一種多用途串口轉換器的設計與實現

李曉婷

摘 要：本文設計了一種多用途串口轉換器，主要實現了以下功能：USB-RS232-TTL自動切換功能、RS232的收發自動切換功能及其熱插拔功能、TTL的RXD-TXD收發自動切換功能及供電電源的正負極自動切換功能。該轉換器實現了這三種常用接口的自動切換，為調試電路提供了方便。

關鍵詞：RS232；TTL；USB

1 引言

在電子產品的各個領域，USB、RS232和TTL是很常用的串口，尤其在設計、調試電路時經常用到這三種接口。本文設計并實現了一種便于調試這幾種常用串口的電路，它主要由分離元器件構成，設計方法新穎獨特，成本低廉，具有很好的應用前景。

2 系統設計

2.1 系統總體描述

設計方案主要包括三大功能部分：

第一部分，USB、RS232、TTL自動切換功能。由場效應管、多路復用器、RS232收發器、USB收發器組成。該設計可以根據插入的三種接口實現自動切換。當插入其中任意兩種接口時，可以實現這兩種接口的通信；當三種接口同時插入時，會實現USB和TTL接口的通信。

第二部分，RS232的收發自動切換功能及它的熱插拔功能。主要由場效應管、RS232收發器、電阻、電容、D觸發器組成，它解決了串口的熱插拔問題，防止損壞電路，實現了RS232串口的自動極性翻轉。

第三部分，TTL的收發自動切換功能及它的供電電源正負極自動切換功能。主要由場效應管、雙向電子開關和D觸發器組成。它解決了TTL的收發接反導致TTL接口不能工作甚至毀壞電路的問題。

2.2 系統模塊設計

2.2.1 USB、RS232、TTL自動切換電路

該部分的自動切換模塊由四路模擬開關，四通道2：1多路復用器和雙路4通道模擬多路復用構成。有以下四種接口接入情況：第一種，當USB接口和TTL接口插入時，它們電源的接入作為觸發信號，使系統識別哪種接口接入，從而觸發自動切換模塊，把USB和TTL的收發的信號接通，則實現了它們之間的自動切換；第二種，當USB接口和RS232接口接入時，由于沒有接入TTL接口，觸發自動切換模塊把USB接口和RS232接口收發的信號接通，而后收發分別被送到USB收發器變成USB信號和RS232收發器變為RS232信號，則實現了它們之間的自動切換；第三種，當TTL接口和RS232接口接入時，觸發自動切換模塊把TTL接口和RS232接口收發的信號接通，實現了它們之間的自動切換；第四種，當三種接口同時接入時，只實現有源接口USB接口和TTL接口之間的轉換。

2.2.2 RS232的自動切換及它的熱插拔電路

RS232的收發插入反正檢測模塊由單路D觸發器、電阻、N溝道場效應管構成；所述的RS232的收發切換模塊用多個場效應管構成。RS232的熱插拔模塊主要利用RC延遲電路，當插入RS232串口時，經過該電路的時間遲延，給RS232串口供電，保證了在RS232串口插入瞬間的不穩定狀態期間，串口部分沒電，這樣就不會損害串口。RS232的收發插入反正檢測模塊，是通過判斷RS232的TXD在插入時瞬間的狀態來判斷是否RS232的收發接反，若為1接入正確，若為0則插反。RS232的收發切換模塊由多個場效應管組成，當它被RS232的收發接入反正檢測模塊觸發時，會切換RS232的收發。

2.2.3 TTL的收發自動切換及供電電源的正負極自動切換電路

該部分由MOS管、單路D觸發器、電阻、電容構成；TTL的收發切換模塊的雙向緩沖器為雙電源總線收發器。供電電源的正負極自動切換模塊功能利用N溝道和P溝道MOS管的導通特性來實現。當TTL接口插入時，電源正負極性會觸發4個MOS管的其中兩導通。TTL的收發反正檢測模塊是利用TTL的TXD在插入時瞬間的狀態0或1來判斷是否接反，TTL的收發切換模塊是通過控制雙向緩沖器的方向進行切換的，當雙向緩沖器接到TTL的收發插入反正檢測模塊接反觸發信號時，則會改變默認傳送方向，從而實現切換。

3 結論

綜上所述，本文實現了三大功能：USB、RS232、TTL自動切換；RS232的收發自動切換；TTL的收發自動切換。目前還沒有集調試USB、RS232、TTL三種串口于一體的調試工具，填補了此項空白。文中設計所實現的功能主要由分離器件構成，設計方法新穎獨特。

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