为是因为0V在-3V和+3V之间,这之间的电压值对RS232的逻辑判断是不稳定的,即可能是0,也可能是1;有的电脑可以使用,而有的电脑则不可以。

再看看单片机接收,RS232串口发送部分:

当TXD(3)输出高电平时(电压范围-3V~-15V),三极管Q2截止,RXD输出5V,单片机可识别出为高电平;当TXD(3)输出低电平时(电压范围+3V~+15V),三极管Q2导通,RXD输出接近0V的电压,单片机可识别出为低电平。

第二例:


RS232与TTL电平转换的分立器件电路的效果图演示_基础硬件电路图讲解  第3张


第二例电路则用了PNP和NPN来设计的,同样我们先看单片机的发送和RS232的接收部分:

当单片机的TXD输出高电平时,三极管Q1截止。RS232串口的RXD(2)要获得逻辑高电平,就得从TXD(3)获取负压。当单片机的TXD输出低电平时,三极管Q1导通,那么Q1的集电极点电位有接近5V的电压,经R2使RXD(2)获得一个大于+3V的电压,即RS232的逻辑0.

所以用这个电路传送数据时,要求RS232串口端的TXD(3)有个稳定的负电压,推荐一个中间值-9V。

RS232端发送和单片机接收和第一例电路工作原理一样。


注意事项:

这两个电路也一样,虽然可以工作,但是抗干扰能力很差,对电源稳定性要求高,而且波特率也有限制。适合个人用来电子制作。


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标签: ttl电路 ttl 电路图 单片机 三极管

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