CN102035532A - 通信串口软件切换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通信串口软件切换电路，包括与外部总线连接的I/O扩展芯片，与I/O扩展芯片引脚相连接的现场可编程门阵列器件，通信串口模块和电压转换模块。所述电压转换模块设置有串行端口，串口信号经过电压转换后通过串行端口与现场设备连接。所述I/O扩展芯片设有偶数个通道，所述通道通过编程进行控制，每两个通道一组，分别连接到所述现场可编程门阵列器件作为控制信号，来控制所述通信串口模块之间的切换。所述现场可编程门阵列器件选用门数较少的低端器件以降低成本。本发明电路设计简单，通过应用软件切换不同串口工作，稳定可靠，避免了由于人工操作不当给设备带来损害。
Description
技术领域：
本发明涉及计算机通信串口领域，特别涉及一种应用于通信串口的软件切换电路。
背景技术：
现在广泛应用的通信串口有RS422、RS485、RS232等，而在实际通信应用领域的串口接口电路常常需要变换通信串口的工作模式以满足实际需要，切换方法都是人工控制的机械切换方式，存在人为错误和接触点失效等故障。而且常规应用中的串口工作模式的切换必须通过跳线或者与驱动程序绑定控制外部切换电路实现，必须由串口控制器芯片厂商提供，不易实现。
例如常用的通信串口RS232/485接口转换采用跳线或拨码开关来实现的，是通过人工控制信号走向实现切换的，这种操作方式存在人为错误和接触点失效等故障。
发明内容：
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种通信串口软件切换电路，采用I/O扩展芯片和现场可编程门阵列器件FPGA连接通信串口，并实现不同的通信串口之间的切换功能，准确可靠、有效避免了人为错误或因不当人工的不当操作对设备产生损害，安全性好。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
通信串口软件切换电路，包括与外部总线连接的I/O扩展芯片，与I/O扩展芯片引脚相连接的现场可编程门阵列器件，通信串口模块和电压转换模块。
所述电压转换模块设置有串行端口，串口信号经过电压转换后通过串行端口与现场设备连接；
所述I/O扩展芯片设有偶数个通道，所述通道通过编程进行控制，每两个通道一组，分别连接到所述现场可编程门阵列器件作为控制信号，来控制所述通信串口模块之间的切换。
所述编程控制分组通道的方法简述如下：
(1)通过与I/O扩展芯片连接的外部总线的地址/数据寄存器获取外部连接的总线的当前状态，如状态为忙则等候，直到空闲；若状态为空闲，则进行下一步程序；
(2)初始化I/O扩展芯片，使n(n为偶数)个IO口通道分成n/2组。
所述现场可编程门阵列器件选用门数较少的低端器件以降低成本，所述内设置有数个实现串口控制器引出的串口信号走向的功能块，外置有与所述功能块对应的串行端口。
所述功能块是实现串口控制器引出的串口信号走向哪个通信串口模块的功能，例如是走向RS232接口还是RS485接口。
所述通信串口模块包括由两种不同的通信串口构成的若干组通信串口模块，每两个不同的通信串口构成一组，每组通信串口模块与所述现场可编程门阵列器件的功能块的输出端对应连接，所述功能块的输入端对应连接所述I/O扩展芯片的每组通道。
所述现场可编程门阵列器件的相关引脚分别连接到串口控制器引出的串口的信号，每个串口的信号在内形成一个块，属于这个块的串口信号的输出状态受控于所述I/O扩展芯片的信号输出值，该输出值通过编程实现。例如，以通信串口RS232/RS485接口切换为例，假设第一组的RS232通道控制信号开启时，则现场可编程门阵列器件输出RS232所需的相应信号，并关闭RS485通道。反之，开启RS485通道，则RS232通道关闭。
本发明的有益效果是：采用可编程门阵列器件和I/O扩展芯片实现串口软件切换，是独立于驱动程序的软件切换接口电路，稳定可靠，安全性高，避免人工操作不当或错误给设备带来损害。
附图说明：
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明应用于常用通信串口RS232/485切换电路的结构示意图。
具体实施方式：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明；
参看图1，本发明一种通信串口软件切换电路，包括与外部总线01连接的I/O扩展芯片1、现场可编程门阵列器件2、通信串口3和电压转换模块4。
所述I/O扩展芯片1通过编程通道连接所述现场可编程门阵列器件2内置的功能块21，所述现场可编程门阵列器件2再与所述通信串口3对应连接，所述现场可编程门阵列器件2内置的功能块21是实现其输出的串口信号走向哪个通行串口的功能，属于现有技术的功能模块。
所述I/O扩展芯片1通过编程通道的控制过程及步骤简述为：通过与I/O扩展芯片1连接的外部总线01的地址获取外部总线01的当前状态，若状态为忙则等候，直到空闲；若状态显示为空闲，则初始化I/O扩展芯片1，使其IO口通道进行分组，每两个通道一组并与所述现场可编程门阵列器件2内置的功能块21对应连接。
所述通信串口3再连接电压转换模块4，通信串口3传出的信号经过所述电压转换模块4电压转换以符合电气规范，以便连接现场设备。
实施例一：
参看图2，一种通信串口RS232/485软件切换电路是本发明应用于通信串口RS232/485之间的切换。
一种通信串口RS232/485软件切换电路，包括与外部最简单易用的I2C总线连接的SM Bus GPIO芯片5，内置有四个功能块的现场可编程门阵列器件FPGA-6，四组通信串口RS232/RS485模块63和设有串行端口COM-8的四组RS232/485I/F接口模块7。
所述SM Bus GPIO芯片5即General Purpose Input and Output是一种通用的I/O扩展芯片，SM Bus GPIO芯片5设有八个通道，所述八个通道通过编程进行控制，每两个通道一组，分别与所述现场可编程门阵列器件FPGA-6内置的四个功能块62对应连接，它们是实现串口控制器引出的串口信号走向即是走向RS232接口还是RS485接口的功能块。
由于现场可编程门阵列器件FPGA-6有更大的灵活性，也根据实际需要可以实现更多个功能块。
SM Bus GPIO芯片5设置的八个通道通过编程进行控制连接现场可编程门阵列器件FPGA-6作为控制信号，所述编程控制通道分组过程及步骤简述为：
(1)通过与SM Bus GPIO芯片5连接的外部总线的地址/数据寄存器获取外部总线的当前状态，如状态为忙则等候，直到空闲；若状态为空闲，则进行下一步程序；
(2)初始化I/O扩展芯片即SM Bus GPIO芯片5，使八个IO口通道分成四组。
所述现场可编程门阵列器件FPGA-6的一侧设有四个串行端口61，分别与内置的四个功能块62对应衔接；另一侧每个功能块62引出两条线分别连接一组通信串口RS232/RS485模块63，所述四个功能块62对应连接四组通信串口RS232/RS485模块63。
每组通信串口RS232/RS485模块63对应连接一个RS232/485I/F接口模块7，四个RS232/485I/F接口模块7都设有串行端口COM-8。
I/F即Interface，表示接口，串口信号需要经过电压转换来实现符合RS232/RS485电气规范，以便连接现场设备。所述RS232/485I/F接口模块7是将RS232/RS485串口信号进行电压转换后符合规范进行输出。
本实施例的作用原理及步骤可简述为：现场可编程门阵列器件FPGA-2的相关引脚分别连接到串口控制器引出的串口信号，每个串口的信号在现场可编程门阵列器件FPGA-2内部形成一个块，属于这个块的串口信号的输出状态受控于SM Bus GPIO 芯片5的信号输出值，该输出值通过编程实现。假设第一组的RS232通道控制信号开启时，则现场可编程门阵列器件FPGA-2输出RS232所需的相应信号，并关闭RS485通道。反之，开启RS485通道，则RS232通道关闭，所述四组串口均依据同样的工作原理。
实施例二：参看图3，一种通信串口RS232/422软件切换电路是本发明应用于通信串口RS232/422之间的切换。
一种通信串口RS232/422软件切换电路，包括与外部最简单易用的I2C总线连接的SM Bus GPIO芯片9，内置有四个功能块101的现场可编程门阵列器件FPGA-10，四组通信串口RS232/RS422模块102和设有串行端口COM-12的四组RS232/422I/F接口模块11。
所述SM Bus GPIO芯片9即General Purpose Input and Output是一种通用的I/O扩展芯片，SM Bus GPIO芯片9设有八个通道，所述八个通道通过编程进行控制，每两个通道一组，分别与所述现场可编程门阵列器件FPGA-10内置的四个功能块101对应连接，它们是实现串口控制器引出的串口信号走向即是走向RS232接口还是RS422接口的功能块。
所述SM Bus GPIO芯片9通过编程进行控制通道分组，其控制过程为：
(1)通过与SM Bus GPIO芯片9连接的总线地址/数据寄存器获取外部总线的当前状态，若状态为忙则等候，直到空闲；空闲时进行下一步程序；
(2)初始化I/O扩展芯片即SM Bus GPIO芯片9，使八个IO口通道分成四组。
由于现场可编程门阵列器件FPGA-10有更大的灵活性，也根据实际需要可以实现更多个功能块。
SM Bus GPIO芯片9设置的八个通道通过编程进行控制连接现场可编程门阵列器件FPGA-10作为控制信号，所述可编程门阵列器件FPGA-10的一侧设有四个串行端口13，分别与内置的四个功能块101对应衔接，另一侧每个功能块101对应引出两条线与一组通信串口RS232/RS422模块102，所述四个功能块101分别对应连接四组通信串口RS232/RS422模块102。
所述每组通信串口RS232/RS422模块102对应连接一个RS232/RS422IF接口模块11，所述RS232/RS422IF接口模块11是将RS232/RS422串口信号电压转换为电气规范的可输出信号，并通过串行端口COM-12与外部设备连接。
本实施例的工作过程简述如下：
现场可编程门阵列器件FPGA-10的相关引脚分别连接到串口控制器引出的串口信号，每个串口的信号在现场可编程门阵列器件FPGA-10内部形成一个块，属于这个块的串口信号的输出状态受控于SM Bus GPIO芯片9的信号输出值，该输出值通过编程实现。现场可编程门阵列器件FPGA-10输出的串口信号经过RS232/RS422IF接口模块11电压转换后，通过与所述RS232/RS422IF接口模块11连接的串行端口COM-12与外部设备连接。
假设第一组的RS232通道控制信号开启时，则现场可编程门阵列器件FPGA-10输出RS232所需的相应信号，并关闭RS422通道。反之，开启RS422通道，则RS232通道关闭，上述四组串口均依据同样的工作原理。
实施例三：参看图4，一种通信串口RS422/485软件切换电路是本发明应用于通信串口RS422/485之间的切换。
一种通信串口RS422/485软件切换电路，包括与外部最简单易用的I2C总线连接的SM Bus GPIO芯片14，内置有四个功能块171的现场可编程门阵列器件FPGA-17，四组通信串口RS422/RS485模块172和设有串行端口COM-16的四组RS232/485I/F接口模块15。
所述SM Bus GPIO芯片14即General Purpose Input and Output是一种通用的I/O扩展芯片，SM Bus GPIO芯片14设有八个通道，所述八个通道通过编程进行控制，每两个通道一组，分别与所述现场可编程门阵列器件FPGA-17内置的四个功能块171对应连接，它们是实现串口控制器引出的串口信号走向即是走向RS422接口还是RS485接口的功能块。
由于现场可编程门阵列器件FPGA-17有更大的灵活性，也根据实际需要可以实现更多个功能块，即现场可编程门阵列器件FPGA-17内可设置更多的功能块171，以满足实际需求。
SM Bus GPIO芯片14设置的八个通道通过编程进行控制连接现场可编程门阵列器件FPGA-6作为控制信号，控制过程及步骤简述为：
(1)通过与SM Bus GPIO芯片14连接的外部总线的地址/数据寄存器获取外部总线的当前状态，如状态为忙则等候，直到空闲；若状态显示为空闲，则进行下一步程序。
(2)初始化I/O扩展芯片即SM Bus GPIO芯片14，使八个IO口通道分成四组；
所述现场可编程门阵列器件FPGA-17的一侧设有四个串行端口18，分别与内置的四个功能块171对应衔接；另一侧每个功能块171引出两条线分别连接一组通信串口RS422/RS485模块172，所述四个功能块171对应连接四组通信串口RS422/RS485模块172。
每组通信串口RS422/RS485模块172对应连接一个RS422/485I/F接口模块15，四个RS422/485I/F接口模块15都设有串行端口COM-16。
所述RS232/485I/F接口模块15是将RS232/RS485串口信号进行电压转换后符合规范通过串行端口COM-16进行输出，与外部设备连接。
本实施例的工作过程如下所述：
现场可编程门阵列器件FPGA-17的相关引脚分别连接到串口控制器引出的串口信号，每个串口的信号在现场可编程门阵列器件FPGA-17内部形成一个块，属于这个块的串口信号的输出状态受控于SM Bus GPIO芯片14的信号输出值。现场可编程门阵列器件FPGA-10输出的串口信号经过RS232/RS422IF接口模块15电压转换规范后，通过与所述RS422/RS485IF接口模块15连接的串行端口COM-16与外部设备连接。
假设第一组的RS422通道控制信号开启时，则现场可编程门阵列器件FPGA-17输出RS422所需的相应信号，并关闭RS485通道。反之，开启RS485通道，则RS422通道关闭，上述四组串口均依据同样的工作原理。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (2)
1.通信串口软件切换电路，其特征在于，它包括与外部总线(01)连接的I/O扩展芯片(1)、与I/O扩展芯片(1)引脚相连接的现场可编程门阵列器件FPGA(2)，通信串口(3)和电压转换模块(4)；所述I/O扩展芯片(1)设有偶数个通道，所述通道通过编程进行控制，每两个通道一组，分别连接到所述现场可编程门阵列器件(2)作为控制信号，来控制所述通信串口(3)不同模式之间的切换，所述现场可编程门阵列器件(2)内置有实现输出的串口信号走向的功能块(21)；
每组通信串口(3)的一端与所述现场可编程门阵列器件(2)内置的功能块(21)的输出端对应连接，所述功能块(21)的输入端对应连接所述I/O扩展芯片(1)的每组通道，所述通信串口(3)的另一端连接所述可将串口信号电压转换的电压转换模块(4)。
2.根据权利要求1所述的一种通信串口软件切换电路，其特征在于，所述I/O扩展芯片为SM Bus GPIO芯片(5)，SM Bus GPIO芯片(5)通过编程语言设有八个通道，对应连接内置有四个功能块的现场可编程门阵列器件(6)和进行切换的通信串口RS232/RS485；
SM Bus GPIO芯片(5)中的每两个通道一组与现场可编程门阵列器件(6)的一个功能块对应连接，所述每个功能块对应连接四组通信串口RS232/RS485，每组通信串口RS232/RS485对应连接一个RS232/485I/F模块接口(7)，所述RS232/485I/F接口模块(7)设有串行端口COM(8)。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110427 |