CN105930293B - 串行收发接口模块与usb接口模块共用端口电路及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及串行收发接口模块与USB接口模块共用端口电路及工作方法，为解决嵌入式***的外设接口模块相互独立，互不兼容，无法共享连接端口的问题。本发明的共用端口电路包括单片机与USB端口，单片机包括：与USB端口连接的串行收发接口模块和USB接口模块；与所述串行收发接口模块和USB接口模块分别连接以阻断接口模块通讯的接口屏蔽单元；与所述接口屏蔽单元和主控单元连接以检测接入共用端口的外部设备接口模块类型，并将检测信息发送给所述主控单元的检测单元；与所述接口屏蔽单元和检测单元连接以根据检测单元发送的检测信息控制接口屏蔽单元的主控单元。

Description

串行收发接口模块与USB接口模块共用端口电路及工作方法
技术领域
本发明涉及嵌入式***，更具体地说，涉及一种串行收发接口模块与USB接口模块共用端口电路及工作方法。
背景技术
嵌入式***和外界交互需要通过通用设备接口模块，如A/D、D/A、I/O等，处理器通过通用设备接口模块和传感器或其它外设连接，实现处理器的输入/输出功能。每个外设通常只有一个独立的功能，且外设与处理器的连接依据接口模块协议标准，各自独立，互不兼容，无法共享连接头，同理，与连接头配合使用的端口也相互独立。但随着USB协议的发展，USB接口模块已经成为通用接口模块，多数独立外设接头也采用USB接口模块，以满足和各种智能设备的连接需要。例如蓝牙适配器通过USB接口模块插接电脑的USB端口，实现电脑与其它外设的蓝牙通信。但是对于嵌入式***装置而言，U盘使用USB接口模块，蓝牙或WIFI模块需要通过执行相应协议的串行收发接口模块连接处理器，无法使用市面上的USB接口模块外设实现无线传输功能。所以应改变现有嵌入式***的串行接口模块与USB接口模块的电路连接关系，使用一个端口连接多个不同类型的外设实现***与外部设备的数据交换，简化***接口模块的配置。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种一个USB端口可以连接多个不同功能外设的串行收发接口模块与USB接口模块共用端口电路及工作方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种串行收发接口模块与USB接口模块共用端口电路，包括单片机与共用的USB端口，单片机包括：与USB端口连接的串行收发接口模块和USB接口模块；与所述串行收发接口模块和USB接口模块分别连接以阻断接口模块通讯的接口屏蔽单元；与所述接口屏蔽单元和主控单元连接以检测接入共用端口的外部设备接口模块类型，并将检测信息发送给所述主控单元的检测单元；与所述接口屏蔽单元和检测单元连接以根据检测单元发送的检测信息控制接口屏蔽单元的主控单元。
所述串行收发接口模块线包括数据发送线和数据接收线，所述数据发送线与USB端口引脚D-连接，所述数据接收线与USB端口引脚D+连接；所述USB接口模块线包括数据传输线D-和数据传输线D+；USB接口模块的数据传输线D-与USB端口引脚D-连接，数据传输线D+与USB端口引脚D+连接。
进一步地，所述串行收发接口模块为UART接口模块；UART接口模块的数据接收线与USB端口引脚D+连接，UART接口模块的数据发送线与USB端口引脚D-连接。
进一步地，所述串行收发接口模块还包括SPI接口模块；所述UART接口模块的数据接收线、SPI接口模块的数据接收线与USB端口引脚D+连接，所述UART接口模块的数据发送线、SPI接口模块的数据发送线与USB端口引脚D-连接。
进一步地，所述串行收发接口模块还包括USB接口模块；所述UART接口模块的数据接收线、SPI接口模块的数据接收线、数据传输线D+与USB端口引脚D+连接，所述UART接口模块的数据发送线、SPI接口模块的数据发送线、USB接口模块的数据传输线D-与USB端口引脚D-连接。
进一步地，所述串行收发接口模块为SPI接口模块，SPI接口模块的数据接收线与USB端口的电气接口模块D+连接，SPI接口模块的数据发送线与USB端口的电气接口模块D-连接。
进一步地，所述串行收发接口模块为USB接口模块，两个USB接口模块的数据传输线D-与USB端口引脚D-连接，数据传输线D+与USB端口引脚D+连接。
进一步地，所述电路还包括电源电路，所述电源电路与USB端口引脚的电源脚连接，所述USB端口引脚还包括接地的返回脚。
进一步地，所述串行收发接口模块的数据接收线和数据发送线经过电阻接地。
本发明还提供一种共用端口电路的工作方法，包括以下步骤：
S1：主控单元控制接口屏蔽单元交替屏蔽串行收发接口模块和USB接口模块；
S2：检测单元通过步骤S1中未被屏蔽的接口模块检测接入共用端口的外部设备接口模块类型，并将检测信息发送给所述主控单元；
S3：若外部设备接口模块类型为USB接口模块，主控单元控制接口屏蔽单元屏蔽串行收发接口模块，使用USB协议与外部设备交换数据；
若外部设备接口模块类型为串行收发接口模块，主控单元控制接口屏蔽单元屏蔽USB接口模块，使用串行收发接口模块协议与外部设备交换数据。
本发明中单片机的串行收发接口模块通过共用USB端口与外设连接通讯，可实现一个端口与不同功能的外设连接。嵌入式***无需设置多个种类不同的接口模块来满足连接外设的需要，串行收发接口模块通过共用电路即可实现一个端口的连接，简化了嵌入式***的安装和配置。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为串行收发接口模块与USB接口模块共用端口的电路框图；
图2为单片机与端口设备通讯流程图；
图3为USB接口模块与UART接口模块共用端口的电路图；
图4为USB接口模块与SPI接口模块共用端口的电路图；
图5为USB接口模块与SPI接口模块、UART接口模块共用端口的电路图；
图6为多个USB接口模块共用端口的电路图；
图7为多个USB接口模块与SPI接口模块、UART接口模块共用端口的电路图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的串行收发接口模块与USB接口模块共用端口的电路进行详细说明。
如图1所示，串行收发接口模块与USB接口模块与一个共用端口连接，且分别和接口屏蔽单元连接，接口屏蔽单元连接主控单元和检测单元。
如图2所示，主控单元控制接口屏蔽单元不断地交替屏蔽USB接口模块和串行收发模块，检测单元通过接口屏蔽单元未屏蔽的接口模块检测与共用端口连接的外部设备的接口模块类型。
当检测单元通过USB接口模块检测到外设使用USB协议通讯，检测单元将检测到的外部设备的接口模块类型信息发送给主控单元，主控单元屏蔽串行收发接口模块，使用USB协议与外部设备交换数据，直至外部设备端口与共用端口断开连接。
当检测单元通过串行收发接口模块检测到外设使用串行收发接口模块协议通讯，检测单元将检测到的外部设备的接口模块类型信息发送给主控单元，主控单元屏蔽USB接口模块，使用串行收发接口模块协议与外部设备交换数据，直至外部设备端口与共用端口断开连接。
如图3所示，共用USB端口的串行收发接口模块包括USB接口模块与UART接口模块。USB接口模块的工作电压为5V，USB接口模块线为四线，即VCC，D+，D-和GND。USB端口用于插接外部设备，在此电路连接中USB有主从设备之分。主设备即USB HOST端为单片机的USB接口模块，USB信号为差分信号，信号线为D+、D-，在USB HOST端，D+和D-各接一个下拉电阻，与USB端口的D+、D-连接，当USB设备***USB端口时，主单片机检测到***设备信号，判断有设备接入以及该设备的类型，并与此设备开始通信。
UART接口模块的工作电压为5V，UART接口模块线包括RXD数据接收线和TXD数据发送线。RXD数据接收线、USB HOST端的D+接口模块线均与USB端口的D+连接。TXD数据发送线、USB HOST端的D-接口模块线均与USB端口的D-连接。
单片机在工作期间，不断切换USB接口模块与UART接口模块检测接入共用端口的外设类型。检测过程中，当外设使用其中一种协议接口模块时，***屏蔽另一接口模块，使用外设通讯协议进行数据传输，消除其可能带来的影响或可能存在的冲突。
例如，使用U盘***端口，单片机通过USB接口模块检测到外设使用USB协议通讯，则屏蔽UART接口模块，使用USB协议与外设交换数据，直至U盘被拔出。U盘拔出后，单片机继续不断切换USB接口模块与UART接口模块检测接入共用接口模块的外设类型。
当使用UART接口模块蓝牙模块，***USB端口时，单片机检测到外设使用UART协议通讯，则屏蔽USB接口模块，使用UART协议与外设交换数据，直至蓝牙模块被拔出。蓝牙模块拔出后，单片机继续不断切换USB接口模块与UART接口模块检测接入共用端口的外设类型。
如图4所示，共用端口的串行收发接口模块包括USB接口模块与SPI接口模块，共用端口为USB端口。USB接口模块与SPI接口模块的工作电压为5V，SPI总线由四条信号线组成：串行时钟线SCLK、串行数据发送线SDO、串行数据接收线SDI与低电平有效从机选择线SS。串行数据接收线SDI、USB HOST端的D+接口模块线均与USB端口的D+连接。串行数据发送线SDO、USB HOST端的D-接口模块线均与USB端口的D-连接。
单片机在工作期间，不断切换USB接口模块与SPI接口模块检测接入共用端口的外设类型。检测过程中，当外设使用其中一种协议接口模块时，***屏蔽另一接口模块，消除其可能带来的影响或可能存在的冲突。
例如，使用U盘***端口，单片机通过USB接口模块检测到外设使用USB协议通讯，则屏蔽SPI接口模块，使用USB协议与外设交换数据，直至U盘被拔出。U盘拔出后，单片机继续不断切换USB接口模块与SPI接口模块检测接入共用接口模块的外设类型。
当使用SPI接口模块***USB端口时，单片机检测到外设使用SPI协议通讯，则屏蔽USB接口模块，使用SPI协议与外设交换数据，直至SPI接口模块被拔出。SPI接口模块拔出后，单片机继续不断切换USB接口模块与SPI接口模块检测接入共用端口的外设类型。
如图5所示，共用端口的串行收发接口模块包括USB接口模块、SPI接口模块和UART接口模块。三者的工作电压相同，均为5V。UART接口模块RXD数据接收线与SPI接口模块串行数据接收线SDI、USB HOST端的D+接口模块线均与USB端口的D+连接。UART接口模块TXD数据发送线与SPI接口模块串行数据发送线SDO、USB HOST端的D-接口模块线均与USB端口的D-连接。
单片机在工作期间，不断切换USB接口模块、SPI接口模块和UART接口模块检测接入共用端口的外设类型。检测过程中，当外设使用其中一种协议接口模块时，***屏蔽另外两个接口模块，消除其可能带来的影响或可能存在的冲突。
如图6所示，共用端口的串行收发接口模块为USB接口模块，每个USB接口模块的D+接口模块线均与USB端口的D+连接，D-接口模块线与USB端口的D-连接。两个USB接口模块共用一个USB端口。
如图7所示，共用端口的串行收发接口模块包括USB接口模块、SPI接口模块和UART接口模块，每种接口模块各两组。六者的工作电压相同，均为5V。两个UART接口模块的RXD数据接收线、两个SPI接口模块的串行数据输入线SDI、两个USB HOST端的D+接口模块线均与USB端口的D+连接。两个UART接口模块的TXD数据发送线、两个SPI接口模块的串行数据输出线SDO、两个USB HOST端的D-接口模块线均与USB端口的D-连接。
单片机在工作期间，不断切换USB接口模块、SPI接口模块和UART接口模块检测接入共用端口的外设类型。检测过程中，当外设使用其中一种协议接口模块时，***屏蔽其它接口模块，消除其可能带来的影响或可能存在的冲突。
本发明中单片机的串行收发接口模块通过共用USB端口与外设连接通讯，可实现一个端口与不同功能的外设连接。嵌入式***无需设置多个种类不同的接口模块来满足连接外设的需要，串行收发接口模块通过共用电路即可实现一个端口的连接，简化了嵌入式***的安装和配置。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种串行收发接口模块与USB接口模块共用端口电路，包括单片机与USB端口，其特征在于，所述单片机包括：
与所述USB端口连接的串行收发接口模块和USB接口模块；
与所述串行收发接口模块和USB接口模块分别连接以阻断接口模块通讯的接口屏蔽单元；
与所述接口屏蔽单元和主控单元连接以检测接入所述USB端口的外部设备接口模块类型，并将检测信息发送给所述主控单元的检测单元；
与所述接口屏蔽单元和检测单元连接以根据检测单元发送的检测信息控制接口屏蔽单元的主控单元，所述主控单元控制所述接口屏蔽单元不断地交替屏蔽所述USB接口模块和所述串行收发模块。
2.根据权利要求1所述的共用端口电路，其特征在于，所述串行收发接口模块包括数据发送线和数据接收线，所述数据发送线与USB端口引脚D-连接，所述数据接收线与USB端口引脚D+连接；
所述USB接口模块包括数据传输线D-和数据传输线D+；USB接口模块的数据传输线D-与USB端口引脚D-连接，数据传输线D+与USB端口引脚D+连接。
3.根据权利要求2所述的共用端口电路，其特征在于，所述串行收发接口模块为UART接口模块；UART接口模块的数据接收线与USB端口引脚D+连接，UART接口模块的数据发送线与USB端口引脚D-连接。
4.根据权利要求3所述的共用端口电路，其特征在于，所述串行收发接口模块还包括SPI接口模块；所述UART接口模块的数据接收线、SPI接口模块的数据接收线与USB端口引脚D+连接，所述UART接口模块的数据发送线、SPI接口模块的数据发送线与USB端口引脚D-连接。
5.根据权利要求4所述的共用端口电路，其特征在于，所述串行收发接口模块还包括第二USB接口模块；所述UART接口模块的数据接收线、SPI接口模块的数据接收线、数据传输线D+与USB端口引脚D+连接，所述UART接口模块的数据发送线、SPI接口模块的数据发送线、第二USB接口模块的数据传输线D-与USB端口引脚D-连接。
6.根据权利要求2所述的共用端口电路，其特征在于，所述串行收发接口模块为SPI接口模块，SPI接口模块的数据接收线与USB端口引脚D+连接，SPI接口模块的数据发送线与USB端口引脚D-连接。
7.根据权利要求2所述的共用端口电路，其特征在于，所述串行收发接口模块为第三USB接口模块，两个USB接口模块的数据传输线D-与USB端口引脚D-连接，数据传输线D+与USB端口引脚D+连接。
8.根据权利要求1～7任一项所述的共用端口电路，其特征在于，所述共用端口电路还包括电源电路，所述电源电路与USB端口引脚的电源脚连接,所述USB端口引脚还包括接地的返回脚。
9.根据权利要求8所述的共用端口电路，其特征在于，所述串行收发接口模块的数据接收线和数据发送线经过电阻接地。
10.一种如上述权利要求1～9任一项所述的共用端口电路的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：主控单元控制接口屏蔽单元交替屏蔽串行收发接口模块和USB接口模块；
S2：检测单元通过步骤S1中未被屏蔽的接口模块检测接入共用端口的外部设备接口模块类型，并将检测信息发送给所述主控单元；
S3：若外部设备接口模块类型为USB接口模块，主控单元控制接口屏蔽单元屏蔽串行收发接口模块，使用USB协议与外部设备交换数据；
若外部设备接口模块类型为串行收发接口模块，主控单元控制接口屏蔽单元屏蔽USB接口模块，使用串行收发接口模块协议与外部设备交换数据。
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