CN111949583B - 一种单线双向通信***以及通信方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种单线双向通信***以及通信方法，通信方法包括：在监听模式下，当主控制器或从控制器的任意一方未监听到对方发送宣示信号时，发送数据，其中，主控制器的优先级高于从控制器的优先级；当主控制器检测到从控制器发送的宣示信号时，主控制器再次发送宣示信号并向从控制器发送数据；当从控制器检测到主控制器发送的宣示信号时，从控制器切换为接收模式以接收主控制器发送的数据。本申请的通信方法可以实现单根数据线实现双向通信，减少了对传输端口资源的占用，并且，本申请的通信方法设置了主从优先级，保证了数据传输的方向性，避免主从双方同时发送数据造成数据冲突，提高了数据传输的可靠性。

Description

一种单线双向通信***以及通信方法

技术领域

本发明属于数据通信技术领域，尤其涉及一种单线双向通信***以及通信方法。

背景技术

在线路板上两个器件之间数据双向传输中，譬如MCU与某功能模块或者两个MCU之间，往往受限于芯片自带通信端口被占用以及IO端口资源紧张等束缚，使得设计变得困难，而选用引脚数目宽裕的元器件又使得线路板面积增加，整体成本上升，影响设备的集成度。现如今常用的元器件之间实现双向通信至少需要采用两根线，譬如是UART或SPI通信接口，占用了器件的接口资源较多。

发明内容

(一)发明目的

为了克服以上不足，本发明的目的在于提供一种单线双向通信***以及基于该通信***的通信方法，以解决现有的元器件双向传输时占用的通信端口较多，元器件体积大不利于集成以及数据传输的可靠性低的技术问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本申请一方面提供的技术方案如下：

一种基于单线双向通信***的通信方法，其特征在于，基于单线双向通信***包括：具有晶体管的主控制器、具有晶体管的从控制器以及上拉电阻，晶体管通过基极分别与主控制器和从控制器连接，两晶体管的集电极之间通过一根数据线双向通信连接，两晶体管的发射极分别接地，上拉电阻的一端连接数据线，另一端连接电源正极，通信方法包括：

在监听模式下，当主控制器或从控制器的任意一方未监听到对方发送宣示信号时，发送数据，其中，主控制器的优先级高于从控制器的优先级；

当主控制器检测到从控制器发送的宣示信号时，主控制器再次发送宣示信号并向从控制器发送数据；

当从控制器检测到主控制器发送的宣示信号时，从控制器切换为接收模式以接收主控制器发送的数据。

本申请的通信方法通过单根数据线实现双向通信，减少了对传输端口资源的占用，传输端口可以设置的更少，可以缩小元器件的整体体积，提高元器件的集成度，并且，为了避免数据冲突，本申请设置了主从优先级，规定主控制器和/或从控制器在发送数据前，都需要监听数据线上是否有对方发送的宣示信号，当主控制器监听到数据线上有从控制器发送的宣示信号，会再次发送宣示信号以提示从控制器切换成接收模式以接收数据，当从控制器监听到数据线上没有主控制器发送的宣示信号才向主控制器送数据，这样保证了数据传输的方向性，避免主从双方同时发送数据造成数据冲突，提高了数据传输的可靠性。

在一些实施例中，在进入监听模式前，当主控制器和/或从控制器需要发送数据时，主控制器和/或从控制器向外发送宣示信号，主从双方监听数据线上是否有对方发送的宣示信号可以获知对方是否将要发送数据，可以提前预判，避免数据冲突。

在一些实施例中，在完成宣示信号发送并且在监听模式下，当主控制器或从控制器任意一方未监听到对方发送的宣示信号时，主控制器再次发送宣示信号，从控制器再次发送宣示信号并且再次进入监听模式，其中，主控制器再次发送的宣示信号的持续时间大于从控制器再次发送到宣示信号的持续时间，主从双方通过再次发送不同持续时间的宣示信号，可以避免主从双方同时发送宣示信号并且同步进入到监听模式，导致双方无法监听到对方发送的宣示信号，导致发送的数据产生冲突。

在一些实施例中，当任一控制器在发送完数据或接收完数据后，切换为监听模式，主控制器、从控制器长时间保持在监测状态可以尽可能监听对方是否有发送控制权宣示信号，提高信息传输的及时性。

在一些实施例中，在监听模式下，还包括：当任一控制器在内部运算时向外发送拒绝访问信号，通过发送绝访问信号可以避免主从控制器在计算较为复杂的运算时，被对方传输的数据打扰中断，保证了主从控制器运算速度以及运算的精确度。

在一些实施例中，当发送宣示信号时，主控制器或从控制器在预定时间段内分别向自身的晶体管发送高电平使数据线从高电平下拉为低电平。

在一些实施例中，当主控制器或从控制器进入监听模式时，主控制器或从控制器向自身的晶体管的基极持续发送低电平，使数据线保持在高电平。

在一些实施例中，当拒接访问信号时，主控制器或从控制器持续向自身的晶体管发送高电平。

附图说明

图1是本发明的通信***的结构示意；

图2是根据本发明的通信方法第二种情况的传输状态图；

图3是根据本发明的通信方法第三种情况的传输状态图；

图4是根据本发明的通信方法第四种情况的传输状态图；

图5是根据本发明的通信方法第五种情况的传输状态图；

图6是根据本发明的通信方法第六种情况的传输状态图；

图7是根据本发明的通信方法的从控制器的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参阅图1，本发明提供的一种通信方法，其包括：

一种基于单线双向通信***的通信方法，其特征在于，基于单线双向通信***包括：具有晶体管的主控制器、具有晶体管的从控制器以及上拉电阻，晶体管通过基极分别与主控制器和从控制器连接，两晶体管的集电极之间通过一根数据线双向通信连接，两晶体管的发射极分别接地，上拉电阻的一端连接数据线，另一端连接电源正极。

通信方法包括：

在监听模式下，当主控制器或从控制器的任意一方未监听到对方发送宣示信号时，发送数据，其中，主控制器的优先级高于从控制器的优先级；

当主控制器检测到从控制器发送的宣示信号时，主控制器再次发送宣示信号并向从控制器发送数据，此时，主控制器抢占了数据线发送的控制权；

当从控制器检测到主控制器发送的宣示信号时，从控制器切换为接收模式以接收主控制器发送的数据，此时，从控制器抢占了数据线发送的控制权。

本申请通过设置主从优先级的传输方式，避免了双方同时发送数据时造成数据冲突，提高了数据传输的可靠性。

具体的，主控制器或从控制器每次需要向外发送数据时，都需要先向外发送宣示信号，然后再进入监听模式，在监听模式下监听对方是否同样有发送宣示信号，若未监听到对方发送的宣示信号，代表对方无数据发送需求，就可以向外发送数据，若监听到对方发送了宣示信号，按上述的主从优先级传输方式进行数据传输。

具体的，在通信***方面，当主控制器或从控制器向外发送宣示信号时，主控制器或从控制器分别向晶体管的基极发送高电平，使晶体管导通，晶体管导通后数据线的电平被拉低，当主控制器或从控制器完成宣示信号发送需要进入监听模式时，主控制器或从控制器分别向基极发送低电平，使晶体管截止，晶体管截止后数据线在电源正极的输入下保持在高电平，主从双方通过检测数据线上的电平变化可以获知对方是否发送了宣示信号，具体的，本申请将宣示信号的保持时间设定为3Tbit。主从双方检测时长根据设定的宣示信号的持续时间比特长度决定，至少为1比特的时间长度。

具体的，可能存在主从双方同时发送宣示信号并且双方同时进入到监听模式的情况，在这种情况下，虽然主控制器或从控制器的任意一方都未监听到对方发送宣示信号，误以为对方无数据发送需求，在这种情况下若双方同时发送数据会造成数据冲突。

为了避免上述情况，本申请的主控制器和从控制器在第一次发送宣示信号并且在监听到对方没有发送宣示信号时，主控制器会再次发送的宣示信号，从控制器会再次发送宣示信号并且再次进入监听模式，主控制器再次发送的宣示信号的持续时间大于从控制器再次发送到宣示信号的持续时间。这样，即使主控制器和从控制器第一次同时发送宣誓信号，由于主从双方第二次发送的宣示信号持续时间比不同，从控制器在第二次发送完宣示信号后会进入监听模式，这样可以保证从控制器能够检测到主控制器第二次发送的宣示信号，避免同时发送数据造成传输冲突，具体的，主控制器第一次发送的宣示信号的持续时间为3Tbit，第二次发送的宣示信号的持续时间为6Tbit，从控制器第一次和第二次发送的宣示信号的持续时间均为3Tbit。

需要说明的是：宣示信号的时间长度可以根据实际通信情况进行设定。

具体的，主控制器或从控制器在发送完数据或接收完数据后，切换为监听模式，重新进行下一轮的数据线控制权的抢占。

优选的，处于监听模式下，当主控制器和/或从控制器在内部进行高速运算时，还可以向外发送拒绝访问信号，当对方检测到对方发送的拒绝访问信号，不会向对方发送数据，这样可以避免对方传输的数据打扰中断，保证了主从控制器运算速度以及运算的精确度。具体的，当需要发送拒绝访问信号时，主控制器或从控制器持续驱动数据线为低电平。

请参阅图2-图7，主从双方竞争数据线的控制权共具体分为以下6种情况：

第一种情况：主控制器和从控制器双方均无数据传输需求，此时双方都处于监听状态，数据线保持高电平。

第二种情况：主控制器有数据传输需求，从控制器无数据传送需求，此时主控制器在发送完两次宣示信号后向外发送数据；

第三种情况：主控制器无数据传送需求，从控制器有数据传输需求，此时从控制器在发送完两次宣示信号并且未监听到主控制器发送的宣示信号后向外发送数据；

第四种情况：主控制器和从控制器都有数据传输需求，主控制器先于从控制器抢先发出宣示信号，此时主控制器在第二次发送完宣示信号后发送数据，从控制器至少一次监听到主控制器发送的宣示信号后转换为输入模式，等待主控制器发送数据；

第五种情况：主控制器和从控制器都有数据传输需求，从控制器先于主控制器抢先发出宣示信号，此时从控制器在监听到主控制器至少一次发送的宣示信号后会转换成输入模式，等待接收主控制器输出数据；

第六种情况：主控制器和从控制器都有数据传输需求，双方同时发出第一的宣示信号并且双方都没有监听到对方第一次发送的宣示信号，当从控制器监听到主控制器第二次发送的宣示信号，从控制器转换成接收状态，主控制器向外发出数据。

具体的，数据的通信编码方式可根据双方的资源配置确定，可以是归零码、不归零码、调制码等，本发明不做限制。但必须注意的是本通信属于异步方式，需要依据通信双方的参考时钟精度，传输数据的长度，对于设置异步传输的帧结构和波特率，本发明不做限制。

本发明推荐的几种逻辑编码方式与数据传输帧结构

1、异步串行不归零码无应答方式帧结构：

无数据传输时，数据线被驱动为高电平；

有数据传输时，1bit码元时值的低电平代表0，定义为起始位；

起始位后连续传输固定bit长度的不归零数据，数据长度由波特率精度决定。

数据bits之后是1bit码元时值的高电平代表1，定义为停止位；

停止bit之后的高电平代表着一个数据帧的结束，数据线处于空闲状态。

对于总线的控制方，大于一个帧时长的数据线空闲状态，被认为放弃数据线的控制权，进入监听模式；对于数据接收方，被认为结束数据接收，进入监听状态。

每个数据帧发送完毕后，无需接收方给出应答信号。

2、异步串行不归零码应答方式帧结构：

无数据传输时，数据线被驱动为高电平；

有数据传输时，1bit码元时值的低电平代表0，定义为起始位；

起始位后连续传输固定bit长度的不归零数据，数据长度由波特率精度决定。

数据bits之后是1bit码元时值的高电平代表1，定义为停止位；

停止位后紧接着3bit码元时值的应答信号，应答信号第一bit期间，数据发送方首先将驱动数据线的输出端口临时改变为接收状态，其次，数据接收方的接收端口由原来的接收(输入)状态临时改为输出状态并输出为高电平(1)；应答信号的第二bit期间，由原数据接收方输出低电平(0)到数据线上代表收到原发送方发送的数据帧，而由原数据接收方输出高电平(1)或者数据线被上拉到高电平(1)，因而使得原数据发送方接收到高电平(1)表明原数据接收方没有收到最近的一个数据帧；应答信号的第三bit期间，原接收方首先将驱动数据线的输出端口改变回到原接收状态，其次，原发送方将临时的接收端口改变回到原输出状态并输出为高电平(1)；

连续三bit的应答信号之后，数据线的状态及原数据发送端口和数据接收端口的状态都回到了应答信号之前的停止位期间的状态，发送方端口现为输出状态并且输出高电平(1)，数据接收方的端口现为输入端口，数据线为高电平(1)状态，整个数据总线进入高电平空闲状态，代表着一个数据帧的结束。每个数据帧中的一个停止位发送完毕后，必须紧跟三bit的应答信号，应答信号结束代表整个数据帧的终结，总线进入空闲状态。

对于总线的控制方，大于一个帧时长的数据线空闲状态，意味着放弃数据线的控制权，进入监听状态；对于数据接收方，被认为结束数据接收，进入监听状态。

3、异步串行调相码无应答方式帧结构

空闲状态：无数据传输时，数据线被驱动为高电平；

逻辑“0”和“1”表示：有数据传输时，数据线被驱动为低电平，由高电平到低电平的下降沿表征数据bit的开始，低电平的持续时间代表数据bit的取值，低电平的时长小于Nτ代表逻辑0，大于Mτ代表逻辑1，大于等于Nτ而小于等于Mτ区间数值是噪声容限范围，代表误码，其中τ代表最小时间测量，与通信双方的时间基准及其精度有关。数据线由低电平转换为高电平的上升沿代表bit码元的结束。

bits间隙：数据bit之间允许存在有限时长的高电平状态作为数据线的空闲状态间隙作。这个有限时长应小于发送方放弃对数据线驱动权的最小等待时间。

4、异步串行调相码应答方式帧结构

空闲状态：无数据传输时，数据线被驱动为高电平；

逻辑“0”和“1”表示：有数据传输时，数据线被驱动为低电平，由高电平到低电平的下降沿表征数据bit的开始，低电平的持续时间代表数据bit的取值，低电平的时长小于Nτ代表逻辑0，大于Mτ代表逻辑1，大于等于Nτ而小于等于Mτ区间数值是噪声容限范围，代表误码，其中τ代表最小时间测量，与通信双方的时间基准及其精度有关。数据线由低电平转换为高电平的上升沿代表bit码元的结束。

bits间隙：数据bit之间允许存在有限时长的高电平状态作为数据线的空闲状态间隙作。这个有限时长应小于发送方放弃对数据线驱动权的最小等待时间。

应答状态包括三个时间阶段：第一时间阶段Tr，发送方、接收方接口转换阶段；应答bit时间阶段Tack和第三时间阶段Rt，即发送方、接收方接口回转阶段。

Tr阶段：发送方发送完毕最后一个数据比特后，应在尽可能最短的时间内将原发送端口修改为接收端口，并处于接收数就绪状态；如果接收方接收到发送方的数据，接收方应在接收完最后一个数据比特后，并在原发送端更改为接收状态后，将自己的接收端口改变为发送端口并输出高电平；

Tack原接收端口更改为发送状态并出输出高电平后，即可根据以上是否收到过原数据发送方的数据做应答，接收正确回应“1”(或相反)，接收错误回应“0”(或相反)，应答bit的时间应大于逻辑0和逻辑1中码元时值最长的一个时值。

Rt阶段：接收方完成应答后应尽可能在最短时间内将原接收方的接收端口的发送状态更改回正常的接收状态，并处于接收就绪状态；原发送方的发送端口在接收完毕应答信号，等待原接收方的端口状态重置为接收状态并处于接收就绪状态后，更改为原发送状态并输出高电平。

原发送方在发送完毕最后一个数据bit后进入应答接收状态，在(Tr+TACK+Rt)时间间隙内并未接收到任何有效的应答信号时，表明接收端未能收到发送方的数据。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种基于单线双向通信***的通信方法，其特征在于，所述基于单线双向通信***包括：具有晶体管的主控制器、具有晶体管的从控制器以及上拉电阻，所述晶体管通过基极分别与主控制器和所述从控制器连接，两所述晶体管的集电极之间通过一根数据线双向通信连接，两所述晶体管的发射极分别接地，所述上拉电阻的一端连接所述数据线，另一端连接电源正极，所述通信方法包括：

在监听模式下，当所述主控制器或所述从控制器的任意一方未监听到对方发送的宣示信号时，发送数据，其中，所述主控制器的优先级高于所述从控制器的优先级；

当主控制器检测到从控制器发送的宣示信号时，所述主控制器再次发送宣示信号并向所述从控制器发送数据；

当从控制器检测到所述主控制器发送的宣示信号时，所述从控制器切换为接收模式以接收所述主控制器发送的数据；

其中，在监听模式下，所述主控制器或所述从控制器需要向外发送数据时，当主控制器或所述从控制器任意一方未监听到对方发送的宣示信号时，所述主控制器再次发送宣示信号，所述从控制器再次发送宣示信号并且再次进入监听模式，其中，所述主控制器再次发送的宣示信号的持续时间大于所述从控制器再次发送到所述宣示信号的持续时间。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，在进入所述监听模式前，当所述主控制器和/或从控制器需要发送数据时，所述主控制器和/或从控制器向外发送所述宣示信号。

3.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，当任一控制器在发送完数据或接收完数据后，切换为监听模式。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的通信方法，其特征在于，在监听模式下，当任一控制器内部运算时发送拒绝访问信号以拒绝对方发送数据。

5.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，当发送宣示信号时，所述主控制器或从控制器在预定时间段内分别向自身的所述晶体管发送高电平使所述数据线从高电平下拉为低电平。

6.根据权利要求5所述的通信方法，其特征在于，当所述主控制器或从控制器进入监听模式时，所述主控制器或从控制器向自身的所述晶体管的基极持续发送低电平，使所述数据线保持在高电平。

7.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于，当发送所述拒绝访问信号时，所述主控制器或从控制器持续向自身的所述晶体管发送高电平。

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