CN102750252B - Usb/uart接口复用电路及使用该电路的电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种USB/UART接口复用电路及使用该电路的电子设备，该电路包括对外接口、处理芯片、第一模拟开关、第二模拟开关以及分压电路，利用对外接口的第一端口的状态判断连接USB数据线的USB标准接口***或是连接UART数据线的USB标准接口***，判断到前者***时利用第一模拟开关和第二模拟开关切换通路，使得处理芯片的USB_DM引脚与USB数据线的D+线连接，USB_DP引脚与USB数据线的D-线连接，实现USB数据传输；判断到后者***时利用第一模拟开关和第二模拟开关切换通路，使得处理芯片的URXT/GPIO复用引脚与UART数据线的RXT线连接，UTXD/GPIO复用引脚与UART数据线的TXD线连接，实现UART数据传输。本发明能够复用USB接口和UART接口，满足电子设备的薄型化需求，并减少接口数量，美化外观。
Description
技术领域
本发明涉及电子终端领域，特别是涉及一种USB/UART接口复用电路及使用该电路的电子设备。
背景技术
在电子设备中，USB(UniversalSerialBUS，通用串行总线)协议作为一种广泛应用的数据传输方式，设置在手机、PDA(PersonalDigitalAssistant，个人数字助理)、平板电脑以及笔记本等各种电子设备中，电子设备往往设置有USB接口，以供USB数据线连入，从而实现电子设备与USB数据线之间的数据传输。USB数据线包括VBUS线、D+线、D-线以及GND端口。而在一些改进型的USB数据线中，更设置有ID端口，其中，VBUS线可提供5V的直流电压，D+线和D-线用于传输差分数据，GND端口接地，ID端口可供电子设备检测USB数据线是否连入到电子设备的USB接口中。
另外，UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置)协议在电子设备的开发调试中也得到广泛的应用，电子设备往往设置有UART接口，以供UART数据线连入，从而实现电子设备与UART数据线之间的数据传输。UART数据线至少包括RXT线和TXD线，RXT线用于接收串行数据，TXD用于发送串行数据。
若在电子设备上既设置USB接口，又设置UART接口，则需在电子设备上设置两个接口，如此一来将会使得电子设备的外观受到影响，且不能满足电子设备的薄型化需求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种USB/UART接口复用电路及使用该电路的电子设备，能够复用USB接口和UART接口，从而满足电子设备的薄型化需求，并减少接口数量，从而美化外观。
本发明为解决技术问题而采用的一个技术方案是：提供一种USB/UART接口复用电路，包括：对外接口，包括第一端口、第二端口以及第三端口，对外接口设置为与USB标准接口配合，在连接USB数据线的USB标准接口***对外接口时，第一端口与USB数据线的VBUS线连接以从VBUS线获取预定电压值，第二端口与USB数据线的D+线连接，第三端口与USB数据线的D-线连接，在连接UART数据线的USB标准接口***对外接口时，第一端口悬空，第二端口与UART数据线的RXT线连接，第三端口与UART数据线的TXD线连接；处理芯片，包括URXT/GPIO复用引脚、UTXD/GPIO复用引脚、USB_DM引脚以及USB_DP引脚，其中，URXT/GPIO复用引脚在设置为URXT端口时，用于获取外部串行数据，UTXD/GPIO复用引脚在设置为UTXD端口时，用于发送内部串行数据，USB_DM引脚和USB_DM引脚用于传输USB数据的差分信号；第一模拟开关，包括第一端、第二端、第三端以及第四端，第一端与第二端口连接，第二端与USB_DM引脚连接，第三端与URXT/GPIO复用引脚连接，在第四端获取到高电平时，第一端与第二端连接，在第四端获取到低电平时，第一端与第三端连接；第二模拟开关，包括第五端、第六端、第七端以及第八端，第五端与第三端口连接，第六端与USB_DP引脚连接，第七端与UTXD/GPIO复用端口引脚连接，第八端与第四端连接，在第八端获取到高电平时，第五端与第六端连接，在第八端获取到低电平时，第五端与第七端连接；分压电路，包括输入端和输出端，输入端与第一端口连接，输出端与第四端连接，分压电路检测输入端以在输入端的电压值为预定电压值时，控制输出端输出高电平，在输入端悬空时控制输出端输出低电平；其中，在调试完毕后，处理芯片的URXT/GPIO复用引脚以及UTXD/GPIO复用引脚设置为GPIO端口，且设置GPIO端口输出0V电压，使得在所述对外接口没有***任何可与其配合的USB标准接口时，所述第二端口和所述第三端口均输出0V。
其中，在进行调试时，处理芯片的URXT/GPIO复用引脚设置为URXT端口，UTXD/GPIO复用引脚设置为UTXD端口。
其中，对外接口进一步包括第四端口，在连接USB数据线的USB标准接口***对外接口时，第四端口与USB数据线的ID端口连接，在连接UART数据线的USB标准接口***对外接口时，第四端口悬空。
其中，对外接口进一步包括第五端口，在连接USB数据线的USB标准接口***对外接口时，第五端口与USB数据线的GND端口连接，在连接UART数据线的USB标准接口***对外接口时，第五端口与UART数据线的GND端口连接，
其中，预定电压值为5V。
其中，分压电路包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端作为输入端与第一端口连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端接地，第一电阻的另一端作为输出端进一步与第四端连接，第一电阻和第二电阻的电阻值设置为将预定电压值分压为高电平。
其中，第一模拟开关和第二模拟开关封装在同一模拟开关芯片内。
其中，处理芯片进一步包括电源输出引脚，第一模拟开关包括第一电源输入端，第二模拟开关包括第二电源输入端，电源输出引脚分别与第一电源输入端和第二电源输入端相连，处理芯片通过电源输入引脚向第一模拟开关以及第二模拟开关提供电源，以为第一模拟开关以及第二模拟开关进行供电。
本发明为解决技术问题而采用的另外一个技术方案是：提供一种电子设备，该电子设备包括上述的USB/UART接口复用电路。
区别于现有技术的情况，本发明通过利用对外接口的第一端口的状态判断连接USB数据线的USB标准接口***或是连接UART数据线的USB标准接口***，并在判断到连接USB数据线的USB标准接口***时利用第一模拟开关和第二模拟开关切换通路，使得处理芯片的USB_DM引脚与USB数据线的D+线连接，USB_DP引脚与USB数据线的D-线连接，从而实现USB数据传输；在判断到连接UART数据线的USB标准接口***时利用第一模拟开关和第二模拟开关切换通路，使得处理芯片的URXT/GPIO复用引脚与UART数据线的RXT线连接，UTXD/GPIO复用引脚与UART数据线的TXD线连接，从而实现UART数据传输。因此，本发明的技术方案能够复用USB接口和UART接口，从而满足电子设备的薄型化需求，并减少接口数量，从而美化外观。
附图说明
图1是根据本发明实施例的USB/UART接口复用电路的电路简图；
图2是根据本发明实施例的USB/UART接口复用电路与连接USB数据线的USB标准接口对接的电路简图；
图3是根据本发明实施例的USB/UART接口复用电路与连接UART数据线的USB标准接口对接的电路简图；
图4是根据本发明实施例的USB/UART接口复用电路中的第一模拟开关的电路功能图；
图5是根据本发明实施例的USB/UART接口复用电路中的第二模拟开关的电路功能图。
具体实施方式
首先请一并参见图1至图3，其中，图1是根据本发明实施例的USB/UART接口复用电路的电路简图，图2是根据本发明实施例的USB/UART接口复用电路与连接USB数据线的USB标准接口对接的电路简图，图3是根据本发明实施例的USB/UART接口复用电路与连接UART数据线的USB标准接口对接的电路简图。
如图1所示，本发明的USB/UART接口复用电路包括对外接口11、处理芯片12、第一模拟开关13、第二模拟开关14以及分压电路15。
如图2所示，对外接口11包括第一端口1、第二端口2以及第三端口3，对外接口11设置为与USB标准接口配合，在连接USB数据线的USB标准接口***对外接口11时，第一端口1与USB数据线的VBUS线连接以从VBUS线获取预定电压值，第二端口2与USB数据线的D+线连接，第三端口3与USB数据线的D-线连接。其中，预定电压值优选为5V。当然，其取值范围取决于USB数据线的VBUS线可提供的电压值，本发明对此不作具体限定。
如图3所示，在连接UART数据线的USB标准接口***对外接口11时，第一端口1悬空，第二端口2与UART数据线的RXT线连接，第三端口3与UART数据线的TXD线连接。
请进一步参见图1，如图1所示，处理芯片12包括URXT/GPIO复用引脚121、UTXD/GPIO复用引脚122、USB_DM引脚123以及USB_DP引脚124，其中，URXT/GPIO复用引脚121在设置为URXT端口时，用于获取外部串行数据，在设置为GPIO端口时，用于作为通用基本输入输出端口，可向外部获取或输出电压。UTXD/GPIO复用引脚122在设置为UTXD端口时，用于发送内部串行数据，在设置为GPIO端口时，用于作为通用基本输入输出端口，可向外部获取或输出电压。USB_DM引脚123和USB_DP引脚124用于传输USB数据的差分信号。上述URXT/GPIO复用引脚121、UTXD/GPIO复用引脚122的端口选取可通过设置处理芯片12的内部寄存器值来选取，其为现有技术，于此不作赘述。
第一模拟开关13包括第一端COM、第二端NO、第三端NC以及第四端IN，第一端COM与第二端口2连接，第二端NO与USB_DM引脚123连接，第三端NC与URXT/GPIO复用引脚121连接，在第四端IN获取到高电平时，第一端COM与第二端NO连接，在第四端IN获取到低电平时，第一端COM与第三端NC连接。
第二模拟开关14包括第五端COM’、第六端NO’、第七端NC’以及第八端IN’，第五端COM’与第三端口3连接，第六端NO’与USB_DP引脚124连接，第七端NC’与UTXD/GPIO复用引脚连接，第八端IN’与第四端IN连接，在第八端IN’获取到高电平时，第五端COM’与第六端NO’连接，在第八端IN’获取到低电平时，第五端COM’与第七端NC’连接。
分压电路15包括输入端100和输出端200，输入端100与第一端口1连接，输出端200与第四端IN连接，分压电路15检测输入端100以在输入端100的电压值为预定电压值时，控制输出端200输出高电平，在输入端100悬空时控制输出端200输出低电平。
具体地，请进一步参见图1至图3，分压电路15包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的一端作为输入端100与第一端口1连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接地，第一电阻R1的另一端作为输出端200进一步与第四端IN连接，第一电阻R1和第二电阻R2的电阻值设置为将预定电压值分压为高电平。值得注意的是，于此所述的分压电路仅为本发明的分压电路的多种实现方式中的优选方案，其具有简单高效，成本低的效果，而现有技术中可实现相同功能的电容分压电路、集成电路等均可作为本发明的分压电路，于此不作赘述。
本发明通过利用对外接口11的第一端口1的状态来判断连接USB数据线的USB标准接口***或是连接UART数据线的USB标准接口***，并在判断到连接USB数据线的USB标准接口***时利用第一模拟开关13和第二模拟开关14切换通路，使得处理芯片12的USB_DM引脚123与USB数据线的D+线连接，USB_DP引脚124与USB数据线的D-线连接，从而实现USB数据传输；在判断到连接UART数据线的USB标准接口***时利用第一模拟开关13和第二模拟开关14切换通路，使得处理芯片12的URXT/GPIO复用引脚121与UART数据线的RXT线连接，UTXD/GPIO复用引脚122与UART数据线的TXD线连接，从而实现UART数据传输。因此，本发明的技术方案能够复用USB接口和UART接口，从而满足电子设备的薄型化需求，并减少接口数量，从而美化外观。
请进一步参见图1至图3，对外接口11进一步包括第四端口4和第五端口5，在连接USB数据线的USB标准接口***对外接口11时，第四端口4与USB数据线的ID端口连接，第五端口5与USB数据线的GND端口连接。在连接UART数据线的USB标准接口***对外接口11时，第四端口4悬空，第五端口5与UART数据线的GND端口连接。
因此，连接USB数据线的USB标准接口包括端口1’、端口2’、端口3’、端口4’以及端口5’，其分别与USB数据线的VBUS线、D+线、D-线、ID线以及GND线连接，在连接USB数据线的USB标准接口***对外接口11时，VBUS线、D+线、D-线、ID线以及GND线分别与对外接口的第一端口、第二端口、第三端口、第四端口以及第五端口连接。
同理，连接UART数据线的USB标准接口包括端口1”、端口2”、端口3”、端口4”以及端口5”，其中，端口1”和端口4”悬空，端口2”、端口3”以及端口5”分别与UART数据线的RXT线、TXD线以及GND线连接，在连接UART数据线的USB标准接口***对外接口11时，RXT线、TXD线以及GND线分别与对外接口的第二端口、第三端口以及第五端口连接，而第一端口和第四端口悬空。
并请参见图4至图5，图4是根据本发明实施例的USB/UART接口复用电路中的第一模拟开关13的电路功能图，图5是根据本发明实施例的USB/UART接口复用电路中的第二模拟开关14的电路功能图。第一模拟开关13的电路结构简图如图4所示，第二模拟开关14的电路结构简图如图5所示，因此，第一模拟开关13和第二模拟开关14类似于单刀双掷开关，其可以用各种现有技术中可实现通路切换功能的电路或芯片实现，本发明对此不作具体限定。
在本实施例中，处理芯片12包括电源输出引脚125，第一模拟开关13包括第一电源输入端V+，第二模拟开关14包括第二电源输入端V-，电源输出引脚125分别与第一电源输入端V+和第二电源输入端V-相连，处理芯片12通过电源输入引脚125向第一模拟开关13以及第二模拟开关14提供电源，以为第一模拟开关13以及第二模拟开关14进行供电。而在本发明的备选实施例中，第一电源输入端V+和第二电源输入端V-也可直接与电池(图未示)连接。另外，在本发明的备选实施例中，第一模拟开关13以及第二模拟开关14可封装在同一模拟开关芯片内。
值得注意的是，如图3所示，当在本发明中连接UART数据线的USB标准接口***到对外接口11或对外接口11中没有***任何可与其配合的USB标准接口时，对外接口11的第一端口1悬空，分压电路15的电压输出端200向第一模拟开关13的第四端IN和第二模拟开关14的第八端IN’输出低电平，此时，第一端COM与第三端NC连接，第五端COM’与第七端NC’连接，即处理芯片12的URXT/GPIO复用引脚121与UART数据线的URXT线连通，UTXD/GPIO复用引脚122与UART数据线的UTXD线连通。
由以上分析可知，在对外接口11没有***任何可与其配合的USB标准接口时，处理芯片12的URXT/GPIO复用引脚121与对外接口11的第二端口2连通，UTXD/GPIO复用引脚122与对外接口11的第三端口3连通。一般而言，在处理芯片12的URXT/GPIO复用引脚121若设置为URXT端口、UTXD/GPIO复用引脚122设置为UTXD端口时，由于在UART规范中，用于传输串口数据的URXT端口和UTXD端口中的一者须上拉到2.8V。故在对外接口11没有***任何可与其配合的USB标准接口于其中时，对外接口11的第二端口2和第三端口3中的一者会输出2.8V。
而在实际应用中，USB规范要求在连接USB数据线的USB标准接口***对外接口11前，对外接口11中与USB数据线的D+线对应的第二端口2以及与USB数据线的D-线对应的第三端口3要保持在0V。因此，在处理芯片12的URXT/GPIO复用引脚121设置为URXT端口，UTXD/GPIO复用引脚122若设置为UTXD端口时，上述实施例所述的电路在上电工作时并不能满足USB规范。
故，本发明进一步作出如下改进：在进行调试时，将处理芯片12的URXT/GPIO复用引脚121设置为URXT端口，UTXD/GPIO复用引脚122设置为UTXD端口。此时，可在调试阶段充分利用UART传输功能在处理芯片12内进行程序代码的写入或刷新，从而保证开发者能利用本电路的UART数据传输功能进行设备调试。
而在调试完毕后，可利用UART传输功能在处理芯片12内写入一控制代码，以控制处理芯片12的URXT/GPIO复用引脚121以及UTXD/GPIO复用引脚122设置为GPIO端口，且设置GPIO端口输出0V电压。此可使得在对外接口11没有***任何可与其配合的USB标准接口时，对外接口11的第二端口2和第三端口3均输出0V，从而保证本电路满足USB规范。
由于UART数据传输功能仅在调试阶段会被开发者所使用，在调试完毕后的出厂阶段，消费者并不用UART功能对电路进行调试，因此，在本发明中，开发者在利用UART对电路进行调试完毕后，利用UART传输方式在处理芯片12内写入一控制代码，以控制处理芯片12的URXT/GPIO复用引脚121以及UTXD/GPIO复用引脚122设置为GPIO端口，且设置GPIO端口输出0V电压，使得在对外接口11没有***任何可与其配合的USB标准接口时，对外接口11的第二端口2和第三端口3均输出0V，可从而保证本电路满足USB规范。
本发明进一步公开一种电子设备，其包括以上所述的USB/UART接口复用电路。
因此，通过上述公开内容，本发明的技术方案能够复用USB接口和UART接口，从而满足电子设备的薄型化需求，并减少接口数量，从而美化外观。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种USB/UART接口复用电路，其特征在于，包括：
对外接口，包括第一端口、第二端口以及第三端口，所述对外接口设置为与USB标准接口配合，在连接USB数据线的USB标准接口***所述对外接口时，所述第一端口与所述USB数据线的VBUS线连接以从所述VBUS线获取预定电压值，所述第二端口与所述USB数据线的D+线连接，所述第三端口与所述USB数据线的D-线连接，在连接UART数据线的USB标准接口***所述对外接口时，所述第一端口悬空，所述第二端口与所述UART数据线的RXT线连接，所述第三端口与所述UART数据线的TXD线连接；
处理芯片，包括URXT/GPIO复用引脚、UTXD/GPIO复用引脚、USB_DM引脚以及USB_DP引脚，其中，所述URXT/GPIO复用引脚在设置为URXT端口时，用于获取外部串行数据，所述UTXD/GPIO复用引脚在设置为UTXD端口时，用于发送内部串行数据，所述USB_DM引脚和USB_DM引脚用于传输USB数据的差分信号；
第一模拟开关，包括第一端、第二端、第三端以及第四端，所述第一端与所述第二端口连接，所述第二端与所述USB_DM引脚连接，所述第三端与所述URXT/GPIO复用引脚连接，在所述第四端获取到高电平时，所述第一端与所述第二端连接，在所述第四端获取到低电平时，所述第一端与所述第三端连接；
第二模拟开关，包括第五端、第六端、第七端以及第八端，所述第五端与所述第三端口连接，所述第六端与所述USB_DP引脚连接，所述第七端与所述UTXD/GPIO复用端口引脚连接，所述第八端与所述第四端连接，在所述第八端获取到所述高电平时，所述第五端与所述第六端连接，在所述第八端获取到所述低电平时，所述第五端与所述第七端连接；
分压电路，包括输入端和输出端，所述输入端与所述第一端口连接，所述输出端与所述第四端连接，所述分压电路检测所述输入端以在所述输入端的电压值为所述预定电压值时，控制所述输出端输出所述高电平，在所述输入端悬空时控制所述输出端输出所述低电平；
其中，在调试完毕后，所述处理芯片的所述URXT/GPIO复用引脚以及UTXD/GPIO复用引脚设置为GPIO端口，且设置所述GPIO端口输出0V电压，使得在所述对外接口没有***任何可与其配合的USB标准接口时，所述第二端口和所述第三端口均输出0V。
2.根据权利要求1所述的USB/UART接口复用电路，其特征在于，在进行调试时，所述处理芯片的所述URXT/GPIO复用引脚设置为URXT端口，所述UTXD/GPIO复用引脚设置为UTXD端口。
3.根据权利要求1所述的USB/UART接口复用电路，其特征在于，所述对外接口进一步包括第四端口，在连接USB数据线的USB标准接口***所述对外接口时，所述第四端口与所述USB数据线的ID端口连接，在连接UART数据线的USB标准接口***所述对外接口时，所述第四端口悬空。
4.根据权利要求3所述的USB/UART接口复用电路，其特征在于，所述对外接口进一步包括第五端口，在连接USB数据线的USB标准接口***所述对外接口时，所述第五端口与所述USB数据线的GND端口连接，在连接UART数据线的USB标准接口***所述对外接口时，所述第五端口与所述UART数据线的GND端口连接。
5.根据权利要求1所述的USB/UART接口复用电路，其特征在于，所述预定电压值为5V。
6.根据权利要求1所述的USB/UART接口复用电路，其特征在于，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端作为所述输入端与所述第一端口连接，所述第一电阻的另一端作为所述输出端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述第一电阻的另一端进一步与所述第四端连接，所述第一电阻和第二电阻的电阻值设置为将所述预定电压值分压为所述高电平。
7.根据权利要求1所述的USB/UART接口复用电路，其特征在于，所述第一模拟开关和第二模拟开关封装在同一模拟开关芯片内。
8.根据权利要求1所述的USB/UART接口复用电路，其特征在于，所述处理芯片进一步包括电源输出引脚，所述第一模拟开关包括第一电源输入端，所述第二模拟开关包括第二电源输入端，所述电源输出引脚分别与所述第一电源输入端和第二电源输入端相连，所述处理芯片通过所述电源输入引脚向所述第一模拟开关以及第二模拟开关提供电源，以为所述第一模拟开关以及第二模拟开关进行供电。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1至8任一项所述的USB/UART接口复用电路。
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