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64年历史,老旧RS-232串行端口“重生“的机会

2024-11-27 17:43:35 Stephen Woodward 阅读:
在早期的个人电脑中,将一个或两个RS-232串行端口用作通用I/O适配器是一种常见做法。最近,这一“老式”标准已基本被速度更快、更省电的串行接口技术取代···

在早期的个人电脑中,将一个或两个(或更多)RS-232串行端口用作通用I/O适配器是一种常见做法。最近,这一“老式”标准已基本被速度更快、更省电的串行接口技术(如USB、I2C、SPI)取代(毕竟它已有64年历史)。AUnednc

尽管如此,RS-232硬件仍然广泛存在着,而且价格低廉,其双极信号电平仍然具有很强的抗噪声和抗电缆长度影响的能力。它另一个有用的特性是典型的RS-232适配器产生的双极电源电压(通常为+/-6V),这些可以通过标准RS-232输出信号(例如RTS和TXD)方便地接入,并用于为连接的模拟和数字电路供电。AUnednc

本设计实例(DI)正是如此,使用异步RS-232为一个简单的10kHz电压频率转换器(VFC)供电并对脉冲进行计数。从每个10位串行字符中仅获取一位信息似乎效率低下(因为确实如此),但在这种情况下,添加一个简单的模拟输入是一种方便的策略,该输入可以远离计算机放置,而不用担心噪声拾取。AUnednc

参见图1,了解R-S232与VFC的融合。AUnednc

AUnednc

图1:10kHz VFC与通用RS-232端口配合使用并由其供电。AUnednc

图1的大部分核心内容先前已在“只要一点点成本,就能将电压逆变器改成1MHz高效VFC”一文中描述过。AUnednc

除了最大频率低了100倍以外,旧款DI与这款新DI之间的一个区别是U1使用了金属栅极CMOS器件(CD4053B),而不是硅栅极U1 (HC4053)。由于此处使用更高的工作电压(12V对5V),因此必须进行这种更改。其他设计元素(大致)保持相似。AUnednc

输入电流=Vin/R1,对C3充电,导致跨导放大器Q1、Q2灌电,从而增加来自施密特触发器振荡器电容C1的电流。这会增加U1c振荡器的频率以及U1a、b和C2泵送的电流。由于泵送的电流具有负极性,因此它形成了一个反馈回路,该回路会不断平衡泵送电流以等于输入电流:AUnednc

AUnednc

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请注意,可以选择R1来实现几乎任何所需的Vin满量程因子。AUnednc

D3提供斜坡复位脉冲,启动每个振荡器周期,并将RS-232 ST启动脉冲的持续时间设置为~10µs,如图2所示。请注意,时间常数和波特率的组合提供了~11%的超量程余量。AUnednc

AUnednc

图2:每个VFC脉冲都会生成一个格式正确但为空的RS-232字符。AUnednc

R5/R3的比例选择在Vin和Fpump等于零时平衡Q2/Q1集电极电流,从而最大限度地减少Vin零点偏移。因此,线性度和零点偏移误差小于满量程的1%。AUnednc

但是,如果+6逻辑电源轨不够精确,则可能会出现不可接受的比例系数误差,而这种情况不太可能发生。如果我们想要一个不受+6V不稳定性影响的精密电压基准,U2、C5和R7提供的廉价精确的5V电压就可以满足要求。AUnednc

但是,如果应用涉及与+6V成比例的比率信号转换,例如电阻传感器(例如热敏电阻)提供的信号,则应省略U2及其相关元件,将U1引脚2连接至-6V,并将C2降至1.6nF。然后:AUnednc

AUnednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:RS-232 meets voltage-to-frequency converter,由Ricardo Xie编译)AUnednc

责编:Ricardo
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