一種模塊化多串口擴展裝置的製作方法
2024-04-10 13:27:05
專利名稱：一種模塊化多串口擴展裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於通信技術領域，特別是一種模塊化多串口擴展裝置。
背景技術：
當前，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，而現階段的微處理器晶片有的沒有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，很難滿足實際應用中多串口通信的需要。在申請號為201010195654. 6，名為串口集線器及多串口高速通訊方法的中國發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據切換單元。通過處理單元和串口數據切換單元來控制通訊鏈路的切換，可以實現電腦主機同時連接多個不同的串口設備。但是在此方案中採用數據切換來實現數據的傳輸，在兩個以上的串口提出請求時會導致數據的丟失。在申請號為200810088683. 5，名為一種多串口實現方法及設備的中國發明專利公開了一種多串口設備，包括控制處理設備、邏輯器件和串口收發器。通過這裡的串口收發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了接收多路串口信號，沒有實現同時收發，只能一個方向傳輸數據，限制了應用範圍。由此實際應用中需要一種可以擴展出多個可以全雙工通信串口的裝置，並要求兼容各種串口標準，可以模塊化使用，擴展方便。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種模塊化，使用方便的能夠實現串口擴展的裝置， 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多串口收發數據的擴展。實現本實用新型目的的技術解決方案為一種模塊化多串口擴展裝置，包括信息處理單元、串並轉換單元和串口驅動單元；信息處理單元向上連接到上一級串口，向下連接到串並轉換單元，串並轉換單元將信號處理單元和串口驅動單元連接起來，串並轉換單元通過串口驅動單元向下連接到擴展串口，信息處理單元接收上一級的串口數據，處理數據，串口數據中包含發送目的設備信息，根據目的信息發送到所需發送的擴展串口，根據數據信息發送到所需發送的擴展串口，輸出為並行數據到串並轉換單元，同時接受串並轉換單元的數據，加上擴展串口的設備號信息，輸出到上一級串口。並串轉換單元，用於實現從擴展串口接收數據，實現串-並轉換，把讀取擴展串口中的串行數據轉換為並行的數據輸出到信息處理單元，同時也可從信息處理單元接收數據，實現並-串轉換，將信息處理單元輸出的並行數據轉換為串行數據輸出到擴展串口。[0011]串口驅動單元連接到擴展串口，用於串口電平TTL之間的轉換，將串並轉換單元的信號和擴展串口的信號相互轉換。本實用新型與現有技術相比，其顯著優點接口標準化，通過串口驅動單元的設計，可以兼容各種常用串口標準，模塊化設計可以模塊化使用，可以迅速實現多串口的擴展，使用方便。通過FIFO緩存，實現串口收發的全雙工通信。並可以以級聯的方式實現擴展，擴展接口數量多。
圖1是本實用新型模塊化多串口擴展裝置的原理框圖；圖2是本實用新型模塊化多串口擴展裝置提出的一個實施方式的結構示圖；圖3是串行通信接口擴展單元；圖4是TC16C754B和MAX3160串口擴展硬體連接圖；圖5是中心控制系統軟體原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。本實用新型模塊化多串口擴展裝置，包括信息處理單元、並串轉換單元、串口驅動單元。信息處理單元接收上一級的串口數據，處理數據，串口數據中包含發送目的設備信息，根據目的信息發送到所需發送的擴展串口，根據數據信息發送到所需發送的擴展串口，輸出為並行數據到串並轉換單元，同時接受串並轉換單元的數據，加上擴展串口的設備號信息，輸出到上一級串口。本實例其中信息處理單元以DSP晶片為核心，負責收發和上一級串口通信。一方面，它以中斷的方式接收上一級串口的數據，經運算處理後，將接收到的信息轉化為相應的並行數據發給並串轉換單元；另一方面，以終端的形式接受擴展串口要求通信的請求，接受並串轉換單元的數據，加上串口設備號信息，發送給上一級串口。並串轉換單元，可以實現從擴展串口接收數據，實現串-並轉換，把讀取擴展串口中的串行數據轉換為並行的數據輸出到信息處理單元，同時也可從信息處理單元接收數據，實現並-串轉換，將信息處理單元輸出的並行數據轉換為串行數據輸出到擴展串口。並串轉換單元由兩片TL16C754B和CPLD組成，CPLD主要劃分TL16C754B各個串口的地址空間。串口驅動單元103由四片MAX3160組成，可擴展4路串口。圖2給出本實例的系統電路的硬體結構，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是基於TMS320C2XX內核的高性能32位定點數位訊號處理器，其 CPU主頻可達150 MHz，通信外設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，當訪問這些存儲空間時，會產生相應的片選信號 (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擴展到ZoneO空間，對應地址為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是系統的核心，利用片內的串口通信模塊和外接RS-232串口實現DSP與上一級串口的通信，並且結合兩片TL16C754B和四片MAX3160擴展到四路UART，從而發送信息到下一級串DSP接收上一級串口數據保存在自己定義的數組中(數組大小可以根據需要定義)，數組中定義第一位為下一級串口的ID號，後面幾位為串口數據信息，下一級串口的 ID號是通過CPLD進行地址映射把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，數據處理單元通過分析數組中的ID號，判斷串口數據信息是發向下一級哪個串口終端，從而往ID號所對應的CPLD所映射的地址中寫數據信息，CPLD接收數據後通過映射地址轉送給754B對應的串口，從而實現串口擴展。通過DSP總線擴展實現四路串行通信接口，每個串行通信擴展單元如圖3 所示。其中串行數據收發器件採用TL16C7MB，其上包含兩路獨立的收發器，接收和發送各帶64位元組的FIFO，並各自帶有Modem接口信號，最高傳輸速率可達3MBps。TL16C754B採用 8位異步串口並行存儲接口，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，分別用於通道A和B申請DSP的中斷。在本實施方式中，根據應用需要，只使用其A通道。串口驅動單元進行串口電平TTL之間的轉換，本實施實例中採用 MAX3160。MAX3160為多協議收發器，，使得異步串行接口電平可以配置為RS-232、 RS-422和RS-485三種電平標準。TL16C7MB的Modem信號沒有完全連接到串行接口上，只是在RS-232接口標準時採用2線制(RXD和T)(D)，在採用RS422接口標準時為4線制(Y，Z，A，B)，採用RS485時採用兩線制。MAX3160上的引腳
RS4S5/IfI51用於選擇工作在RS422/485模式還是工作於RS232模式，引腳HDPLX用於選擇 RS422 還是 RS485。用TC16C754B和MAX3160擴展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模塊化多串口擴展的方法。應用於信息處理、並串轉換單元、串口驅動單元。實現模塊化多串口擴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據信號。串口指令發送到信息處理單元後，信息處理單元根據指令中的選擇信號(ID)將控制信號轉發給4個終端，如果ID=1，就將數據信息轉發串口外設1 ；如果ID=2，就將數據信息轉發給串口外設2 ；如果ID=3，就將控制信號轉發給串口外設3 ；如果ID=4，就將控制信號轉發給串口外設4 ；串口指令發送完以後還要返回給上信息處理單元，以檢查指令發送是否成功。當串口外設需要向上一級串口發送數據時，首先會向信息處理單元發送請求信息，信息處理單元查詢並串轉換單元，接受數據並加上串口外設號碼，發送到上一級串口。本實施方式模塊化多串口擴展裝置可以模塊化使用，其每一個模塊的擴展串口都可以通過另外一個模塊的上一級串口擴展出更多的串口。以上公開的僅為本實用新型的一個具體實施方式
，但是本實用新型並非局限於此，本領域的技術人員在不脫離本實用新型所保護的範圍和精神下，可根據不同的實際需
5要做出各種具體的變化，仍屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種模塊化多串口擴展裝置，其特徵在於包括信息處理單元、串並轉換單元和串口驅動單元；信息處理單元向上連接到上一級串口，向下連接到串並轉換單元，串並轉換單元將信號處理單元和串口驅動單元連接起來，串並轉換單元通過串口驅動單元向下連接到擴展串口 ；信息處理單元讀取上一級串口的數據，輸出為並行數據到串並轉換單元，同時接受串並轉換單元的數據，輸出到上一級串口，串並轉換單元連接信號處理單元和串口驅動單元，將信號處理單元輸出的並行數據轉變為串口驅動單元的串行數據，同時將串口驅動單元輸出的串行數據轉變為信號處理單元的並行數據，串口驅動單元連接到擴展串口，將串並轉換單元的信號和擴展串口的信號相互轉換。
2.根據權利要求1所述的模塊化多串口擴展裝置，其特徵在於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位數據線和地址線，MCU的串口連接到上一級串口，8位數據線和地址線連接到串並轉換單元；串口用於接收上一級的串口數據，上一級發送的數據中包含目的串口信息，MCU處理接收的數據，並輸出並行數據到串並轉換單元接口，同時接受串並轉換單元的數據，加上擴展串口的設備號信息，輸出到上一級串口。
3.根據權利要求1所述的模塊化多串口擴展裝置，其特徵在於所述串並轉換單元，用於實現從擴展串口接收數據，實現串-並轉換，把讀取擴展串口中的串行數據轉換為並行的數據輸出到信息處理單元，同時也可從信息處理單元接收數據，實現並-串轉換，將信息處理單元輸出的並行數據轉換為串行數據輸出到擴展串口。
專利摘要本實用新型公開了一種模塊化多串口擴展裝置，包括信息處理單元、串並轉換單元和串口驅動單元，信息處理單元向上連接到上一級串口，向下連接到串並轉換單元，串並轉換單元將信號處理單元和串口驅動單元連接起來，串並轉換單元通過串口驅動單元向下連接到擴展串口。本實用新型提供一種模塊化，使用方便的能夠實現串口擴展的裝置，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串口擴展。
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 優先權日2011年6月3日
發明者夏朋浩, 姜斌, 張寶輝, 李英傑, 袁光, 閔超波, 韓亦勇 申請人:南京理工大學