一种多用途串口转换器的设计与实现

李晓婷

摘 要：本文设计了一种多用途串口转换器，主要实现了以下功能：USB-RS232-TTL自动切换功能、RS232的收发自动切换功能及其热插拔功能、TTL的RXD-TXD收发自动切换功能及供电电源的正负极自动切换功能。该转换器实现了这三种常用接口的自动切换，为调试电路提供了方便。

关键词：RS232；TTL；USB

1 引言

在电子产品的各个领域，USB、RS232和TTL是很常用的串口，尤其在设计、调试电路时经常用到这三种接口。本文设计并实现了一种便于调试这几种常用串口的电路，它主要由分离元器件构成，设计方法新颖独特，成本低廉，具有很好的应用前景。

2 系统设计

2.1 系统总体描述

设计方案主要包括三大功能部分：

第一部分，USB、RS232、TTL自动切换功能。由场效应管、多路复用器、RS232收发器、USB收发器组成。该设计可以根据插入的三种接口实现自动切换。当插入其中任意两种接口时，可以实现这两种接口的通信；当三种接口同时插入时，会实现USB和TTL接口的通信。

第二部分，RS232的收发自动切换功能及它的热插拔功能。主要由场效应管、RS232收发器、电阻、电容、D触发器组成，它解决了串口的热插拔问题，防止损坏电路，实现了RS232串口的自动极性翻转。

第三部分，TTL的收发自动切换功能及它的供电电源正负极自动切换功能。主要由场效应管、双向电子开关和D触发器组成。它解决了TTL的收发接反导致TTL接口不能工作甚至毁坏电路的问题。

2.2 系统模块设计

2.2.1 USB、RS232、TTL自动切换电路

该部分的自动切换模块由四路模拟开关，四通道2：1多路复用器和双路4通道模拟多路复用构成。有以下四种接口接入情况：第一种，当USB接口和TTL接口插入时，它们电源的接入作为触发信号，使系统识别哪种接口接入，从而触发自动切换模块，把USB和TTL的收发的信号接通，则实现了它们之间的自动切换；第二种，当USB接口和RS232接口接入时，由于没有接入TTL接口，触发自动切换模块把USB接口和RS232接口收发的信号接通，而后收发分别被送到USB收发器变成USB信号和RS232收发器变为RS232信号，则实现了它们之间的自动切换；第三种，当TTL接口和RS232接口接入时，触发自动切换模块把TTL接口和RS232接口收发的信号接通，实现了它们之间的自动切换；第四种，当三种接口同时接入时，只实现有源接口USB接口和TTL接口之间的转换。

2.2.2 RS232的自动切换及它的热插拔电路

RS232的收发插入反正检测模块由单路D触发器、电阻、N沟道场效应管构成；所述的RS232的收发切换模块用多个场效应管构成。RS232的热插拔模块主要利用RC延迟电路，当插入RS232串口时，经过该电路的时间迟延，给RS232串口供电，保证了在RS232串口插入瞬间的不稳定状态期间，串口部分没电，这样就不会损害串口。RS232的收发插入反正检测模块，是通过判断RS232的TXD在插入时瞬间的状态来判断是否RS232的收发接反，若为1接入正确，若为0则插反。RS232的收发切换模块由多个场效应管组成，当它被RS232的收发接入反正检测模块触发时，会切换RS232的收发。

2.2.3 TTL的收发自动切换及供电电源的正负极自动切换电路

该部分由MOS管、单路D触发器、电阻、电容构成；TTL的收发切换模块的双向缓冲器为双电源总线收发器。供电电源的正负极自动切换模块功能利用N沟道和P沟道MOS管的导通特性来实现。当TTL接口插入时，电源正负极性会触发4个MOS管的其中两导通。TTL的收发反正检测模块是利用TTL的TXD在插入时瞬间的状态0或1来判断是否接反，TTL的收发切换模块是通过控制双向缓冲器的方向进行切换的，当双向缓冲器接到TTL的收发插入反正检测模块接反触发信号时，则会改变默认传送方向，从而实现切换。

3 结论

综上所述，本文实现了三大功能：USB、RS232、TTL自动切换；RS232的收发自动切换；TTL的收发自动切换。目前还没有集调试USB、RS232、TTL三种串口于一体的调试工具，填补了此项空白。文中设计所实现的功能主要由分离器件构成，设计方法新颖独特。

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