原创 物联网系统中常用的抗干扰强的RS232通讯硬件设计方案分享

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物联网系统中为什么要使用RS232接口芯片

在物联网系统中，使用RS232接口芯片的原因主要基于以下几个方面的考虑：

广泛的兼容性和支持

RS232接口具有较长的发展历史和广泛的支持。在市场上可以找到大量与RS232兼容的设备和工具，这使得物联网系统中的设备能够轻松实现互联互通。

稳定性和可靠性

RS232接口使用标准的电气特性和传输规范，具有良好的抗干扰能力和稳定性。即使在繁忙的电磁环境下，RS232接口也能保持高质量的数据传输，这对于物联网系统中要求稳定通信的场景尤为重要。

简单的物理连接和通信参数设置

RS232接口的物理连接和通信参数设置相对简单，使用普遍可用的串行电缆和连接器，不需要复杂的硬件或软件支持。这降低了物联网系统部署和维护的复杂性，提高了系统的易用性。

广泛的应用领域

RS232接口在多个领域都有广泛的应用，包括计算机通信、工业自动化、电子设备、通信设备、测量和控制设备、音频和视频设备以及安防控制等。这些领域的物联网应用都可以利用RS232接口芯片来实现设备之间的数据传输和控制。具体应用场景：

• 计算机与外部设备连接：如打印机、调制解调器、扫描仪等。
• 工业自动化：用于控制和监控各种工业设备。
• 通信设备：与调制解调器、传真机等通信设备进行连接，实现电话线路上的数据传输和通信。
• 数据采集：连接数据采集设备和传感器，获取和记录各种数据。
• 嵌入式系统：在嵌入式系统中用于与其他设备或模块进行通信和数据交换。

内部电路实现电平转换和串口通信协议

RS232接口芯片内部集成了电平转换电路，能够将TTL或CMOS电平转换为RS232所需的负逻辑电平，从而实现信号的有效传输。同时，芯片还遵循串口通信协议，实现数据的发送和接收，为后续电路处理提供数据支持。

适用于特定场景

尽管RS232接口的传输速率相对较低（最高通常为115200bps），但在某些特定的物联网应用场景中，如短距离、低速率的数据传输和控制，RS232接口仍然是一种经济、实用的选择。

综上所述，物联网系统中使用RS232接口芯片的原因主要包括广泛的兼容性和支持、稳定性和可靠性、简单的物理连接和通信参数设置、广泛的应用领域以及内部电路实现电平转换和串口通信协议等方面。这些因素共同使得RS232接口芯片在物联网系统中发挥着重要的作用。

本文会再为大家详解接口芯片家族中的一员——RS232接口芯片。

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RS232接口芯片的定义

RS-232接口芯片是一种用于实现RS-232串行通信接口标准的集成电路芯片。RS-232标准接口（又称EIA RS-232）是常用的串行通信接口标准之一，由美国电子工业协会（Electronic Industry Association, EIA）联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定。RS-232接口芯片的主要功能是将计算机或其他数字设备的TTL或CMOS电平信号转换为RS-232所需的负逻辑电平信号，以实现数据的串行传输。

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RS232接口芯片的原理

RS-232接口芯片的工作原理主要涉及信号转换和电平转换。芯片内部集成了电平转换电路，能够将TTL或CMOS电平（通常为0V表示逻辑低，5V表示逻辑高）转换为RS-232所需的负逻辑电平（逻辑“1”的电平为-5V(-15V，逻辑“0”的电平为+5V)+15V）。这种转换是为了提高抗干扰能力，增大通信距离。此外，RS-232接口芯片还遵循串口通信协议，实现数据的发送和接收。

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RS232接口芯片的特点

RS-232接口芯片的特点主要包括：

• 广泛的兼容性：RS-232接口具有较长的发展历史和广泛的支持，市场上存在大量与RS-232兼容的设备和工具。
• 稳定性和可靠性：RS-232接口使用标准的电气特性和传输规范，具有良好的抗干扰能力和稳定性。
• 简单的物理连接：使用标准的串行电缆和连接器，物理连接相对简单。
• 灵活的传输速率：RS-232接口规定的标准传送速率有多种选择，如50b/s、1200b/s、9600b/s、19200b/s等，可以灵活地适应不同速率的设备。
• 较长的传输距离：在特定条件下（如使用光电隔离或Modem），RS-232接口的传输距离可以达到数百米甚至更远。

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RS232接口芯片的使用注意方式

在使用RS-232接口芯片时，需要注意以下几点：

• 电平匹配：确保发送和接收设备的电平标准与RS-232接口芯片相匹配，必要时使用电平转换电路。
• 传输速率设置：根据实际需求设置合适的传输速率，避免过高的传输速率导致数据丢失或错误。
• 共地干扰：RS-232接口使用共地传输形式，容易产生共模干扰。在连接时，应确保地线连接良好，以减少干扰。
• 传输距离限制：注意RS-232接口的传输距离限制，对于长距离传输，应考虑使用光电隔离、Modem或其他传输介质。
• 驱动安装：在某些操作系统中，为了正确地使用RS-232接口，可能需要安装特定的设备驱动程序。

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RS232接口芯片的厂商

市场上存在多家生产RS-232接口芯片的厂商，如Maxim（美信）、Silicon Labs（硅实验室）、NXP（恩智浦）等。这些厂商提供的RS-232接口芯片具有不同的性能特点和应用场景，用户可以根据实际需求选择合适的芯片

供应商A：MaxLinear

1、产品能力

（1）选型手册

（2）主推型号1:SP3232EBEN-L/TR

对应的产品详情介绍

• 硬件参考设计

RS232接口防静电设计

图1 RS232接口防静电设计

接口电路设计概述：

RS232接口多用于计算机与设备之间的通讯，用于数据监控及调试。在应用的过程中通讯电缆容易耦合外部的干扰对信号传输造成一定的影响，单板内部的干扰也可能通过电缆形成对外辐射。

本方案从EMC原理上，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计，从设计层次解决EMC问题。

电路EMC设计说明：

（1） 电路滤波设计要点：

L1、L2、C1、C2组成滤波电路，L1、L2为滤波磁珠，建议取值为600Ω/100Hz，用于抑制电路上的高频干扰；

C1、C2为滤波电容，用于滤除线上的干扰，电容取值为330pF；R1、R2为100欧姆的限流电阻，可根据实际应用情况进行增加；

C3为接口地和数字地之间的跨接电容，典型取值为1000pF，耐压要求达到2KV以上，C3容值可根据测试情况进行调整；

（2） 电路防护设计要点：

D1、D2为TVS管，组成防护电路，防止在进行热插拔过程中，产生大的干扰能量和静电干扰对电路进行冲击而导致芯片损坏；

选择电路防护TVS器件时，注意TVS启动电压≥15V*1.2=18V。

接口电路设计备注：

如果设备为金属外壳，同时单板可以独立的划分出接口地，那么金属外壳与接口地直接电气连接，且单板地与接口地通过1000pF电容相连；

如果设备为非金属外壳，那么接口地PGND与单板地GND直接电气连接。

供应商B: KEYSEMI（上海旷岳）

1、产品能力

（1）选型手册

（2）主推型号1：KY232LEEN

对应的产品详情介绍

• 硬件参考设计

• 研发设计注意使用事项

RS232接口防静电设计

图1 RS232接口防静电设计

接口电路设计概述：

RS232接口多用于计算机与设备之间的通讯，用于数据监控及调试。在应用的过程中通讯电缆容易耦合外部的干扰对信号传输造成一定的影响，单板内部的干扰也可能通过电缆形成对外辐射。

本方案从EMC原理上，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计，从设计层次解决EMC问题。

电路EMC设计说明：

（1） 电路滤波设计要点：

L1、L2、C1、C2组成滤波电路，L1、L2为滤波磁珠，建议取值为600Ω/100Hz，用于抑制电路上的高频干扰；

C1、C2为滤波电容，用于滤除线上的干扰，电容取值为330pF；R1、R2为100欧姆的限流电阻，可根据实际应用情况进行增加；

C3为接口地和数字地之间的跨接电容，典型取值为1000pF，耐压要求达到2KV以上，C3容值可根据测试情况进行调整；

（2） 电路防护设计要点：

D1、D2为TVS管，组成防护电路，防止在进行热插拔过程中，产生大的干扰能量和静电干扰对电路进行冲击而导致芯片损坏；

选择电路防护TVS器件时，注意TVS启动电压≥15V*1.2=18V。

接口电路设计备注：

如果设备为金属外壳，同时单板可以独立的划分出接口地，那么金属外壳与接口地直接电气连接，且单板地与接口地通过1000pF电容相连；

如果设备为非金属外壳，那么接口地PGND与单板地GND直接电气连接。

• 核心料（哪些项目在用）

奇迹物联叉车监控项目

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