CN202084028U

CN202084028U - 一种模块化多串口扩展装置

Info

Publication number: CN202084028U
Application number: CN2011201864544U
Authority: CN
Inventors: 张宝辉; 韩亦勇; 闵超波; 李英杰; 姜斌; 夏朋浩; 袁光
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2021-06-03

Abstract

本实用新型公开了一种模块化多串口扩展装置，包括信息处理单元、串并转换单元和串口驱动单元，信息处理单元向上连接到上一级串口，向下连接到串并转换单元，串并转换单元将信号处理单元和串口驱动单元连接起来，串并转换单元通过串口驱动单元向下连接到扩展串口。本实用新型提供一种模块化，使用方便的能够实现串口扩展的装置，在微处理器或主板提供的串口满足不了要求时，通过此装置可以轻易的实现串口扩展。

Description

一种模块化多串口扩展装置

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，特别是一种模块化多串口扩展装置。

背景技术

当前，许多外围电路功能模块、部件、器件及传感器都具有UART串口通信功能，而现阶段的微处理器芯片有的没有UART接口，或者只有一个或两个串口，很少有带有2个以上的，这样在很多情况下，很难满足实际应用中多串口通信的需要。

在申请号为201010195654.6，名为串口集线器及多串口高速通讯方法的中国发明专利提出了一种串口集线器及多串口高速通讯方法，其串口集线器包括处理单元和串口数据切换单元。通过处理单元和串口数据切换单元来控制通讯链路的切换，可以实现电脑主机同时连接多个不同的串口设备。但是在此方案中采用数据切换来实现数据的传输，在两个以上的串口提出请求时会导致数据的丢失。

在申请号为200810088683.5，名为一种多串口实现方法及设备的中国发明专利公开了一种多串口设备，包括控制处理设备、逻辑器件和串口收发器。通过这里的串口收发器来接收多路串口信号，将多路串口信号映射到一个时分复用的TDM接口的多个时隙中，虚拟成多个接口。但在此方案中只实现了接收多路串口信号，没有实现同时收发，只能一个方向传输数据，限制了应用范围。

由此实际应用中需要一种可以扩展出多个可以全双工通信串口的装置，并要求兼容各种串口标准，可以模块化使用，扩展方便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种模块化，使用方便的能够实现串口扩展的装置，在微处理器提供的串口满足不了要求时，通过此装置可以轻易的实现多串口收发数据的扩展。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种模块化多串口扩展装置，包括信息处理单元、串并转换单元和串口驱动单元；

信息处理单元向上连接到上一级串口，向下连接到串并转换单元，串并转换单元将信号处理单元和串口驱动单元连接起来，串并转换单元通过串口驱动单元向下连接到扩展串口，

信息处理单元接收上一级的串口数据，处理数据，串口数据中包含发送目的设备信息，根据目的信息发送到所需发送的扩展串口，根据数据信息发送到所需发送的扩展串口，输出为并行数据到串并转换单元，同时接受串并转换单元的数据，加上扩展串口的设备号信息，输出到上一级串口。

并串转换单元，用于实现从扩展串口接收数据，实现串-并转换，把读取扩展串口中的串行数据转换为并行的数据输出到信息处理单元，同时也可从信息处理单元接收数据，实现并-串转换，将信息处理单元输出的并行数据转换为串行数据输出到扩展串口。

串口驱动单元连接到扩展串口，用于串口电平TTL之间的转换，将串并转换单元的信号和扩展串口的信号相互转换。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：接口标准化，通过串口驱动单元的设计，可以兼容各种常用串口标准，模块化设计可以模块化使用，可以迅速实现多串口的扩展，使用方便。通过FIFO缓存，实现串口收发的全双工通信。并可以以级联的方式实现扩展，扩展接口数量多。

附图说明

图1是本实用新型模块化多串口扩展装置的原理框图；

图2是本实用新型模块化多串口扩展装置提出的一个实施方式的结构示图；

图 3是串行通信接口扩展单元；

图4 是TC16C754B和MAX3160串口扩展硬件连接图；

图5是中心控制系统软件原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型模块化多串口扩展装置，包括信息处理单元、并串转换单元、串口驱动单元。

本实例其中信息处理单元以DSP芯片为核心，负责收发和上一级串口通信。一方面，它以中断的方式接收上一级串口的数据，经运算处理后，将接收到的信息转化为相应的并行数据发给并串转换单元；另一方面，以终端的形式接受扩展串口要求通信的请求，接受并串转换单元的数据，加上串口设备号信息，发送给上一级串口。

并串转换单元，可以实现从扩展串口接收数据，实现串-并转换，把读取扩展串口中的串行数据转换为并行的数据输出到信息处理单元，同时也可从信息处理单元接收数据，实现并-串转换，将信息处理单元输出的并行数据转换为串行数据输出到扩展串口。

并串转换单元由两片TL16C754B和CPLD组成，CPLD主要划分TL16C754B各个串口的地址空间。串口驱动单元103由四片MAX3160组成，可扩展4路串口。图2给出本实例的系统电路的硬件结构，主要包括TMS320F2808型DSP、CPLD、两片TL16C754B、MAX3160、 RS-232/422/485兼容性通信接口等。

TMS320F2808是基于TMS320C2XX内核的高性能32位定点数字信号处理器，其CPU主频可达150 MHz，通信外设有两个异步串行接口模块(SCIs)。TMS320F2808的外部接口可以映像到5个独立的存储空问，当访问这些存储空间时，会产生相应的片选信号(XZCSOAND1、XZCS2、XZCS6AND7)，其中XZCSOAND1和XZCS6AND7分别为两个空间共享的片选信号。将两块TL16C754B扩展到Zone0空间，对应地址为0x2000—0x4000。在CPLD中使用地址映射，划分TL16C754B各个串口的地址空间，对TL16C754B四个通道的片选。TMS320F2808是系统的核心，利用片内的串口通信模块和外接RS-232串口实现DSP与上一级串口的通信，并且结合两片TL16C754B和四片MAX3160扩展到四路UART，从而发送信息到下一级串口。

DSP接收上一级串口数据保存在自己定义的数组中（数组大小可以根据需要定义），数组中定义第一位为下一级串口的ID号，后面几位为串口数据信息，下一级串口的ID号是通过CPLD进行地址映射把754B的几个串口终端ID地址映射到信息处理单元的0x2000—0x4000地址中，数据处理单元通过分析数组中的ID号，判断串口数据信息是发向下一级哪个串口终端，从而往ID号所对应的CPLD所映射的地址中写数据信息，CPLD接收数据后通过映射地址转送给754B对应的串口，从而实现串口扩展。

通过DSP总线扩展实现四路串行通信接口，每个串行通信扩展单元如图3所示。其中串行数据收发器件采用TL16C754B，其上包含两路独立的收发器，接收和发送各带64字节的FIFO，并各自带有Modem接口信号，最高传输速率可达3MBps。TL16C754B采用8位异步串口并行存储接口，可以与DSP的外部存储器接口EMIFA直接相连。TL16C754B还提供两个中断请求信号INTA和INTB，分别用于通道A和B申请DSP的中断。在本实施方式中，根据应用需要，只使用其A通道。

串口驱动单元进行串口电平TTL之间的转换，本实施实例中采用MAX3160。MAX3160为多协议收发器，，使得异步串行接口电平可以配置为 RS-232、RS-422和RS-485三种电平标准。TL16C754B的Modem信号没有完全连接到串行接口上，只是在RS-232接口标准时采用2线制（RXD和TXD），在采用RS422接口标准时为4线制（Y，Z，A，B），采用RS485时采用两线制。MAX3160上的引脚

Figure 2011201864544100002DEST_PATH_IMAGE002

用于选择工作在RS422/485模式还是工作于RS232模式，引脚HDPLX用于选择RS422还是RS485。

用TC16C754B和MAX3160扩展4路串口，连接图如图4所示。

本实用新型还提供了一种可以是实现模块化多串口扩展的方法。应用于信息处理、并串转换单元、串口驱动单元。实现模块化多串口扩展的方法原理图如图5所示。

上一级串口与信息处理单元之间的串口工作方式为中断方式，信息处理单元与下面4个终端的串口之间的工作方式为查询方式。上一级的串口发送串口指令到信息处理单元，这条串口指令包含了选择信号和数据信号。串口指令发送到信息处理单元后，信息处理单元根据指令中的选择信号（ID）将控制信号转发给4个终端，如果ID=1，就将数据信息转发串口外设1；如果ID=2，就将数据信息转发给串口外设2；如果ID=3，就将控制信号转发给串口外设3；如果ID=4，就将控制信号转发给串口外设4；串口指令发送完以后还要返回给上信息处理单元，以检查指令发送是否成功。

当串口外设需要向上一级串口发送数据时，首先会向信息处理单元发送请求信息，信息处理单元查询并串转换单元，接受数据并加上串口外设号码，发送到上一级串口。

本实施方式模块化多串口扩展装置可以模块化使用，其每一个模块的扩展串口都可以通过另外一个模块的上一级串口扩展出更多的串口。

以上公开的仅为本实用新型的一个具体实施方式，但是本实用新型并非局限于此，本领域的技术人员在不脱离本实用新型所保护的范围和精神下，可根据不同的实际需要做出各种具体的变化，仍属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种模块化多串口扩展装置，其特征在于：包括信息处理单元、串并转换单元和串口驱动单元；信息处理单元向上连接到上一级串口，向下连接到串并转换单元，串并转换单元将信号处理单元和串口驱动单元连接起来，串并转换单元通过串口驱动单元向下连接到扩展串口；

信息处理单元读取上一级串口的数据，输出为并行数据到串并转换单元，同时接受串并转换单元的数据，输出到上一级串口，

串并转换单元连接信号处理单元和串口驱动单元，将信号处理单元输出的并行数据转变为串口驱动单元的串行数据，同时将串口驱动单元输出的串行数据转变为信号处理单元的并行数据，

串口驱动单元连接到扩展串口，将串并转换单元的信号和扩展串口的信号相互转换。

2.根据权利要求1所述的模块化多串口扩展装置，其特征在于：所述信息处理单元通过包括一个MCU 即Micro Control Unit-微控制单元，该MCU至少包括一个串口、8位数据线和地址线，MCU的串口连接到上一级串口，8位数据线和地址线连接到串并转换单元；

串口用于接收上一级的串口数据，上一级发送的数据中包含目的串口信息，MCU处理接收的数据，并输出并行数据到串并转换单元接口，同时接受串并转换单元的数据，加上扩展串口的设备号信息，输出到上一级串口。

3.根据权利要求1所述的模块化多串口扩展装置，其特征在于：所述串并转换单元，用于实现从扩展串口接收数据，实现串-并转换，把读取扩展串口中的串行数据转换为并行的数据输出到信息处理单元，同时也可从信息处理单元接收数据，实现并-串转换，将信息处理单元输出的并行数据转换为串行数据输出到扩展串口。