邬如梁
【摘要】现今社会不断进步，计算机技术不断发展，计算机外围接口由串联模式逐渐转变为USB2.0接口模式，这种接口模式具有很大的优势，现今工业生产中主要应用的接口是RS485接口。将USB2.0接口转化为RS485接口，将会为工业生产带来很大的方便，这种电路在工业现场中使用，必须要有超强的抗干扰能力。本文主要对USB2.0向RS485接口转换的电路进行相应的分析，并且提出了相应设计。
【关键词】工业RS485接口;USB2.0接口;转换电路;分析
1.前言
现今计算机技术飞速发展，USB2.0接口已经逐渐的取代低速度的外围接口，因此数据传输的速度逐渐加快。但是在工业生产的领域中，工业产品技术发展的十分缓慢，在工业现场中主要是利用RS485接口，很多程序都需要利用计算机来实现，都是通过计算机软件来实现的，所以设计出将USB接口转换为RS485接口，可以给用户带来很大的便利。
2.USB2.0到RS485接口转换的研究设计
通用异步收发传输器（Universal Asynch-ronous Receiver/Transmitter），称为UART，是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。在嵌入式系统领域中，UART具有操作简单，工作可靠，抗干扰能力强，因此相关的工作人员都认为UART是最为适合数据传输的电路。对于USB向RS485转换的电路的设计，主要可以分为两个重要的部分：USB接口转换UART接口与UART转换RS485接口。
2.1 USB接口芯片的设计
在对USB接口芯片进行选择时，主要取决于执行功能以及设计的难易度，USB接口的设备十分的复杂，因此USB接口设备必须要具备相应的智能性，只有这样才能够对相应的问题进行解决。对于USB转化的芯片必须要具备以下几个方面：
①USB接口控制器，在USB接口中，有些芯片仅能支持低速传输，但是有些却可以支持所有的USB传输类型接口;②发送与接收数据缓冲区，保存发送数据的缓冲区主要是采用FIFO结构;③寄存器主要由状态寄存器以及控制寄存器，主要是对于接收以及发送的字节进行相应的保存处理。
满足该转化技术的芯片主要有以下几个因素：
①连接一般微处理器芯片;②基于通用系列的芯片;③应用程序专用的芯片。根据相应的实验数据，最终可以发现，一般的微处理器的芯片的处理能力是比较的弱的，并且具有很大的缺点，而后两种芯片在USB接口处理处理能力上却比较相近，前者主要是利用微处理器，工作人员比较的熟悉操作，但是却必须要自己编写USB转换协议，编写这种协议十分的复杂，并且会消耗大量的时间，因此相关的人员都会选择后者。
2.2 RS485接口芯片分析
在USB转化UART接口之后，需要一种芯片将UART接口转化为RS485接口，对于这种接口的选择主要根据以下几方面：
①节点数，节点数是指每个RS485接口芯片的驱动器能够驱动的RS485负载，芯片所支持的节点数必须要多;②限斜率驱动，信号在传输中会发生相应的干扰反射，会影响正常的通信，为了解决这一问题，因此在芯片上要设计出限斜率方式，从而来避免干扰;③失效保护，根据RS485接口的要求，必须要能够符合相应的标准;④瞬态保护，由于外界电缆的原因，在电缆之上会产生很强的电压，因此必须要采取相应的保护措施，来对接口进行相应的保护。但是在进行RS485接口选择的时候，一定要能够将所有的方面进行相应的考虑。
3.接口转换电路EMC设计
3.1 EMC的概述
对于EMC的概念，本文为了更好的让读者了解，做了一些概念的描述，希望能够更好地理解保护电路其设计原则和设计原型的测试的基本要求。EMC是其英文Electro Magnetic Compatibility的缩写，翻译成中文是指电子与电气设备或者是系统在预期的电磁环境中，按照设计者要求在正常环境下工作的能力。它是电子电器设备或者是系统的技术性能，EMC的概念也包含以下三个方面：
电磁干扰（EMI），是指系统或设备在一定的环境时，其性能处于正常运转，不会产生超过其所承受的标准的电磁能量。
电磁抗扰度（EMS），是指系统或设备在一定的环境时，其性能处于正常运转，其系统或设备所能承受标准数值的范围内的电磁能干扰量。
电磁环境是指系统或设备在一定的环境时，而且其性能处于正常运转，电磁兼容量是作为评判产品质量好坏的标准之一。
3.2 电磁兼容保护电路的研究
产品在其工业环境中产生的干扰，依据其干扰源与传播途径的不同，可以分为以下两点，一是传导、辐射，二是瞬态干扰。其原因为干扰的产生是由于干扰源的电流或电压产生了其不必要的变化。假如这种不必要的变化通过导线直接传给其他的设备会造成很大的危害，这就叫做传导干扰。假如这种变化所产生的电磁波间接的通过空间传播给其他的设备时，所造成的危害，这就叫做辐射干扰。
根据物理实验中的电磁波理论就可以知道，在30MHz以下的低频带下主要是传导干扰，在30MHz到300MHz的频带，主要的危害是辐射干扰。但是在工业环境中也免不了存在一些短暂的高能量电脉冲的干扰，而产生这些高能量脉冲非来自于干扰源，所以被称为瞬态干扰。
3.3 结构设计
其结构的设计原型是重要的组成部分，虽然其结构不能单独的解决EMC所有问题，但这却是解决EMC问题的一个重要途径。在常见的问题中，如良好的接地、电磁场屏蔽，都要借助于良好的结构设计才行。对于EMC来说，其结构設计包含着系统层面的设计概念，也就包含着结构形态上的设计概念，在原型的EMC设计中，接地设计、屏蔽设计、滤波设计等都不可能单独的存在着。信号输入与输出的接口位置，各种的电路在产品中的分布，电缆的布置，接地点的位置选择都对EMC产生着其重要的影响。
4.结语
本文主要对工业RS485与USB2.0接口转换电路进行了相应的剖析，并且提出了相应的设计，将USB2.0接口转化RS485接口，在很大程度上提高了工业生产的方便。
参考文献
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