一種串行通訊接口功能切換電路及方法與流程

2023-11-11 07:25:07 2

本發明涉及電路通訊領域，尤其涉及一種串行通訊接口功能切換電路及方法。

背景技術：

計算機與計算機或計算機與終端之間的數據傳送可以採用串行通訊和並行通訊二種方式。由於串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛採用。在串行通訊時，要求通訊雙方都採用一個標準接口，使不同的設備可以方便地連接起來進行通訊。

rs-232-c接口(又稱eiars-232-c)是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業協會(eia)聯合貝爾系統、數據機廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用於串行通訊的標準。它的全名是「數據終端設備(dte)和數據通訊設備(dce)之間串行二進位數據交換接口技術標準」。

由於rs-232-c接口標準出現較早，難免有不足之處，主要有以下四點：

1)接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的晶片，又因為與ttl電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與ttl電路連接。

2)傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20kbps。

3)接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產生共模幹擾，所以抗噪聲幹擾性弱。

4)傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能用在50米左右。

由於rs-232-c的不足，出現了一些新的接口標準，rs-485就是其中之一，它具有以下特點：

1)rs-485的電氣特性：邏輯「1」以兩線間的電壓差為+(2—6)v表示；邏輯「0」以兩線間的電壓差為-(2—6)v表示。接口信號電平比rs-232-c低，就不易損壞接口電路的晶片，且該電平與ttl電平兼容，可方便與ttl電路連接。

2)rs-485的數據最高傳輸速率為10mbps

3)rs-485接口是採用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模幹能力強，即抗噪聲幹擾性好

4)rs-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達3000米，另外rs-232-c接口在總線上只允許連接2個收發器，即單站能力。而rs-485接口在總線上允許連接多達128個收發器。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的rs-485接口方便地建立起設備網絡。因rs-485接口具有良好的抗噪聲幹擾性、長的傳輸距離和多站能力等優點使其成為首選的串行接口。

rs-422標準全稱是「平衡電壓數字接口電路的電氣特性」，它定義了接口電路的特性。實際上還有一根信號地線，共5根線。由於接收器採用高輸入阻抗和發送驅動器比rs-232更強的驅動能力，故允許在總線上連接多個接收節點，最多可接10個節點。rs-422支持點對多的雙向通信即一個主設備(master)，其餘為從設備(salve)，從設備之間不能通信。。接收器輸入阻抗為4k，故發端最大負載能力是10×4k+100ω(終接電阻)。rs-422四線接口由於採用單獨的發送和接收通道，因此不必控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟體方式(xon/xoff握手)或硬體方式(一對單獨的雙絞線)。

現有方式是針對每種接口標準，設計一路電路出來用於通信。例如，客戶如果三路都有可能用到，那麼就得消耗掉cpu3路的串口資源，每一路接一個串口，用於通信。又或者是採用跳線帽手動切換通信模式，並且採用邏輯門電路進行處理；又或者是採用多片模擬開關晶片進行切換通信模式。

傳統的實現方法是將rs-232、rs-485、rs-422三種電路分別獨立的進行設計，從而實現用戶想要的功能，若用戶想使用另外一種功能，則用戶必須重新設計該功能電路或者手動切換硬體電路來實現；或者採用跳線帽手動進行切換，首先這種方式很不智能，切換容易出錯，費時費力，並且還要利用門電路，這樣又得增加器件，並且由於是晶片，勢必會增加相當多得成本，pcb面積也會加大；又或者是採用模擬開關進行切換，這種方式最大的缺點就是模擬開關晶片價格昂貴，並且需要多片才能完全滿足切換3種電路，同樣的，pcb面積也會加大很多。因此，實現多功能串行通訊需要消耗cpu多路串口資源或需要手動切換或採用昂貴的模擬開關是本領域技術人員需要解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明實施例提供了一種串行通訊接口功能切換電路及方法，用於解決實現多功能串行通訊需要消耗cpu多路串口資源或需要手動切換或採用昂貴的模擬開關的技術問題。

本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路，其特徵在於，包括：第一接收控制電路、第一發送控制電路、第二接收控制電路、第二發送控制電路、模式切換信號接口、第一收發控制信號接口、第一接收使能信號接口、第一發送使能信號接口、第二接收使能信號接口、第二發送使能信號接口；

所述第一接收控制電路的輸入端連接所述模式切換信號接口，所述第一接收控制電路的輸出端連接所述第一接收使能信號接口；

所述第一發送控制電路的輸入端連接所述模式切換信號接口，所述第一發送控制電路的輸出端連接所述第一發送使能信號接口；

所述第二接收控制電路的輸入端連接所述模式切換信號接口和所述第一收發控制信號接口，所述第二接收控制電路的輸出端連接所述第二接收使能信號接口；

所述第二發送控制電路的輸入端連接所述模式切換信號接口和所述第一收發控制信號接口，所述第二發送控制電路的輸出端連接所述第二發送使能信號接口；

所述第一接收控制電路用於根據輸入的模式切換信號，輸出第一接收使能信號至第一電平轉換晶片的接收控制信號接口，使得所述第一電平轉換晶片根據所述第一接收使能信號對所述第一電平轉換晶片的接收功能使能；

所述第一發送控制電路用於根據輸入的模式切換信號，輸出第一發送使能信號至第一電平轉換晶片的發送控制信號接口，使得所述第一電平轉換晶片根據所述第一發送使能信號對所述第一電平轉換晶片的發送功能使能；

所述第二接收控制電路用於根據輸入的模式切換信號和第一收發控制信號，輸出第二接收使能信號至第二電平轉換晶片的接收控制信號接口，使得所述第二電平轉換晶片根據所述第二接收使能信號對所述第二電平轉換晶片的接收功能使能；

所述第二發送控制電路用於根據輸入的模式切換信號和第一收發控制信號，輸出第二發送使能信號至第二電平轉換晶片的發送控制信號接口，使得所述第二電平轉換晶片根據所述第二發送使能信號對所述第二電平轉換晶片的發送功能使能。

優選地，

所述第一接收控制電路包括第一電晶體、第一電阻、第二電阻、第三電阻；

所述第一電晶體的第一端通過所述第二電阻連接所述模式切換信號接口並通過所述第三電阻接地，所述第一電晶體的第二端接地，所述第一電晶體的第三端連接所述第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口並通過所述第一電阻連接電源；

所述第一發送控制電路為一根導線，所述導線的一端連接所述模式切換信號接口，所述導線的另一端連接所述第一發送使能信號接口；

所述第二接收控制電路包括第一二極體、第二二極體、第七電阻；

所述第一二極體的正極連接所述第一收發控制信號接口，所述第一二極體的負極連接所述第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口並通過所述第七電阻接地；

所述第二二極體的正極連接所述模式切換信號接口，所述第二二極體的負極連接所述第一二極體的負極。

所述第二發送控制電路包括第二電晶體、第四電阻、第五電阻、第六電阻；

所述第二電晶體的第一端通過所述第五電阻連接所述模式切換信號接口並通過所述第六電阻接地，所述第二電晶體的第二端接地，所述第二電晶體的第三端連接所述第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口並通過所述第四電阻連接所述第一收發控制信號接口。

優選地，

所述第一發送控制電路包括第三電晶體、第八電阻、第九電阻、第十電阻；

所述第三電晶體的第一端通過所述第九電阻連接所述模式切換信號接口並通過所述第十電阻接地，所述第三電晶體的第二端接地，所述第三電晶體的第三端連接所述第一電平轉換晶片的第一發送使能信號接口並通過所述第八電阻連接電源；

所述第一接收控制電路為一根導線，所述導線的一端連接所述模式切換信號接口，所述導線的另一端連接所述第一接收使能信號接口；

所述第二接收控制電路包括第四電晶體、第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第十四電阻；

所述第四電晶體的第一端通過所述第十三電阻連接所述第一收發控制信號接口同時通過所述第十三電阻和所述第十二電阻連接所述模式切換信號接口，所述第四電晶體的第一端還通過所述第十四電阻接地，所述第四電晶體的第二端接地，所述第四電晶體的第三端連接所述第二接收使能信號接口並通過所述第十一電阻連接電源；

所述第二發送控制電路包括第五電晶體、第十五電阻、第十六電阻、第十七電阻、第十八電阻；

所述第五電晶體的第一端通過所述第十七電阻連接所述第一收發控制信號接口並通過所述第十八電阻接地，所述第五電晶體的第二端接地，所述第五電晶體的第三端連接所述第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口並通過所述第十五電阻連接所述模式切換信號接口，所述第五電晶體的第三端還通過所述第十五電阻和所述第十六電阻接地。

優選地，

本發明實施例還包括第三收發控制電路、第二收發控制信號接口、第三發送使能信號接口；

所述第三收發控制電路的輸入端連接所述模式切換信號接口和所述第二收發控制信號接口，所述第三收發控制電路的輸出端連接所述第三發送使能信號接口；

所述第三發送控制電路用於根據輸入的模式切換信號和第二收發控制信號，輸出第三發送使能信號至第三電平轉換晶片的第三發送使能信號接口，使得所述第三電平轉換晶片根據所述第三發送使能信號對所述第三電平轉換晶片的發送功能使能。

優選地，

所述第三收發控制電路包括第六電晶體、第十九電阻、第二十電阻、第二十一電阻；

所述第六電晶體的第一端通過所述第十九電阻連接所述模式切換信號接口並通過所述第二十電阻連接所述第二收發控制信號接口，所述第六電晶體的第二端連接所述第二收發控制信號接口，所述第六電晶體的第三端連接所述第三發送使能信號接口並通過所述第二十一電阻接地。

優選地，

所述電晶體具體為三極體，所述電晶體的第一端具體為三極體的基極，所述電晶體的第二端具體為三極體的發射極，所述電晶體的第三端具體為三極體的集電極。

優選地，

所述電晶體具體為mos管，所述電晶體的第一端具體為mos管的柵極，所述電晶體的第二端具體為mos管的源極，所述電晶體的第三端具體為mos管的漏極。

優選地，

所述第一接收使能信號接口和所述第一發送使能信號接口連接所述第一電平轉換晶片，所述第二接收使能信號接口和第二發送使能信號接口連接第二電平轉換晶片；

所述串行通訊接口功能切換電路還包括串口隔離電路、模式切換信號隔離電路、第一收發控制信號隔離電路、電源隔離電路；

所述串口隔離電路與對應的電平轉換晶片電連接，用於對所述串口隔離電路接收到的信號進行隔離並發送給電平轉換晶片，將電平轉換晶片接收到的信號發送給串口隔離電路並向外隔離，所述串口隔離電路包括磁隔離模塊；

所述磁隔離模塊的vdd1端連接vin輸入電源，所述磁隔離模塊的oa端連接mcu的rx端，所述磁隔離模塊的ib端連接所述mcu的tx端並通過一電阻連接所述vin輸入電源，所述磁隔離模塊的gnd1端連接所述mcu的接地端，所述磁隔離模塊的vdd2端連接所述串行通訊接口功能切換電路的電源，所述磁隔離模塊的ia端連接所述對應的電平轉換晶片的iso_rx端並通過一電阻連接所述電源，所述磁隔離模塊的ob端連接所述對應的電平轉換晶片的iso_tx端，所述磁隔離模塊的gnd2端連接所述串行通訊接口功能切換電路的接地端。

所述的模式切換信號隔離電路和所述的模式切換信號接口電連接，用於對所述模式切換信號隔離電路接收到的信號進行隔離並發送至所述模式切換信號接口，所述模式切換信號隔離電路包括第一光耦隔離晶片；

所述第一光耦隔離晶片的第一端通過一電阻連接所述mcu的輸入模式切換信號接口端並通過一電阻接地，所述第一光耦隔離晶片的第二端接地，所述第一光耦隔離晶片的第三端連接所述串行通訊接口功能切換電路的模式切換信號接口，所述第一光耦隔離晶片的第四端連接所述串行通訊接口功能切換電路的電源。

所述的第一收發控制信號隔離電路和所述的第一收發控制信號接口電連接，用於對所述第一收發控制信號隔離電路接收到的信號進行隔離並發送給所述的第一收發控制信號接口，所述第一收發控制信號隔離電路包括第二光耦隔離晶片；

所述第二光耦隔離晶片的第一端通過一電阻連接所述mcu的第一輸入收發控制信號接口並通過一電阻接地，所述第二光耦隔離晶片的第二端接地，所述第二光耦隔離晶片的第三端連接所述串行通訊接口功能切換電路的第一收發控制信號接口，所述第二光耦隔離晶片的第四端連接所述串行通訊接口功能切換電路的電源；

所述隔離電源電路與所述電平轉換晶片、模式切換信號隔離電路、第一收發控制信號隔離電路電連接，用於對其接收的信號進行電源隔離，為所述電平轉換晶片、模式切換信號隔離電路、第一收發控制信號隔離電路提供驅動電壓。

本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換方法，基於上述的一種串行通訊接口功能切換電路進行執行，包括：

第一功能切換方法：

通過所述mcu控制所述模式切換信號接口為低電平、控制所述第一收發控制信號接口為低電平，使得所述第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口為高電平，所述第一發送使能信號接口為低電平，所述第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口為低電平，所述第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口為低電平；

第二功能切換方法：

通過所述mcu控制所述模式切換信號接口為低電平、控制所述第一收發控制信號接口為高電平，使得所述第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口為高電平，所述第一發送使能信號接口為低電平，所述第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口為高電平，所述第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口為高電平；

第三功能切換方法：

通過所述mcu控制所述模式切換信號接口為高電平、控制所述第一收發控制信號接口為低電平，使得所述第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口為低電平，所述第一發送使能信號接口為高電平，所述第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口為低電平，所述第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口為高電平；

第四功能切換方法：

通過所述mcu控制所述模式切換信號接口為高電平、控制所述第一收發控制信號接口為高電平，使得所述第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口為低電平，所述第一發送使能信號接口為高電平，所述第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口為低電平，所述第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口為高電平。

優選地，所述第一功能切換方法還包括：第五功能切換子方法、第六功能切換子方法；

所述第五功能切換子方法包括通過所述mcu控制所述模式切換信號接口為低電平、控制所述第一收發控制信號接口為低電平、控制所述第二收發控制信號接口為高電平，使得所述第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口為高電平，所述第一發送使能信號接口為低電平，所述第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口為低電平，所述第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口為低電平，所述第三電平轉換晶片的第三發送使能信號接口為高電平；

所述第六功能切換子方法包括通過所述mcu控制所述模式切換信號接口為低電平、控制所述第一收發控制信號接口為低電平、控制所述第二收發控制信號接口為低電平，使得所述第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口為高電平，所述第一發送使能信號接口為低電平，所述第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口為低電平，所述第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口為低電平，所述第三電平轉換晶片的第三發送使能信號接口為低電平。

從以上技術方案可以看出，本發明實施例具有以下優點：

本發明實施例包括第一接收控制電路、第一發送控制電路、第二接收控制電路、第二發送控制電路、模式切換信號接口、第一收發控制信號接口、第一接收使能信號接口、第一發送使能信號接口、第二接收使能信號接口、第二發送使能信號接口，使得mcu可以通過控制模式切換信號接口、第一收發控制信號接口的高低電平實現第一電平轉換晶片和第二電平轉換晶片的功能轉換，實現了一個串行接口擁有多個功能的技術效果，從而解決了現多功能串行通訊需要消耗cpu多路串口資源或需要手動切換或採用昂貴的模擬開關的技術問題。此外，通過本發明實施例提供的串行通訊接口功能切換電路以及第三收發控制電路、第二收發控制信號接口、第三發送使能信號接口，通過控制模式切換信號接口、第一收發控制信號接口和第二收發控制信號接口的高低電平可以控制第三電平轉換晶片的功能轉換，從而實現三個功能的轉換。此外，通過本發明實施例的串行通訊接口功能切換電路及第一功能切換方法、第二功能切換方法、第三功能切換方法實現了功能的切換，具體地，通過mcu控制模式切換信號接口和第一收發控制信號接口的高低電平，從而控制了各個功能的使能信號接口的高低電平切換，實現了功能的切換，使得一個電路上實現了功能的任意切換，即一個串口能切換多個功能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的一個實施例的電路圖；

圖2為本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的rs-232接口與rs-485接口切換電路圖；

圖3為本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的另一種rs-232接口與rs-485接口切換電路圖；

圖4為本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的rs-232接口、rs-485接口和rs-422接口切換電路圖；

圖5為本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的電源隔離電路的電路圖；

圖6為本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的串口隔離電路的電路圖；

圖7為本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的模式切換信號隔離電路的電路圖；

圖8為本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的一種第一收發控制信號隔離電路的電路圖；

圖9為本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的rs-232接口、rs-485接口和rs-422接口切換電路的採用mos管的應用例圖。

具體實施方式

本發明實施例提供了一種串行通訊接口功能切換電路及方法，用於解決實現多功能串行通訊需要消耗cpu多路串口資源或需要手動切換或採用昂貴的模擬開關的技術問題。

為使得本發明的發明目的、特徵、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而非全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。

請參閱圖1，本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的一個實施例，包括：第一接收控制電路、第一發送控制電路、第二接收控制電路、第二發送控制電路、模式切換信號接口、第一收發控制信號接口、第一接收使能信號接口、第一發送使能信號接口、第二接收使能信號接口、第二發送使能信號接口；

第一接收控制電路的輸入端連接模式切換信號接口，第一接收控制電路的輸出端連接第一接收使能信號接口；第一發送控制電路的輸入端連接模式切換信號接口，第一發送控制電路的輸出端連接第一發送使能信號接口；第二接收控制電路的輸入端連接模式切換信號接口和第一收發控制信號接口，第二接收控制電路的輸出端連接第二接收使能信號接口；第二發送控制電路的輸入端連接模式切換信號接口和第一收發控制信號接口，第二發送控制電路的輸出端連接第二發送使能信號接口；

第一接收控制電路用於根據輸入的模式切換信號，輸出第一接收使能信號至第一電平轉換晶片的接收控制信號接口，使得第一電平轉換晶片根據第一接收使能信號對第一電平轉換晶片的接收功能使能；

第一發送控制電路用於根據輸入的模式切換信號，輸出第一發送使能信號至第一電平轉換晶片的發送控制信號接口，使得第一電平轉換晶片根據第一發送使能信號對第一電平轉換晶片的發送功能使能；

第二接收控制電路用於根據輸入的模式切換信號和第一收發控制信號，輸出第二接收使能信號至第二電平轉換晶片的接收控制信號接口，使得第二電平轉換晶片根據第二接收使能信號對第二電平轉換晶片的接收功能使能；

第二發送控制電路用於根據輸入的模式切換信號和第一收發控制信號，輸出第二發送使能信號至第二電平轉換晶片的發送控制信號接口，使得第二電平轉換晶片根據第二發送使能信號對第一電平轉換晶片的發送功能使能。

需要說明的是，第一電平轉換晶片和第二電平轉換晶片都是電平轉換晶片，比如rs-232電平轉換晶片、rs-485電平轉換晶片、rs-422電平轉換晶片等。模式切換信號接口用於接收模式切換信號，可以是任意cpu或者mcu等處理器發送的模式切換信號；第一收發控制信號接口用於接收收發控制信號，可以是任意cpu或mcu等處理器發送的收發控制信號；第一接收使能信號接口、第一發送使能信號接口、第二接收使能信號接口、第二發送使能信號接口用於輸出使能信號至對應的電平轉換晶片，使其發送功能或接收功能使能。

具體地，模式切換信號、第一收發控制信號、第一接收使能信號等可以採用高低電平的方式進行信號控制，具體如表1：

表1

通過表1可以看出本發明實施例通過兩個信號輸出4個控制信號，從而實現了控制電路的輸出對電平轉換晶片的接收發送功能是否使能進行控制。

以上是對本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的一個實施例進行詳細的描述，以下將對本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的另一個實施例進行詳細的描述。

請參閱圖2，本發明實施例提供一種串行通訊接口功能切換電路的另一個實施例，包括：第一接收控制電路、第一發送控制電路、第二接收控制電路、第二發送控制電路、模式切換信號接口、第一收發控制信號接口、第一接收使能信號接口、第一發送使能信號接口、第二接收使能信號接口、第二發送使能信號接口；第一接收控制電路包括第一電晶體、第一電阻、第二電阻、第三電阻；第一發送控制電路為一根導線，導線的一端連接模式切換信號接口，導線的另一端連接第一發送使能信號接口；第二接收控制電路包括第一二極體、第二二極體、第七電阻；第二發送控制電路包括第二電晶體、第四電阻、第五電阻、第六電阻；具體地，第一電晶體具體為開關管q1、第二電晶體具體為開關管q2、第一電阻至第七電阻具體為電阻r1～r7、第一二極體具體為二極體d1、第二二極體具體為二極體d2；

開關管q1的第一端通過電阻r2連接模式切換信號接口並通過電阻r3接地，開關管q1的第二端接地，開關管q1的第三端連接第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口並通過電阻r1連接電源；

開關管q2的第一端通過電阻r5連接模式切換信號接口並通過電阻r6接地，開關管q2的第二端接地，開關管q2的第三端連接第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口並通過電阻r4連接第一收發控制信號接口；

二極體d1的正極連接模式切換信號接口，二極體d1的負極連接第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口並通過電阻r7接地；二極體d2的正極連接第一收發控制信號接口，二極體d2的負極連接二極體d1的負極。

需要說明的是，本發明實施例中的電阻的阻值需根據實際情況進行調節，其阻值的具體數值並不影響本發明實施例的功能。

本發明實施例可實現rs-485、rs-232二合一電路的功能：該電路可以實現rs-485、rs-232功能任意切換。具體地，模式切換信號接口、dir為mcu的普通i/o口，第一發送使能信號接口、第一接收使能信號接口為rs-232電平轉換晶片的禁止與啟動的控制信號接口，第二發送使能信號接口、第二接收使能信號接口分別為rs-485電平轉換晶片的發送與接收使能信號接口。

電路功能模式如表2所示：

表2

表2中，mode為本發明實施例中的模式切換信號，dir為第一收發控制信號，232_nen為第一接收使能信號，232_nshdn為第一發送使能信號，485_de為第二發送使能信號，485_nre為第二接收使能信號。

以上是對本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的一個實施例進行詳細的描述，以下將對本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的另一個實施例進行詳細的描述。

請參閱圖3，本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路，包括：第一接收控制電路、第一發送控制電路、第二接收控制電路、第二發送控制電路、模式切換信號接口、第一收發控制信號接口、第一接收使能信號接口、第一發送使能信號接口、第二接收使能信號接口、第二發送使能信號接口；

第一發送控制電路包括第三電晶體、第八電阻、第九電阻、第十電阻；第三電晶體的第一端通過第九電阻連接模式切換信號接口並通過第十電阻接地，第一電晶體的第二端接地，第三電晶體的第三端連接第一電平轉換晶片的第一發送使能信號接口並通過第八電阻連接電源；第一接收控制電路為一根導線，導線的一端連接模式切換信號接口，導線的另一端連接第一接收使能信號接口；第二接收控制電路包括第四電晶體、第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第十四電阻；第四電晶體的第一端通過第十三電阻連接第一收發控制信號接口同時通過第十三電阻和第十二電阻連接模式切換信號接口，第四電晶體的第一端還通過第十四電阻接地，第四電晶體的第二端接地，第四電晶體的第三端連接第二接收使能信號接口並通過第十一電阻連接電源；第二發送控制電路包括第五電晶體、第十五電阻、第十六電阻、第十七電阻、第十八電阻；第五電晶體的第一端通過第十七電阻連接第一收發控制信號接口並通過第十八電阻接地，第五電晶體的第二端接地，第五電晶體的第三端連接第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口並通過第十五電阻連接模式切換信號接口，第五電晶體的第三端還通過第十五電阻和第十六電阻接地。

具體地，本實施例中，第三電晶體具體為三極體q3、第八電阻具體為電阻r8、第九電阻具體為r9、第十電阻具體為r10、第四電晶體具體為三極體q4、第十一電阻具體為r11、第十二電阻具體為r12、第十三電阻具體為r13、第十四電阻具體為r14、第五電晶體具體為三極體q5、第十五電阻具體為r15、第十六電阻具體為r16、第十七電阻具體為r17、第十八電阻具體為r18；

需要說明的是，第一電平轉換晶片和第二電平轉換晶片都是電平轉換晶片，比如rs-232電平轉換晶片、rs-485電平轉換晶片、rs-422電平轉換晶片等。模式切換信號接口用於接收模式切換信號，可以是任意cpu或者mcu等處理器發送的模式切換信號；第一收發控制信號接口用於接收收發控制信號，可以是任意cpu或mcu等處理器發送的收發控制信號；第一接收使能信號接口、第一發送使能信號接口、第二接收使能信號接口、第二發送使能信號接口用於輸出使能信號至對應的電平轉換晶片，使其發送功能或接收功能使能。

以上是對本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的另一個實施例進行詳細的描述，以下將對本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的另一個實施例進行詳細的描述。

請參閱圖4，本發明實施例提供一種串行通訊接口功能切換電路的另一個實施例，包括：第一接收控制電路、第一發送控制電路、第二接收控制電路、第二發送控制電路、模式切換信號接口、第一收發控制信號接口、第一接收使能信號接口、第一發送使能信號接口、第二接收使能信號接口、第二發送使能信號接口；

第一接收控制電路包括第一電晶體、第一電阻、第二電阻、第三電阻；第一發送控制電路為一根導線，導線的一端連接模式切換信號接口，導線的另一端連接第一發送使能信號接口；第二接收控制電路包括第一二極體、第二二極體、第七電阻；第二發送控制電路包括第二電晶體、第四電阻、第五電阻、第六電阻；

具體地，第一電晶體具體為開關管q1、第二電晶體具體為開關管q2、第一電阻至第七電阻具體為電阻r1～r7、第一二極體具體為二極體d1、第二二極體具體為二極體d2；

開關管q1的第一端通過r2電阻連接模式切換信號接口並通過電阻r3接地，開關管q1的第二端接地，開關管q1的第三端連接第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口並通過電阻r1連接電源；

開關管q2的第一端通過r5電阻連接模式切換信號接口並通過電阻r6接地，開關管q2的第二端接地，開關管q2的第三端連接第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口並通過r4電阻連接第一收發控制信號接口；

二極體d1的正極連接第一收發控制信號接口，二極體d1的負極連接第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口並通過電阻r7接地；二極體d2的正極連接模式切換信號接口，二極體d2的負極連接二極體d1的負極。

進一步地，本發明實施例還包括第三收發控制電路、第二收發控制信號接口、第三發送使能信號接口；

所述第三收發控制電路包括第六電晶體、第十九電阻、第二十電阻、第二十一電阻；具體地，第六電晶體具體為開關管q6，第十九電阻具體為電阻r19、第二十電阻具體為電阻r20、第二十一電阻具體為電阻r21。

開關管q6的第一端通過電阻r19連接模式切換信號接口並通過電阻r20連接mcu的第二收發控制信號接口，開關管q6的第二端連接mcu的第二收發控制信號接口，開關管q6的第三端連接第三電平轉換晶片的第三發送使能信號接口並通過電阻r21接地。

進一步地，開關管q1具體為三極體q1，開關管q1的第一端具體為三極體q1的基極，開關管q1的第二端具體為三極體q1的發射極，開關管q1的第三端具體為三極體q1的集電極；開關管q2具體為三極體q2，開關管q2的第一端具體為三極體q2的基極，開關管q2的第二端具體為三極體q2的發射極，開關管q2的第三端具體為三極體q2的集電極；開關管q6具體為三極體q6，開關管q6的第一端具體為三極體q6的基極，開關管q6的第二端具體為三極體q6的發射極，開關管q6的第三端具體為三極體q6的集電極。

需要說明的是，第一電平轉換晶片和第二電平轉換晶片、第三電平轉換晶片都是電平轉換晶片，比如rs-232電平轉換晶片、rs-485電平轉換晶片、rs-422電平轉換晶片等。模式切換信號接口用於接收模式切換信號，可以是任意cpu或者mcu等處理器發送的模式切換信號；第一收發控制信號接口用於接收收發控制信號，可以是任意cpu或mcu等處理器發送的收發控制信號；第一接收使能信號接口、第一發送使能信號接口、第二接收使能信號接口、第二發送使能信號接口、第三發送使能信號接口用於輸出使能信號至對應的電平轉換晶片，使其發送功能或接收功能使能。

需要說明的是，本發明實施例中的電阻的阻值需根據實際情況進行調節，其阻值的具體數值並不影響本發明實施例的功能。

本發明實施例可實現rs-232接口、rs-485接口和rs-422接口切換電路三合一電路的功能。本發明充分利用三極體的開關特性以及二極體的單向導通特性，實現rs-232、rs-485、rs-422三種功能電路的自動切換功能。本應用例中模式切換信號接口、第一收發控制信號接口、第二收發控制信號接口為mcu的普通i/o口，第一電平轉換晶片為rs-232電平轉換晶片，第一發送使能信號接口、第一接收使能信號接口為rs-232電平轉換晶片的禁止與啟動的控制信號接口，第二電平轉換晶片為第一rs-485電平轉換晶片，第二發送使能信號接口、第二接收使能信號接口分別為rs-485電平轉換晶片的發送與接收使能信號接口；第三電平轉換晶片為第二rs-485電平轉換晶片，第三發送使能信號接口為第二rs-485電平轉換晶片的發送使能信號接口。本實施例的rs-422模式是使用兩個rs-485電平轉換晶片來實現的。

mcu通過控制模式切換信號接口、第一收發控制信號接口、第二收發控制信號接口的高低電平來實現rs-232、rs-485、rs-422三種功能任意切換的邏輯。本實施例的rs-422模式是使用兩個rs-485電平轉換晶片來實現的。rs-485模式時是利用rs-422模式中的一個rs-485晶片，即rs-422與rs-485共用一個485電平轉換晶片。

電路功能說明：

表3

表3是rs-232、rs-485、rs-422切換時信號接口邏輯電平值。

表3中，mode為模式切換信號接口，485_dir為第一收發控制信號接口，422_dir為第二收發控制信號接口，232_nen為第一接收使能信號接口，232_nshdn為第一發送使能信號接口，485_de為第二發送使能信號接口，485_nre為第二接收使能信號接口，422_de為第三發送使能信號接口，422_nre為第三接收使能信號接口。

以下將對本發明實施例的功能模式進行詳細的描述。

1、rs-232模式：

用戶使用rs-232時，用mcu控制模式切換信號接口輸出高電平，即可打開rs-232電平轉換晶片並禁止兩個rs-485電平轉換晶片(即第一rs-485電平轉換晶片和第二rs-485電平轉換晶片)，具體工作原理如下：

當模式切換信號接口＝1時，第一發送使能信號接口＝1，第二接收使能信號接口＝1，三極體q1導通，第一接收使能信號接口電平拉低，這樣rs-232電平轉換晶片被使能(第一發送使能信號接口＝1、第一接收使能信號接口＝0)，232功能被啟動；三極體q2也被導通，將第二發送使能信號接口電平被拉低，即第二發送使能信號接口＝0，則第一rs-485電平轉換晶片收發器功能都被禁止(第二接收使能信號接口＝1，第二發送使能信號接口＝0)，即rs-485功能關閉；三極體q6不導通，這時第三發送使能信號接口被電阻r21拉低，即第三發送使能信號接口＝0，則第二rs-485電平轉換晶片的功能也被禁止。故，在模式切換信號接口＝1時，232開，485關，422關。

2、rs-485模式：

用戶使用rs-485時，用mcu控制模式切換信號接口、第一收發控制信號接口、第二收發控制信號接口輸出相應電平，即可禁止rs-232電平轉換晶片並開啟rs-485電平轉換晶片，具體工作原理如下：

2.1、rs-485接收模式(默認模式)

當模式切換信號接口＝0、第一收發控制信號接口＝0、第二收發控制信號接口＝0時，第一發送使能信號接口＝0，第二接收使能信號接口＝0，三極體q1不導通，第一接收使能信號接口被電阻r1拉高，這樣rs-232電平轉換晶片被禁能(第一發送使能信號接口＝0、第一接收使能信號接口＝1)，rs-232功能被禁止；三極體q2也不導通，第二發送使能信號接口通過r4被第一收發控制信號接口拉低，即第二發送使能信號接口＝第一收發控制信號接口＝0，第二接收使能信號接口電平被r7拉低，即第二接收使能信號接口＝0，則第一rs-485電平轉換晶片進入接收模式(第二接收使能信號接口＝0，第二發送使能信號接口＝0)；三極體q6不導通，這時第三發送使能信號接口被電阻r21拉低，即第三發送使能信號接口＝0，則第二rs-485電平轉換晶片的功能也被禁止，即rs-422模式關閉。

故，在模式切換信號接口＝0、第一收發控制信號接口＝0、第二收發控制信號接口＝0時，232關，485收，422關。

2.2、rs-485發送模式

當模式切換信號接口＝0、第一收發控制信號接口＝1、第二收發控制信號接口＝0時，第一發送使能信號接口＝0，第二接收使能信號接口被第一收發控制信號接口通過d2拉高，即第二接收使能信號接口＝1，三極體q1不導通，第一接收使能信號接口被電阻r1拉高，這樣rs-232電平轉換晶片被禁能(第一發送使能信號接口＝0、第一接收使能信號接口＝1)，rs-232功能被禁止；三極體q2也不導通，第二發送使能信號接口通過r4被第一收發控制信號接口拉高，即第二發送使能信號接口＝第一收發控制信號接口＝1，則第一rs-485電平轉換晶片進入發送模式(第二接收使能信號接口＝1，第二發送使能信號接口＝1)；三極體q6不導通，這時第三發送使能信號接口被電阻r21拉低，即第三發送使能信號接口＝0，則第二rs-485電平轉換晶片的功能也被禁止，即rs-422模式關閉。

故，在模式切換信號接口＝0、第一收發控制信號接口＝1、第二收發控制信號接口＝0時，232關，485發，422關。

3、rs-422模式

用戶使用rs-422時，用mcu控制模式切換信號接口、第一收發控制信號接口、第二收發控制信號信號接口輸出相應電平，即可禁止rs-232電平轉換晶片並開啟兩路rs-485電平轉換晶片，具體工作原理如下：

當模式切換信號接口＝0、第一收發控制信號接口＝0、第二收發控制信號接口＝1時，第一發送使能信號接口＝0，第二接收使能信號接口被電阻r7拉低，即第二接收使能信號接口＝0，三極體q1不導通，第一接收使能信號接口被電阻r1拉高，這樣rs-232電平轉換晶片被禁能(第一發送使能信號接口＝0、第一接收使能信號接口＝1)，rs-232功能被禁止；三極體q2也不導通，第二發送使能信號接口通過r4被第一收發控制信號接口拉低，即第二發送使能信號接口＝第一收發控制信號接口＝0，則第一rs-485電平轉換晶片進入接收模式(第二接收使能信號接口＝0，第二發送使能信號接口＝0)；三極體q6導通，這時第三發送使能信號接口被第二收發控制信號接口拉高，即第三發送使能信號接口＝第二收發控制信號接口＝1，則第二rs-485電平轉換晶片進入發送模式，即rs-422模式打開。

故，在模式切換信號接口＝0、第一收發控制信號接口＝0、第二收發控制信號接口＝1時，232關，485收，422發。

以上是對本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的另一個實施例進行詳細的描述，以下將對本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的實施例中的隔離電路進行詳細的描述。

請參閱圖5，本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的實施例還包括電源隔離電路；

電源隔離電路包括電源隔離模塊；兩電容一電阻並聯後與電源隔離模塊的vo接口和0v接口串聯，一電容與電源隔離模塊的vin接口和gnd接口並聯且與一電感串聯後與兩電容並聯；vo接口與串行通訊接口功能切換電路的電源連接，0v接口與串行通訊接口功能切換電路的接地端連接，vin接口通過電感與mcu的電源端連接，gnd接口與mcu的接地端連接。

請參閱圖6，進一步地，還包括串口隔離電路；串口隔離電路包括磁隔離模塊；所述磁隔離模塊的vdd1端連接vin輸入電源，所述磁隔離模塊的oa端連接mcu的rx端，所述磁隔離模塊的ib端連接所述mcu的tx端並通過一電阻連接所述vin輸入電源，所述磁隔離模塊的gnd1端連接所述mcu的接地端，所述磁隔離模塊的vdd2端連接所述串行通訊接口功能切換電路的電源，所述磁隔離模塊的ia端連接所述對應的電平轉換晶片的iso_rx端並通過一電阻連接所述電源，所述磁隔離模塊的ob端連接所述對應的電平轉換晶片的iso_tx端，所述磁隔離模塊的gnd2端連接所述串行通訊接口功能切換電路的接地端。

請參閱圖7，進一步地，還包括模式切換信號隔離電路；模式切換信號隔離電路包括第一光耦隔離晶片；第一光耦隔離晶片的第一端通過一電阻連接mcu的輸入模式切換信號接口端並通過一電阻接地，第一光耦隔離晶片的第二端接地，第一光耦隔離晶片的第三端連接串行通訊接口功能切換電路的模式切換信號接口端，第一光耦隔離晶片的第四端連接串行通訊接口功能切換電路的電源。

請參閱圖8，進一步地，還包括第一收發控制信號隔離電路；第一收發控制信號隔離電路包括第二光耦隔離晶片；第二光耦隔離晶片的第一端通過一電阻連接mcu的第一輸入收發控制信號接口並通過一電阻接地，第二光耦隔離晶片的第二端接地，第二光耦隔離晶片的第三端連接串行通訊接口功能切換電路的第一收發控制信號接口，第二光耦隔離晶片的第四端連接串行通訊接口功能切換電路的電源。

如果要對系統進行保護，可在本發明的電路前級加上隔離電路。其中u1為電源隔離模塊，為本發明電路提供隔離電源；u2為磁隔離模塊，將cpu的串口tx和rx信號與本發明電路隔離，如果串口的通信速度很高的話，建議選擇高速隔離晶片；u3、u4為光耦隔離晶片，將cpu的普通i/o口與本發明電路相隔離。通過以上隔離模塊與隔離晶片的作用，可以將cpu電路與本發明電路完全實現電氣上的隔離，這樣不僅提高了系統的穩定性，也提高了系統的抗幹擾能力。

分析方法：對於光耦u3、u4，當輸入模式切換信號、第一輸入收發控制信號為高電平時，光耦導通，即：模式切換信號、第一收發控制信號也為高電平狀態；當輸入模式切換信號、第一輸入收發控制信號為低電平時，光耦不導通，即：模式切換信號、第一收發控制信號也為高阻狀態，其電平狀態取決於本發明電路。

以上是對本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路的另一個實施例進行詳細的描述，以下將對本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換方法的一個實施例進行詳細的描述。

本發明實施例提供一種串行通訊接口功能切換方法，基於上述的一種串行通訊接口功能切換電路進行執行，包括：

第一功能切換方法：通過mcu控制模式切換信號接口為低電平、控制第一收發控制信號接口為低電平，使得第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口為高電平，第一發送使能信號接口為低電平，第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口為低電平，第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口為低電平；

第二功能切換方法：通過mcu控制模式切換信號接口為低電平、控制第一收發控制信號接口為高電平，使得第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口為高電平，第一發送使能信號接口為低電平，第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口為高電平，第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口為高電平；

第三功能切換方法：通過mcu控制模式切換信號接口為高電平、控制第一收發控制信號接口為低電平，使得第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口為低電平，第一發送使能信號接口為高電平，第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口為低電平，第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口為高電平；

第四功能切換方法：通過mcu控制模式切換信號接口為高電平、控制第一收發控制信號接口為高電平，使得第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口為低電平，第一發送使能信號接口為高電平，第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口為低電平，第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口為高電平。

第五功能切換子方法：第五功能切換子方法包括通過mcu控制模式切換信號接口為低電平、控制第一收發控制信號接口為低電平、控制第二收發控制信號接口為高電平，使得第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口為高電平，第一發送使能信號接口為低電平，第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口為低電平，第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口為低電平，第三電平轉換晶片的第三發送使能信號接口為高電平；

第六功能切換子方法包括通過mcu控制模式切換信號接口為低電平、控制第一收發控制信號接口為低電平、控制第二收發控制信號接口為低電平，使得第一電平轉換晶片的第一接收使能信號接口為高電平，第一發送使能信號接口為低電平，第二電平轉換晶片的第二發送使能信號接口為低電平，第二電平轉換晶片的第二接收使能信號接口為低電平，第三電平轉換晶片的第三發送使能信號接口為低電平。

以上是對本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換方法的一個實施例進行詳細的描述，以下將對本發明實施例提供的一種串行通訊接口功能切換電路及方法的一個應用例進行詳細的描述。

本發明實施例還可以利用mos管實現三種功能的切換。

請參閱圖9，利用mos管來代替本發明中的三極體。mos管是壓控元件，只要加到壓控元件的導通電壓，mos管就能像三極體那樣飽和導通，並且導通結的壓降最小。如下圖所示：將本發明中的三個三極體替換為mos管，也可以實現rs-485、rs-232、rs-422功能任意切換。

該替換電路的分析方法與發明電路的分析方法完全一樣，三種模式切換時，各個i/o口的邏輯關係如表4所示。

表4

分析請參見上述的電路功能說明中的rs-232模式、rs-485模式、rs-422模式。

表4中，mode為模式切換信號接口，485_dir為第一收發控制信號接口，422_dir為第二收發控制信號接口，232_nen為第一接收使能信號接口，232_nshdn為第一發送使能信號接口，485_de為第二發送使能信號接口，485_nre為第二接收使能信號接口，422_de為第三發送使能信號接口，422_nre為第三接收使能信號接口。

需要說明的是，本發明實施例的創新點為：1、使用一路串口切換3種接口標準。節省硬體資源，軟體自動切換，能夠使產品滿足不同接口需求。2、電路硬體成本低，兼容性強。非常適合串口伺服器電路需要。

本發明實施例的優點為：電路元器件少，減少pcb面積，故障率低，而且成本非常低；軟體切換方便，程序代碼效率高；電路簡單，可靠性高，實用性非常強；可用於各種使用串口設備的電路當中；本電路使用可以非常廣泛；串口伺服器，工控串口通信接口。需要說明的是，本發明實施例可以將三極體改為組合門電路；也可以將本發明實施例中的三級管替換為mos管，同樣可以實現三種功能的任意切換。需要說明的是，本電路形式，全部通過軟體自動切換，無須人為手動切換。傳統切換方式為跳線帽進行切換，這種方式切換起來費時費力，並且容易出錯，本電路完全避免了這種問題，全程軟體自動切換，根據上文所列出的真值表進行選擇即可，達到全自動的效果。

本發明實施例提供的電路硬體成本低。傳統切換方式，採用模擬開關晶片加上門電路進行切換，價格昂貴，所需要的晶片比較多，佔用pcb面積大，性價比不高，並且模擬開關導通內阻大。本電路採用mos管或者三極體進行切換，價格低廉，速度快，所需器件少，佔用面積小，利於集成化，性價比高。

需要進一步說明的是，上述實施例中的電晶體可以是開關管、三極體、mos管等，具體地，第一電晶體具體為mos管，第一電晶體的第一端具體為mos管的柵極，第一電晶體的第二端具體為mos管的源極，第一電晶體的第三端具體為mos管的漏極；第二電晶體具體為mos管，第二電晶體的第一端具體為mos管的柵極，第二電晶體的第二端具體為mos管的源極，第二電晶體的第三端具體為mos管的漏極；第三電晶體具體為mos管，第三電晶體的第一端具體為mos管的柵極，第三電晶體的第二端具體為mos管的源極，第三電晶體的第三端具體為mos管的漏極。

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。