本發(fā)明屬于通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種基于UART的主從多機(jī)通訊系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在物聯(lián)網(wǎng)的潮流下，設(shè)備與設(shè)備之間的信息交互必不可少。設(shè)備間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互能提高用戶的體驗(yàn)感，更有利于產(chǎn)品的安全可靠性。目前行業(yè)內(nèi)短距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信普遍使用UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發(fā)傳輸器)，主流的MCU((Microcontroller Unit，微控制單元)一般自帶一個(gè)UART口，可與RS232線連接。標(biāo)準(zhǔn)UART采用簡單的一對(duì)一通訊方式，無法滿足目前家電控制行業(yè)、自動(dòng)化設(shè)備控制領(lǐng)域一對(duì)多的通訊需求。其他的通信方式，如RS485、CAN總線雖然可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的通訊方式，但是主流的MCU甚少自帶RS485或CAN通信功能，用戶需要外接相應(yīng)的通信IC或通信轉(zhuǎn)換IC，成本相對(duì)較高。此外，RS485或CAN都是三線以上通信，接口多、連線復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于UART的主從多機(jī)通訊系統(tǒng)及方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中標(biāo)準(zhǔn)UART通訊不能支持主從多機(jī)通訊，而采用其他通信方式實(shí)現(xiàn)主從多機(jī)通訊存在成本高、連線復(fù)雜、信號(hào)容易相互干擾的問題。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于UART的主從多級(jí)通訊系統(tǒng)，包括：一主機(jī)、n個(gè)從機(jī)和一通信總線，n為大于等于1的正整數(shù)，所述主機(jī)的TX口、RX口和一IO口分別通過電路連接到所述通信總線上，各從機(jī)的TX口、RX口和一IO口也分別通過電路連接到所述通信總線上

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種基于UART的主從多級(jí)通訊方法，主機(jī)的TX口、RX口和一IO口分別通過電路連接到一通信總線，各從機(jī)的TX口、RX口和一IO口也分別通過電路連接到所述通信總線，方法包括：

從機(jī)連接到通信總線后，通過自身的TX口發(fā)送握手信號(hào)到通信總線，所述握手信號(hào)包括所述從機(jī)的設(shè)備ID；

主機(jī)的RX口通過通信總線接收到所述握手信號(hào)后，對(duì)所述握手信號(hào)進(jìn)行解析，并通過自身的TX口發(fā)送握手成功信號(hào)到通信總線，所述握手成功信號(hào)包括解析出的從機(jī)設(shè)備ID；

所述從機(jī)的RX口通過通信總線接收到所述握手成功信號(hào)后，對(duì)所述握手成功信號(hào)進(jìn)行解析，若解析出的從機(jī)設(shè)備ID與自身設(shè)備ID相同，則等待主機(jī)發(fā)送命令數(shù)據(jù)；

主機(jī)通過自身的TX口發(fā)送命令數(shù)據(jù)到通信總線，所述命令數(shù)據(jù)中包括主機(jī)欲呼叫的從機(jī)設(shè)備ID；

所述從機(jī)的RX口通過通信總線接收到所述命令數(shù)據(jù)后，對(duì)所述命令數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，若解析出的從機(jī)設(shè)備ID與自身設(shè)備ID相同，則根據(jù)解析出的命令數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過自身的TX口發(fā)送回碼到通信總線，所述回碼包括所述從機(jī)的設(shè)備ID。

本發(fā)明的有益效果是：通過將主機(jī)的RX口、TX口和從機(jī)的RX口、TX口連接到同一通信總線，減少了設(shè)備與設(shè)備之間的連線以及信號(hào)的相互干擾。為了保證不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的情況，每個(gè)設(shè)備增設(shè)一個(gè)IO口對(duì)通信總線進(jìn)行檢測，只有當(dāng)通信總線空閑時(shí)才能發(fā)送數(shù)據(jù)。此外，本發(fā)明不需要增加額外的器件，成本低廉，設(shè)計(jì)周期短，可以廣泛應(yīng)用于短距離多個(gè)設(shè)備之間的通信。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種基于UART主從多機(jī)的通訊系統(tǒng)的原理框圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種基于UART主從多機(jī)的通訊系統(tǒng)的電路示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種基于UART主從多機(jī)的通訊方法的流程圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供一種通信幀格式示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種基于UART主從多機(jī)通訊的時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例一

UART通信正常為三根線，分別為RX、TX、GND，屬于全雙工的通信，所以收發(fā)數(shù)據(jù)是分開的。為了使設(shè)備間的連線減少，同時(shí)不影響相互之間的通信，本發(fā)明將RX和TX通過電路合并連接到一根通信總線上。如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種基于UART主從多機(jī)的通訊系統(tǒng)的原理框圖。該基于UART主從多機(jī)的通訊系統(tǒng)包括一主機(jī)、n個(gè)從機(jī)和一通信總線，n為大于等于1的正整數(shù)。其中，主機(jī)和從機(jī)通過該條通信總線相互連通，具體的，主機(jī)的TX口、RX口和一IO口分別通過電路連接到該通信總線上，各從機(jī)的TX口、RX口和一IO口也分別通過電路連接到該通信總線上。

本發(fā)明實(shí)施例通過將主機(jī)的RX口、TX口和從機(jī)的RX口、TX口連接到同一通信總線，減少了設(shè)備與設(shè)備之間的連線以及信號(hào)的相互干擾。此外，本發(fā)明不需要增加額外的器件，成本低廉，設(shè)計(jì)周期短，可以廣泛應(yīng)用于短距離多個(gè)設(shè)備之間的通信。

實(shí)施例二

如圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種基于UART主從多機(jī)的通訊系統(tǒng)的電路示意圖。該通信系統(tǒng)包括主機(jī)U1、從機(jī)U2、從機(jī)U3……從機(jī)Un，主機(jī)U1主機(jī)的TX口(8號(hào)腳)外接第一電阻R1連接到通信總線上，主機(jī)U1的RX口(7號(hào)腳)外接第二電阻R2連接到通信總線上，主機(jī)的IO口(9號(hào)腳)外接第三電阻R3連接到通信總線上。從機(jī)U2主機(jī)的TX口(8號(hào)腳)外接第四電阻R4連接到通信總線上，從機(jī)U1的RX口(7號(hào)腳)外接第五電阻R5連接到通信總線上，從機(jī)的IO口(9號(hào)腳)外接第六電阻R6連接到通信總線上。此外，為了讓通信總線在沒有通信數(shù)據(jù)時(shí)一直處于高電平，一電源通過串聯(lián)第七電阻R7連接到通信總線，給通信總線一個(gè)上拉。

需要說明的是，本發(fā)明中電阻是用來隔離電信號(hào)和分壓，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，并非必要設(shè)置項(xiàng)。MCU的TX口、RX口通過外接一個(gè)電阻然后連接到通信總線上，實(shí)現(xiàn)單總線收發(fā)功能。為了保證不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的情況，每個(gè)設(shè)備增設(shè)一個(gè)IO口對(duì)通信總線進(jìn)行檢測，只有當(dāng)通信總線空閑時(shí)才能發(fā)送數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例中采用9號(hào)IO口來檢測通信總線，實(shí)際應(yīng)用中，也可以采用其他IO口對(duì)通信總線進(jìn)行檢測。本發(fā)明實(shí)施例中各MCU的6號(hào)腳用來接地，實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)MCU的對(duì)接地引腳的設(shè)置來接地。

本發(fā)明實(shí)施例通過將主機(jī)的RX口、TX口和從機(jī)的RX口、TX口連接到同一通信總線，減少了設(shè)備與設(shè)備之間的連線以及信號(hào)的相互干擾。此外，本發(fā)明不需要增加額外的器件，成本低廉，設(shè)計(jì)周期短，可以廣泛應(yīng)用于短距離多個(gè)設(shè)備之間的通信。

實(shí)施例三

如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種基于UART主從多機(jī)的通訊方法的流程圖，包括如下步驟：

S301，從機(jī)連接到通信總線后，通過自身的TX口發(fā)送握手信號(hào)到通信總線，所述握手信號(hào)包括該從機(jī)的設(shè)備ID。

當(dāng)一臺(tái)從機(jī)掛接到通信總線上后，需要與主機(jī)進(jìn)行握手后方可正常使用。由于設(shè)備的TX口、RX口合并連接到同一通信總線上，為了保證不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的情況，每個(gè)設(shè)備增設(shè)一個(gè)IO口對(duì)通信總線進(jìn)行檢測，只有當(dāng)通信總線空閑時(shí)才能發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，從機(jī)在發(fā)送握手信號(hào)之前，需要通過自身的IO口檢測通信總線是否空閑，如果空閑，則發(fā)送握手信號(hào)至主機(jī)。具體的，當(dāng)IO口檢測到持續(xù)高電平時(shí)，表示通信總線為空閑，檢測到電平變化時(shí)，表示通信總線為非空閑。

進(jìn)一步地，在從機(jī)連接到通信總線后，通過自身的TX口發(fā)送握手信號(hào)到通信總線后還包括：啟動(dòng)一定時(shí)器，若在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)未接收到主機(jī)返回的握手成功信號(hào)，則從機(jī)將再次發(fā)送握手信號(hào)至主機(jī)。

S302，主機(jī)的RX口通過通信總線接收到握手信號(hào)后，對(duì)握手信號(hào)進(jìn)行解析，并通過自身的TX口發(fā)送握手成功信號(hào)到通信總線，握手成功信號(hào)包括解析出的從機(jī)設(shè)備ID。

由于所有從機(jī)和主機(jī)都掛接在一條通信總線上，則當(dāng)其中一臺(tái)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到通信總線時(shí)，掛接在通信總線上的其他所有設(shè)備都能接收到該數(shù)據(jù)。對(duì)于從機(jī)來說，接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，如果解析出的設(shè)備ID不是自身的設(shè)備ID，則丟棄。

此步驟中，主機(jī)接收到握手信號(hào)之后，對(duì)握手信號(hào)進(jìn)行解析，可以獲知是哪個(gè)從機(jī)設(shè)備掛接到通信總線上了，從而使得主機(jī)可以發(fā)送相應(yīng)的握手成功信號(hào)到該從機(jī)。

S303，從機(jī)的RX口通過通信總線接收到握手成功信號(hào)后，對(duì)握手成功信號(hào)進(jìn)行解析，若解析出的從機(jī)設(shè)備ID與自身設(shè)備ID相同，則等待主機(jī)發(fā)送命令數(shù)據(jù)。

掛接在該通信總線上的所有從機(jī)都能接收到主機(jī)發(fā)送的握手成功信號(hào)，經(jīng)過解析，發(fā)現(xiàn)解析出從機(jī)設(shè)備ID與自身設(shè)備ID不同，則認(rèn)為此幀數(shù)據(jù)不是發(fā)給自己的，就丟棄；若相同，則人為此幀數(shù)據(jù)是發(fā)給自己的，表示握手成功，等待主機(jī)發(fā)送命令數(shù)據(jù)即可。

S304，主機(jī)通過自身的TX口發(fā)送命令數(shù)據(jù)到通信總線，命令數(shù)據(jù)中包括待接收命令的從機(jī)設(shè)備ID。

進(jìn)一步地，主機(jī)發(fā)送完命令數(shù)據(jù)后，啟動(dòng)一定時(shí)器，若在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)未收到該從機(jī)的回碼，則會(huì)重新發(fā)送，發(fā)送三次或預(yù)設(shè)次數(shù)仍未收到回碼，則認(rèn)為該從機(jī)設(shè)備離線或異常，進(jìn)行報(bào)錯(cuò)處理。

S305，從機(jī)的RX口通過通信總線接收到命令數(shù)據(jù)后，對(duì)命令數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，若解析出的從機(jī)設(shè)備ID與自身設(shè)備ID相同，則根據(jù)解析出的命令數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過自身的TX口發(fā)送回碼到通信總線，所述回碼包括該從機(jī)的設(shè)備ID。

主機(jī)接收到該從機(jī)的回碼后，根據(jù)回碼發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。

為了保障數(shù)據(jù)的正確傳輸，本發(fā)明實(shí)施例還定義了一個(gè)專門的通信數(shù)據(jù)格式，如圖4所示。通信幀格式包括頭命令、從機(jī)設(shè)備ID、幀長度、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼和結(jié)束碼，其中，通信幀格式至少包括從機(jī)設(shè)備ID、數(shù)據(jù)和校驗(yàn)碼。通信幀中的頭命令用來識(shí)別通信總線上的數(shù)據(jù)是主機(jī)發(fā)出還是從機(jī)發(fā)出，可以僅設(shè)置1個(gè)byte，如，主機(jī)發(fā)出設(shè)置為A0，從機(jī)發(fā)出設(shè)置為A1。這樣，對(duì)于某一從機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)，其他從機(jī)僅需解析頭命令即可分辨，而不需要進(jìn)行設(shè)備ID的比對(duì)，簡化了程序，提高了效率。

各設(shè)備的TX口、RX口合并連接到同一通信總線后，基于UART的通信就由原來的雙工通信變?yōu)榘腚p工通信了，所以在軟件設(shè)計(jì)上需要對(duì)各MCU重新配置定義數(shù)據(jù)的收發(fā)時(shí)序，防止收發(fā)沖突。當(dāng)MCU處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)，需要將MCU自帶的接收寄存器設(shè)置為接收使能，同時(shí)將TX口設(shè)置為輸入口，即TX口為高阻狀態(tài)，不會(huì)影響到RX口的接收；當(dāng)接收數(shù)據(jù)完成后進(jìn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)發(fā)送寄存器的發(fā)送使能，并將TX口設(shè)置為輸出，并輸出高低電平，同時(shí)禁止RX口的接收使能，防止RX口接收到自己發(fā)送出去的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，再打開RX口的接收使能以及關(guān)閉寄存器的發(fā)送使能。

本發(fā)明實(shí)施例通過將主機(jī)的RX口、TX口和從機(jī)的RX口、TX口連接到同一通信總線，減少了設(shè)備與設(shè)備之間的連線以及信號(hào)的相互干擾。此外，本發(fā)明不需要增加額外的器件，成本低廉，設(shè)計(jì)周期短，可以廣泛應(yīng)用于短距離多個(gè)設(shè)備之間的通信。

實(shí)施例四

如圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種基于UART主從多機(jī)通訊的時(shí)序圖，包括一個(gè)主機(jī)和兩個(gè)從機(jī)。假設(shè)，從機(jī)001已與主機(jī)完成握手，可以與主機(jī)正常通信，從機(jī)002為剛掛載到通信總線上的設(shè)備。

需要說明的是，本實(shí)施例中握手信號(hào)、握手成功信號(hào)、命令數(shù)據(jù)以及回碼均采用如圖4所示的通信幀格式。不論是主機(jī)還是從機(jī)，在發(fā)送通信幀之前，均需要檢測通信總線是否空閑，如果空閑，則發(fā)送，如果非空閑，表示有其他從機(jī)或主機(jī)在傳輸數(shù)據(jù)，則等待一段時(shí)間后繼續(xù)檢測；在發(fā)送通信幀之后，會(huì)啟動(dòng)一定時(shí)器，若在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)未收到對(duì)方的回應(yīng)，則會(huì)再次發(fā)送；在接收通信幀之后，會(huì)根據(jù)通信幀中攜帶的校驗(yàn)碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，如果數(shù)據(jù)校驗(yàn)出錯(cuò)，則丟棄此幀數(shù)據(jù)并發(fā)送回碼要求重新發(fā)送。連續(xù)5次校驗(yàn)碼出錯(cuò)，則停止預(yù)期通信，并報(bào)錯(cuò)。從機(jī)除了發(fā)送握手信號(hào)，不會(huì)主動(dòng)給主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)給從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)后，必須要接到正確回碼才會(huì)給另一個(gè)從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

以下介紹從機(jī)002掛載到通信總線上后，該主從多機(jī)通信系統(tǒng)的大致工作流程：

步驟S502，從機(jī)002發(fā)送握手信號(hào)到主機(jī)。

該握手信號(hào)通過從機(jī)002的TX口發(fā)送到通信總線，其頭命令為1(表示該信號(hào)由從機(jī)發(fā)出)，從機(jī)設(shè)備ID為002。

從機(jī)001通過其的RX口接收到握手信號(hào)，通過對(duì)握手信號(hào)頭命令解析可知該信號(hào)由從機(jī)發(fā)出，直接丟棄該通信幀。

主機(jī)通過其RX口接收到握手信號(hào)，對(duì)握手信號(hào)進(jìn)行解析，解析出等待握手的從機(jī)設(shè)備ID為002。

步驟S504，主機(jī)返回握手成功信號(hào)。

該握手成功信號(hào)的頭命令為0(表示該信號(hào)由主機(jī)發(fā)出)，從機(jī)設(shè)備ID為002。

從機(jī)002通過自身的RX口接收到主機(jī)發(fā)來的握手成功信號(hào)，對(duì)握手成功信號(hào)進(jìn)行解析，先解析出頭命令為0，則繼續(xù)解析出從機(jī)設(shè)備ID為002，經(jīng)過匹配，該從機(jī)設(shè)備ID與自身設(shè)備ID相同，則確認(rèn)這是主機(jī)發(fā)送給自己的信號(hào)。進(jìn)一步，根據(jù)幀長度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，確認(rèn)主機(jī)已成功接收到自己發(fā)送的握手信號(hào)，與主機(jī)握手成功。隨后從機(jī)002進(jìn)入等待狀態(tài)，等待主機(jī)發(fā)送命令數(shù)據(jù)。

從機(jī)001接收到握手成功信號(hào)后，通過對(duì)頭命令的解析可知，該信號(hào)由從機(jī)發(fā)出，直接丟棄該通信幀。

步驟S506，主機(jī)發(fā)送命令數(shù)據(jù)到從機(jī)002。該命令數(shù)據(jù)的頭命令為0，從機(jī)設(shè)備ID為002。

從機(jī)001接收到命令數(shù)據(jù)經(jīng)解析發(fā)現(xiàn)不是發(fā)給自己的，將通信幀丟棄。

步驟S508，從機(jī)002對(duì)命令數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，確認(rèn)是主機(jī)發(fā)送給自己的命令數(shù)據(jù)，根據(jù)解析出的命令執(zhí)行處理。

步驟S510，從機(jī)002發(fā)送回碼給主機(jī)。

從機(jī)002執(zhí)行完命令后，根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果發(fā)送回碼給主機(jī)?；卮a的頭命令為1，從機(jī)設(shè)備ID為002。

步驟S512，主機(jī)發(fā)送下一條命令數(shù)據(jù)給從機(jī)001。

主機(jī)接收到從機(jī)002返回的回碼，確認(rèn)回碼正確后，發(fā)送下一條命令數(shù)據(jù)給從機(jī)001。需要說明的是，如果主機(jī)在預(yù)定時(shí)間內(nèi)未收到相應(yīng)的回碼，則會(huì)再次發(fā)送上一條命令數(shù)據(jù)至相應(yīng)從機(jī)，直到主機(jī)收到相應(yīng)從機(jī)的正確回碼才會(huì)發(fā)送下一條命令數(shù)據(jù)。

步驟S514，從機(jī)001對(duì)命令數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，確認(rèn)是主機(jī)發(fā)送給自己的命令數(shù)據(jù)，根據(jù)解析出的命令執(zhí)行處理。

從機(jī)002接收到命令數(shù)據(jù)經(jīng)解析發(fā)現(xiàn)不是發(fā)給自己的，將通信幀丟棄。

步驟S516，從機(jī)001發(fā)送回碼給主機(jī)。

本發(fā)明實(shí)施例通過將主機(jī)的RX口、TX口和從機(jī)的RX口、TX口連接到同一通信總線，減少了設(shè)備與設(shè)備之間的連線以及信號(hào)的相互干擾。此外，本發(fā)明不需要增加額外的器件，成本低廉，設(shè)計(jì)周期短，可以廣泛應(yīng)用于短距離多個(gè)設(shè)備之間的通信。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。