基於usb總線和rs485總線的計算機外設級聯裝置的製作方法
2023-07-28 05:13:11 1
專利名稱：基於usb總線和rs485總線的計算機外設級聯裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種計算機外設級聯裝置。
背景技術：
在現代航空電子系統設備地面檢測與診斷系統中，上位機需要和多種不同的外部設備進行信息交換。上位機需要採集外部設備的數據信息，並根據需要向外部設備發出控制指令和數據信息。傳統航空電子檢測系統的設計往往只針對自身應用設計，系統缺乏靈活性，難以適應當外圍設備類型和數目發生變化時的情況，不利於降低開發成本和節約資源。
發明內容
為了克服現有技術上位機與外設互聯設計專用性強、缺乏靈活性的不足，本發明提供一種基於USB總線和RS485總線的計算機外設級聯結構，使上位機順暢的與不同外設通信，並可方便靈活的 增減外部設備。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:包括母版和若干輸出子板、輸入子板，母板通過USB總線與上位機連接，母板與各輸出子板、輸入子板之間通過RS485總線進行通信，各輸出子板、輸入子板之間通過RS485總線通信，上位機通過母板與輸出子板、輸入子板通信，輸出子板受上位機控制以實現對被測設備的驅動，輸入子板從被測設備採集數據並經光電隔離後發送到上位機。所述輸出子板和輸入子板的數目由母板上的8位開關離散量確定，各輸出子板和輸入子板連續編號。每個輸出子板和輸入子板上有2個RS485總線接口，分別實現與母板的通信和子板數目的擴展。所述母板通過USB接口供電，所述輸出子板和輸入子板均由獨立的外部電源模塊供電。本發明的有益效果是:母板通過USB接口與上位機進行通信，母板與子板之間通過RS485總線進行通信，既保證了上位機與各子板之間的有效通信，又可根據應用環境對外設數目靈活調整，需要增加的外部設備可直接級聯到母板上，增強了靈活性和應用的廣泛性。
圖1是系統硬體功能框圖。圖2是系統母板工作原理框圖。圖3是輸入子板的工作原理框圖。圖4是輸出子板工作原理框圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。本發明提供了一種基於USB總線和RS485總線的計算機外設級聯設計方法，外部設備母板通過USB總線與上位機連接，各外設子板之間通過RS485總線通信，使上位機順暢的與不同外設通信，並可方便靈活的增減外部設備。同時本發明分別設計了外設的母板和一種外設輸出子板和外設輸入子板。母板用於實現上位機和各外設子板的通信，各外設子板完成與被測設備的通信。基於這種設計方法，上位機可通過母板與最多255個外設子板進行通信。外設輸出子板上繼電器受上位機控制以實現對被測設備的驅動。輸入子板從被測設備採集數據並發送到上位機，並具有光電隔離的功能。輸出子板和輸入子板的工作電源為5V，離散量輸出信號電平為28V和5V可選；輸出子板和輸入子板的數目均是可變的，每個輸出子板有48路輸出，可控制48個繼電器工作；每個輸入子板有56個光I禹，可接受56路數據信號輸入。首先對系統硬體的說明如下:(I)子板的數目通過母板上的8位開關離散量來預先確定，子板編號要求連續；(2)母板通過USB接口與上位機進行通信，母板與子板之間通過RS485總線進行通 目;(3)每個子板上要求有2個RS485總線接口，分別實現與母板的通信和子板數目的擴展；(4)母板通過USB接口供電，各個子板均使用獨立的電源模塊供電，由外部提供。系統硬體的功能框圖參照圖1。上位機與多 路外設通信時，在此使用設備級聯結構，用RS485總線將外部設備與母板連接，所有數據經母板由USB接口與上位機通信。母板工作原理框圖參照圖2。母板實現與上位機、與子板的通信。首先，在USB接口模塊中，連接到上位機的USB數據線與CH375晶片連接，CH375晶片的地址線、數據線、讀寫、中斷分別連入單片機(MCU)的PO、Ρ2、讀寫、中斷0，讓單片機對CH375晶片進行控制；然後，在RS485模塊中，單片機的串行線、地線分別與Max485晶片的1、2、3引腳連接，Max485晶片作為RS485總線的驅動器與RS485總線相連。母板總體工作過程:母板上電後，單片機和CH375晶片復位，然後單片機初始化寄存器和CH375晶片，並等待上位機打開此設備。打開設備後，母板循環等待上位機發送操縱命令。上位機的命令和數據在USB控制器中編碼，經過USB總線送到母板的USB協議晶片CH375。數據包接收完畢後，該晶片廣生中斷到母板單片機。單片機接收到中斷後，控制CH375晶片將解碼後的數據包發送到該單片機。該單片機判斷指令的接收者，如果是母板自身，則返回相應命令；如果是子板，則再通過RS485總線將數據包發送到子板，子板返回的信息也由RS485總線發送到母板，實現了母板與子板以及子板與子板之間的通信。輸入子板的工作原理框圖參照圖3。在輸入子板的RS485總線端同樣採用Max485晶片驅動，Max485晶片的1、2、3引腳分別與單片機的串行線、地線連接。單片機的PO、P2、讀寫、復位信號連入CPLD中，控制TLP521光耦的讀選通。
子板總體工作過程:上電後，CPLD首先復位，然後發出復位信號，使單片機復位，最後單片機初始化寄存器。輸入信號(56位7組)通過連接器輸入，經光耦光電隔離，即隔離內外部電壓，並將外部輸入信號轉換為內部電壓信號輸入到CPLD。此時，所有準備工作就緒，等待接收母板發送的串行通訊數據。如果母板向該子板發送讀命令，該子板單片機依次選通讀取CPLD內的7組數據字節，並打包存儲在寄存器中。每一次讀完這7組，都會根據協議加入狀態字通過RS485總線發送到母板，母板將接收到的數據根據此前所述發送到上位機；如果母板不向該子板發送讀命令，輸入到CPLD的數據自動捨棄，並更新新數據至CPLD。輸出子板的工作原理框圖參照圖4。在輸出子板的RS485總線端也採用Max485晶片驅動，Max485晶片的1、2、3引腳分別與單片機的串行線、地線連接。單片機的PO、時鐘、讀寫、ALE使能信號連入CPLD中。選用MIC5801晶片作為繼電器的鎖存，MIC5801晶片的清零、選通、數據、ALE使能信號接入CPLD，實現單片機對繼電器的控制。輸出子板的工作過程:當系統上電之後，單片機先向CPLD發送復位信號，清空所有的Mic5801晶片的寄存器，使得所有輸出信號為邏輯高電平；然後單片機讀出自身的地址然後等待RS485總線上的數據，當輸出子板收到RS485總線信息之後，比較自身地址與從總線上接收到的地址，當二者相同時，將接收到的數據發送至CPLD。CPLD接收到這些數據後，產生相應控制信號來控制相關繼電器工作。由外設構成的級聯設備與上位機連接構成檢測系統。在系統上電復位後，運行上位機上應用程式首先檢測設備，發現設備後，上位機發出查詢子板數目命令，母板接收到指令後，從Pi 口將子板數目信息採集並上傳至上位機，用以分配子板地址，完成板卡的註冊。上位機需要發送數據時，在應用程式中選擇需要發送數據的一個輸出子板，並輸入要發送的數據。應用程式將數據信息、輸出子板地址信息連同校驗信息打包發送至母板。母板接收到數據並校驗無誤後，將接收到的地址、數據信息送至RS485總線上。各子板從總線上讀取這些數據信息，並 將接收到信息中的地址與自身地址比較，一致時接收數據並控制相應繼電器工作，否則丟棄數據。上位機需要讀取外部輸入數據時，在應用程式中選擇需要讀取數據的一個(或多個)輸入子板後，應用程式向母板周期性地發出採集數據指令請求讀取相應輸入子板的外部數據。母板接收到指令，校驗無誤後，將指令送至RS485總線上。同樣的，各子板從總線上讀取指令信息，從指令中取出地址信息並與自身地址比較。當地址一致時，從外部讀入輸入數據並將這些數據送上RS485總線。母板從總線上讀取到數據信息，判斷其為採集響應指令幀並校驗無誤後將數據上傳至上位機，上位機接收到數據並實時顯示。本發明可以使檢測系統中的上位機順暢地與不同外設通信，並可方便靈活地增減外設數量。
權利要求
1.一種基於USB總線和RS485總線的計算機外設級聯裝置，包括母版和若干輸出子板、輸入子板，其特徵在於:母板通過USB總線與上位機連接，母板與各輸出子板、輸入子板之間通過RS485總線進行通信，各輸出子板、輸入子板之間通過RS485總線通信，上位機通過母板與輸出子板、輸入子板通信，輸出子板受上位機控制以實現對被測設備的驅動，輸入子板從被測設備採集數據並經光電隔離後發送到上位機。
2.根據權利要求1所述的基於USB總線和RS485總線的計算機外設級聯裝置，其特徵在於:所述輸出子板和輸入子板的數目由母板上的8位開關離散量確定，各輸出子板和輸入子板連續編號。
3.根據權利要求1所述的基於USB總線和RS485總線的計算機外設級聯裝置，其特徵在於:每個輸出子板和輸入子板上有2個RS485總線接口，分別實現與母板的通信和子板數目的擴展。
4.根據權利要求1所述的基於USB總線和RS485總線的計算機外設級聯裝置，其特徵在於:所述母板通過USB接 口供電，所述輸出子板和輸入子板均由獨立的外部電源模塊供電。
全文摘要
本發明提供了一種基於USB總線和RS485總線的計算機外設級聯裝置，包括母版和若干輸出子板、輸入子板，其特徵在於母板通過USB總線與上位機連接，母板與各輸出子板、輸入子板之間通過RS485總線進行通信，各輸出子板、輸入子板之間通過RS485總線通信，上位機通過母板與輸出子板、輸入子板通信，輸出子板受上位機控制以實現對被測設備的驅動，輸入子板從被測設備採集數據並經光電隔離後發送到上位機。本發明使上位機順暢的與不同外設通信，並可方便靈活的增減外部設備。
文檔編號G06F13/38GK103218334SQ20131010978
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月30日 優先權日2013年3月30日
發明者史國慶, 張建東, 吳勇, 夏令明, 蔣菲怡, 魯俊, 董大成 申請人:西北工業大學