專利名稱：一種模塊化多串口擴(kuò)展裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種模塊化多串口擴(kuò)展裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，許多外圍電路功能模塊、部件、器件及傳感器都具有UART串口通信功能，而現(xiàn)階段的微處理器芯片有的沒有UART接口，或者只有一個或兩個串口，很少有帶有2個以上的，這樣在很多情況下，很難滿足實際應(yīng)用中多串口通信的需要。在申請?zhí)枮?01010195654. 6，名為串口集線器及多串口高速通訊方法的中國發(fā)明專利提出了一種串口集線器及多串口高速通訊方法，其串口集線器包括處理單元和串口數(shù)據(jù)切換單元。通過處理單元和串口數(shù)據(jù)切換單元來控制通訊鏈路的切換，可以實現(xiàn)電腦主機(jī)同時連接多個不同的串口設(shè)備。但是在此方案中采用數(shù)據(jù)切換來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，在兩個以上的串口提出請求時會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失。在申請?zhí)枮?00810088683. 5，名為一種多串口實現(xiàn)方法及設(shè)備的中國發(fā)明專利公開了一種多串口設(shè)備，包括控制處理設(shè)備、邏輯器件和串口收發(fā)器。通過這里的串口收發(fā)器來接收多路串口信號，將多路串口信號映射到一個時分復(fù)用的TDM接口的多個時隙中，虛擬成多個接口。但在此方案中只實現(xiàn)了接收多路串口信號，沒有實現(xiàn)同時收發(fā)，只能一個方向傳輸數(shù)據(jù)，限制了應(yīng)用范圍。由此實際應(yīng)用中需要一種可以擴(kuò)展出多個可以全雙工通信串口的裝置，并要求兼容各種串口標(biāo)準(zhǔn)，可以模塊化使用，擴(kuò)展方便。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種模塊化，使用方便的能夠?qū)崿F(xiàn)串口擴(kuò)展的裝置， 在微處理器提供的串口滿足不了要求時，通過此裝置可以輕易的實現(xiàn)多串口收發(fā)數(shù)據(jù)的擴(kuò)展。實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)解決方案為一種模塊化多串口擴(kuò)展裝置，包括信息處理單元、串并轉(zhuǎn)換單元和串口驅(qū)動單元；信息處理單元向上連接到上一級串口，向下連接到串并轉(zhuǎn)換單元，串并轉(zhuǎn)換單元將信號處理單元和串口驅(qū)動單元連接起來，串并轉(zhuǎn)換單元通過串口驅(qū)動單元向下連接到擴(kuò)展串口，信息處理單元接收上一級的串口數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，串口數(shù)據(jù)中包含發(fā)送目的設(shè)備信息，根據(jù)目的信息發(fā)送到所需發(fā)送的擴(kuò)展串口，根據(jù)數(shù)據(jù)信息發(fā)送到所需發(fā)送的擴(kuò)展串口，輸出為并行數(shù)據(jù)到串并轉(zhuǎn)換單元，同時接受串并轉(zhuǎn)換單元的數(shù)據(jù)，加上擴(kuò)展串口的設(shè)備號信息，輸出到上一級串口。并串轉(zhuǎn)換單元，用于實現(xiàn)從擴(kuò)展串口接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)串-并轉(zhuǎn)換，把讀取擴(kuò)展串口中的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)據(jù)輸出到信息處理單元，同時也可從信息處理單元接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)并-串轉(zhuǎn)換，將信息處理單元輸出的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出到擴(kuò)展串口。[0011]串口驅(qū)動單元連接到擴(kuò)展串口，用于串口電平TTL之間的轉(zhuǎn)換，將串并轉(zhuǎn)換單元的信號和擴(kuò)展串口的信號相互轉(zhuǎn)換。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點接口標(biāo)準(zhǔn)化，通過串口驅(qū)動單元的設(shè)計，可以兼容各種常用串口標(biāo)準(zhǔn)，模塊化設(shè)計可以模塊化使用，可以迅速實現(xiàn)多串口的擴(kuò)展，使用方便。通過FIFO緩存，實現(xiàn)串口收發(fā)的全雙工通信。并可以以級聯(lián)的方式實現(xiàn)擴(kuò)展，擴(kuò)展接口數(shù)量多。

圖1是本實用新型模塊化多串口擴(kuò)展裝置的原理框圖；圖2是本實用新型模塊化多串口擴(kuò)展裝置提出的一個實施方式的結(jié)構(gòu)示圖；圖3是串行通信接口擴(kuò)展單元；圖4是TC16C754B和MAX3160串口擴(kuò)展硬件連接圖；圖5是中心控制系統(tǒng)軟件原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本實用新型模塊化多串口擴(kuò)展裝置，包括信息處理單元、并串轉(zhuǎn)換單元、串口驅(qū)動單元。信息處理單元接收上一級的串口數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，串口數(shù)據(jù)中包含發(fā)送目的設(shè)備信息，根據(jù)目的信息發(fā)送到所需發(fā)送的擴(kuò)展串口，根據(jù)數(shù)據(jù)信息發(fā)送到所需發(fā)送的擴(kuò)展串口，輸出為并行數(shù)據(jù)到串并轉(zhuǎn)換單元，同時接受串并轉(zhuǎn)換單元的數(shù)據(jù)，加上擴(kuò)展串口的設(shè)備號信息，輸出到上一級串口。本實例其中信息處理單元以DSP芯片為核心，負(fù)責(zé)收發(fā)和上一級串口通信。一方面，它以中斷的方式接收上一級串口的數(shù)據(jù)，經(jīng)運算處理后，將接收到的信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的并行數(shù)據(jù)發(fā)給并串轉(zhuǎn)換單元；另一方面，以終端的形式接受擴(kuò)展串口要求通信的請求，接受并串轉(zhuǎn)換單元的數(shù)據(jù)，加上串口設(shè)備號信息，發(fā)送給上一級串口。并串轉(zhuǎn)換單元，可以實現(xiàn)從擴(kuò)展串口接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)串-并轉(zhuǎn)換，把讀取擴(kuò)展串口中的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)據(jù)輸出到信息處理單元，同時也可從信息處理單元接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)并-串轉(zhuǎn)換，將信息處理單元輸出的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出到擴(kuò)展串口。并串轉(zhuǎn)換單元由兩片TL16C754B和CPLD組成，CPLD主要劃分TL16C754B各個串口的地址空間。串口驅(qū)動單元103由四片MAX3160組成，可擴(kuò)展4路串口。圖2給出本實例的系統(tǒng)電路的硬件結(jié)構(gòu)，主要包括TMS320F2808型DSP、CPLD、兩片TL16C7MB、MAX3160、 RS-232/422/485兼容性通信接口等。TMS320F2808是基于TMS320C2XX內(nèi)核的高性能32位定點數(shù)字信號處理器，其 CPU主頻可達(dá)150 MHz，通信外設(shè)有兩個異步串行接口模塊(SCIs)。TMS320F2808的外部接口可以映像到5個獨立的存儲空問，當(dāng)訪問這些存儲空間時，會產(chǎn)生相應(yīng)的片選信號 (XZCS0AND1,XZCS2,XZCS6AND7)，其中)(ZCS0AND1 和)(ZCS6AND7 分別為兩個空間共享的片選信號。將兩塊TL16C7MB擴(kuò)展到ZoneO空間，對應(yīng)地址為0x2000—0x4000。在CPLD中使用地址映射，劃分TL16C754B各個串口的地址空間，對TL16C754B四個通道的片選。TMS320F2808是系統(tǒng)的核心，利用片內(nèi)的串口通信模塊和外接RS-232串口實現(xiàn)DSP與上一級串口的通信，并且結(jié)合兩片TL16C754B和四片MAX3160擴(kuò)展到四路UART，從而發(fā)送信息到下一級串DSP接收上一級串口數(shù)據(jù)保存在自己定義的數(shù)組中(數(shù)組大小可以根據(jù)需要定義)，數(shù)組中定義第一位為下一級串口的ID號，后面幾位為串口數(shù)據(jù)信息，下一級串口的 ID號是通過CPLD進(jìn)行地址映射把754B的幾個串口終端ID地址映射到信息處理單元的 0x2000-0x4000地址中，數(shù)據(jù)處理單元通過分析數(shù)組中的ID號，判斷串口數(shù)據(jù)信息是發(fā)向下一級哪個串口終端，從而往ID號所對應(yīng)的CPLD所映射的地址中寫數(shù)據(jù)信息，CPLD接收數(shù)據(jù)后通過映射地址轉(zhuǎn)送給754B對應(yīng)的串口，從而實現(xiàn)串口擴(kuò)展。通過DSP總線擴(kuò)展實現(xiàn)四路串行通信接口，每個串行通信擴(kuò)展單元如圖3 所示。其中串行數(shù)據(jù)收發(fā)器件采用TL16C7MB，其上包含兩路獨立的收發(fā)器，接收和發(fā)送各帶64字節(jié)的FIFO，并各自帶有Modem接口信號，最高傳輸速率可達(dá)3MBps。TL16C754B采用 8位異步串口并行存儲接口，可以與DSP的外部存儲器接口 EMIFA直接相連。TL16C754B還提供兩個中斷請求信號INTA和INTB，分別用于通道A和B申請DSP的中斷。在本實施方式中，根據(jù)應(yīng)用需要，只使用其A通道。串口驅(qū)動單元進(jìn)行串口電平TTL之間的轉(zhuǎn)換，本實施實例中采用 MAX3160。MAX3160為多協(xié)議收發(fā)器，，使得異步串行接口電平可以配置為RS-232、 RS-422和RS-485三種電平標(biāo)準(zhǔn)。TL16C7MB的Modem信號沒有完全連接到串行接口上，只是在RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)時采用2線制(RXD和T)(D)，在采用RS422接口標(biāo)準(zhǔn)時為4線制(Y，Z，A，B)，采用RS485時采用兩線制。MAX3160上的引腳
RS4S5/IfI51用于選擇工作在RS422/485模式還是工作于RS232模式，引腳HDPLX用于選擇 RS422 還是 RS485。用TC16C754B和MAX3160擴(kuò)展4路串口，連接圖如圖4所示。本實用新型還提供了一種可以是實現(xiàn)模塊化多串口擴(kuò)展的方法。應(yīng)用于信息處理、并串轉(zhuǎn)換單元、串口驅(qū)動單元。實現(xiàn)模塊化多串口擴(kuò)展的方法原理圖如圖5所示。上一級串口與信息處理單元之間的串口工作方式為中斷方式，信息處理單元與下面4個終端的串口之間的工作方式為查詢方式。上一級的串口發(fā)送串口指令到信息處理單元，這條串口指令包含了選擇信號和數(shù)據(jù)信號。串口指令發(fā)送到信息處理單元后，信息處理單元根據(jù)指令中的選擇信號(ID)將控制信號轉(zhuǎn)發(fā)給4個終端，如果ID=1，就將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)串口外設(shè)1 ；如果ID=2，就將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)給串口外設(shè)2 ；如果ID=3，就將控制信號轉(zhuǎn)發(fā)給串口外設(shè)3 ；如果ID=4，就將控制信號轉(zhuǎn)發(fā)給串口外設(shè)4 ；串口指令發(fā)送完以后還要返回給上信息處理單元，以檢查指令發(fā)送是否成功。當(dāng)串口外設(shè)需要向上一級串口發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先會向信息處理單元發(fā)送請求信息，信息處理單元查詢并串轉(zhuǎn)換單元，接受數(shù)據(jù)并加上串口外設(shè)號碼，發(fā)送到上一級串口。本實施方式模塊化多串口擴(kuò)展裝置可以模塊化使用，其每一個模塊的擴(kuò)展串口都可以通過另外一個模塊的上一級串口擴(kuò)展出更多的串口。以上公開的僅為本實用新型的一個具體實施方式
，但是本實用新型并非局限于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本實用新型所保護(hù)的范圍和精神下，可根據(jù)不同的實際需
5要做出各種具體的變化，仍屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種模塊化多串口擴(kuò)展裝置，其特征在于包括信息處理單元、串并轉(zhuǎn)換單元和串口驅(qū)動單元；信息處理單元向上連接到上一級串口，向下連接到串并轉(zhuǎn)換單元，串并轉(zhuǎn)換單元將信號處理單元和串口驅(qū)動單元連接起來，串并轉(zhuǎn)換單元通過串口驅(qū)動單元向下連接到擴(kuò)展串口 ；信息處理單元讀取上一級串口的數(shù)據(jù)，輸出為并行數(shù)據(jù)到串并轉(zhuǎn)換單元，同時接受串并轉(zhuǎn)換單元的數(shù)據(jù)，輸出到上一級串口，串并轉(zhuǎn)換單元連接信號處理單元和串口驅(qū)動單元，將信號處理單元輸出的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榇隍?qū)動單元的串行數(shù)據(jù)，同時將串口驅(qū)動單元輸出的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘柼幚韱卧牟⑿袛?shù)據(jù)，串口驅(qū)動單元連接到擴(kuò)展串口，將串并轉(zhuǎn)換單元的信號和擴(kuò)展串口的信號相互轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化多串口擴(kuò)展裝置，其特征在于所述信息處理單元通過包括一個MCU即Micro Control Unit-微控制單元，該MCU至少包括一個串口、8位數(shù)據(jù)線和地址線，MCU的串口連接到上一級串口，8位數(shù)據(jù)線和地址線連接到串并轉(zhuǎn)換單元；串口用于接收上一級的串口數(shù)據(jù)，上一級發(fā)送的數(shù)據(jù)中包含目的串口信息，MCU處理接收的數(shù)據(jù)，并輸出并行數(shù)據(jù)到串并轉(zhuǎn)換單元接口，同時接受串并轉(zhuǎn)換單元的數(shù)據(jù)，加上擴(kuò)展串口的設(shè)備號信息，輸出到上一級串口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化多串口擴(kuò)展裝置，其特征在于所述串并轉(zhuǎn)換單元，用于實現(xiàn)從擴(kuò)展串口接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)串-并轉(zhuǎn)換，把讀取擴(kuò)展串口中的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)據(jù)輸出到信息處理單元，同時也可從信息處理單元接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)并-串轉(zhuǎn)換，將信息處理單元輸出的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出到擴(kuò)展串口。
專利摘要本實用新型公開了一種模塊化多串口擴(kuò)展裝置，包括信息處理單元、串并轉(zhuǎn)換單元和串口驅(qū)動單元，信息處理單元向上連接到上一級串口，向下連接到串并轉(zhuǎn)換單元，串并轉(zhuǎn)換單元將信號處理單元和串口驅(qū)動單元連接起來，串并轉(zhuǎn)換單元通過串口驅(qū)動單元向下連接到擴(kuò)展串口。本實用新型提供一種模塊化，使用方便的能夠?qū)崿F(xiàn)串口擴(kuò)展的裝置，在微處理器或主板提供的串口滿足不了要求時，通過此裝置可以輕易的實現(xiàn)串口擴(kuò)展。
文檔編號G06F13/38GK202084028SQ20112018645
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者夏朋浩, 姜斌, 張寶輝, 李英杰, 袁光, 閔超波, 韓亦勇 申請人:南京理工大學(xué)