西門子S120電源模塊6SL3120-2TE15-0AB0詳解

. 工作原理
該智能轉換器必須解決兩個關鍵問題即如何從RS-232線上獲得電路和RS-485/RS-422接口驅動所需的功率和如何智能控制RS-485/RS-422的收發使能
3.1.電源方案
標準的RS-232 定義中有三個發送信號TXD RTS 和DTR 每根線上的典型輸出電流為8mA/ 12V 考慮到TXD為負電平處于停止發送或發送數字1 時的時間較多因而電源轉換決定采用負電源輸入以最大限度地增加電源輸入功率升壓至所需的工作電源從RTS和DTR上輸入功率=2*8*12mW=192mW,另外由于通訊為間歇工作方式所以輸入電源端的儲能電容和TXD 為負電平時能夠補充一定的功率假設我們設計一個效率為85% 輸出電壓為3V 的DC-DC 轉換器則輸出電流可達54.4mA
3.2.智能控制收發使能
RS-232通訊接口采用電平方式傳輸適用于點-點通訊無須專門的收發使能控制而對于RS-485/RS-422通訊接口則不同由于采用差分電平方式傳輸且允許在一條通訊總線上掛接多個節點必然要求各個節點能夠獨立地控制總線驅動器關斷或打開保證不會影響到其它節點的正常通訊為了簡化與轉換器RS-232 接口端相連的軟件工作更重要的是為了提高本轉換器的通用性和靈活性即插即用無須要求用戶更改任何相關軟件和硬件本轉換器內置微處理器實現收發使能的智能控制具體方法微處理器在檢測到UART 的通信起始位后打開發送使能允許串行數據發送至RS-485/RS-422 通訊網絡微處理器根據所設定的波特率延時至UART 停止位發送一半時例如11位格式時延時10.5T,T=1/fBAUD ,開始檢測是否有下一個起始位到來在時間T內若有下一個起始位到來則保持發送狀態否則將關閉發送使能結束數據發送
4. 硬件設計
由于本轉換器供電來自RS-232信號線其輸入功率受到限制因而在本設計中將盡可能地采用+3V供電的低功耗器件保證總電流小于54.4mA 主要包括4個部分DC-DC轉換器RS-232接口RS-485/RS-422接口和微處理器分別介紹如下
4.1. DC-DC轉換器
顯然還沒有一個DC-DC 轉換器能夠直接實現-12V 輸入+3V 輸出的IC 但是如果我們利用現有的IC 稍作改動即可實現該功能圖2 所示的DC-DC 轉換電路就是利用MAX761 實現的-12V 輸入+3V 輸出效率高于85%的升壓DC-DC 轉換器該轉換器實際輸入電壓范圍為-2.5V 至-13.5V 靜態工作電流僅I1=120 A 具有輸出電流大于54.4mA的能力如果前端輸入功率未受到限制則輸出電流可達300mA以上由于MAX761采用高效率的PFM 控制方式,而且在本電路中,開關損耗較小(因為開關電流小于負載電流),所以能夠達到比MAX761 典型應用更高的效率(MAX761 典型應用效率為86%) 輸出電壓由下列方程確定
VOUT=VREF*R1/R2+0.7(V) 其中VREF=1.5V

-12V至3V 效率高于85%的DC-DC轉換器
4.2. RS-232接口
本轉換器只需要一片單發/單收RS-232接口就可以滿足要求但必須要求+3V單電源工作工作電流盡可能地小的接口電路MAX3221/MAX3221E 帶15kVESD保護剛好能夠滿足上述要求具有1TX/1RX 其工作電壓+3V至+5.5V, 僅1 A的靜態電流負載電流小于I2=2mA
4.3. RS-485/RS-422接口
為兼顧RS-485/RS-422 接口中半雙工和全雙工的要求本轉換器采用MAX3491 作為RS-485/RS-422 接口電路其主要指標為+3V 至+3.6V 單電源工作工作電流1mA,驅動60負載時半雙工時兩個120 終端匹配電阻的并聯值峰值電流可達I3=3V/60 =50mA半雙工和全雙工工作方式是通過跳線器來設置的見圖3
4.4. 微處理器
在本轉換器中微處理器所要完成的任務很簡單僅需要幾根I/O 線即可實現參數的設置和發送使能的自動控制實際選擇中采用Microchip公司的PIC12C508A其主要指標為工作電流I4<1.0mA(工作電壓3V 頻率4MHz),6 條I/O 線512kByte 的ROM 其中GP0 GP1 GP4和GP5四個引腳設定對應于16 種常用波特率300 600 1200至38.4Kbps等8 種以及900 1800 至115.4Kbps等8種的延時時間GP3對應于10位或11位串行數據格式GP2為TXD輸入用來檢測UART何時發送和停止數據GP1為復用輸出引腳用來控制MAX3491的發送使能控制端GP0也為復

本轉換器的最大電流總和<I1+I2+I3+I4=0.12+2.0+ 50.0+1.0=53.12mA 小于DC-DC轉換器的最小輸出電流54.4mA 因而通過RS-232信號線為本電路供電是可行的實際上由于輸入電源端的儲能電容E1 和TXD 為負電平時能夠為電路補充一定的功率所以設計上留有較大的電源功率裕量
5. 軟件設計
本轉換器的軟件設計較為簡單微處理器復位后將所有的I/O 口設為輸入并讀入所有的I/O 狀態保存到寄存器將GP2 和GP3 改設為輸出狀態并輸出低電平使RS-485/RS-422 接口處于禁止發送允許接收的狀態CPU 根據GPIO 的初始狀態確定出用戶設定的通訊波特率和串行數據格式從而預置內部的延時設定CPU 檢測到UART開始通訊后打開發送使能經內部預置延時后開始在一個位寬時間內檢測是否有下一個起始位到來如檢測到則重新延時等待否則關閉發送使能結束當前通訊重新檢測UART的起始位對于半雙工通訊方式允許發送使能前應該關閉接收使能而在發送使能關閉后才打開接收使能對于全雙工通訊方式其接收使能可以不受此信號控制而可以直接通過跳線接地始終允許接收
6. 結論
在本RS-232到RS-485/RS-422接口的智能轉換器設計中除了本身這個產品具有較高的應用價值外文中所涉及的RS-232信號線供電方案由于其高效率大電流輸出能力在許多基于RS-232 接口的應用中都能夠很好地滿足應用另外這種智能控制RS-485/RS-422 接口的收發使能的思想在擴展基于RS-485/RS-422 接口的網絡分支及延伸通訊距離都能夠得到很好的應用

要單片機完成一項基本任務，必須將任務分解成一些具體步驟，再要求它去逐項執行每個步驟，還要對它下命令。該命令在單片機術語中稱為“指令"(Inetruction)。完成一項任務所需的所有指令的有序集合就稱為“程序"(Programm)。這些指令要預先一條一條順序地放到單片機的程序存貯器中，單片機在運行時，片中的CPU從程序存貯器中逐條有序取出指令，執行指令，并將有關指令執行完畢，即可完成既定任務。
　　不同種類的單片機有不同的一套命令(即所謂“指令系統")。PIC系列的單片機其指令系統與51系列的不同。PIC16F84有30余條指令構成的指令系統。每條指令由14位(bit)構成，這些位是二進制碼的0和1，如果要使16F84端口B的B0位輸出高電平，以點亮一只發光二極管LED，而B口的其余各位仍保持低電平，則需要使單片機執行下列各條指令(機器碼)：
　　11000000000000
　　00000001100110
　　11000000000001
　　00000010000110
　　10100000000100
　　早先的技術人員就是用這樣的二進制碼來編寫程序的。上列程序，看起來像天書，很費解，但它能指揮單片機的運作。因為單片機實際上是一種復雜的數字邏輯電路。我們都知道，要數字電路運作，必須相應輸入高、低電平，對正邏輯而言，高電平為1，低電平為0。上述指令順序在不同的數位上出現的0和1，經譯碼后，即可完成各種不同的運作，逐步完成單片機所要執行的任務，如點亮一個LED。
　　上述各條指令的寫法，雖然是面向單片機，是用來直接指示單片機該如何運作的。因此，這種由0、1組成的指令稱為機器語言。
　　實際上，這種由二進碼構成的指令集不但難讀懂，而且用來編程也有困難。因為程序往往不是從頭到尾順序執行，有時還需中途轉移到其它單元執行一段程序后再返回來。而指令是一條一條順序存放在存貯器各個單元內的。因此，如果要轉移，需指明具體轉到哪個單元，即要寫出該單元的地址。但在編寫程序時，該程序有多長，具體要放到哪些單元中，都是未知數，又怎能具體指明要轉到哪個單元呢?
　　由于用機器語言會使程序難寫、難讀，后來一種新型的語言形式——匯編語言就問世了。使用這種語言寫程序較方便，也比較容易讀懂。不過，和機器語言一樣，不同類型的單片機有不同的匯編語言。就如不同地區的人有不同的方言一樣。在匯編語言中，轉移地址是用符號來表示的?，F在，我們把上面由機器語言寫成的程序改寫成由匯編語言構成的程序：
　　movlw  B‘00000000’