CN206075271U - 一种支持多种串行协议的协议转换器 - Google Patents

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梁显恩
黄洋
田胜
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Abstract

本实用新型涉及以太网通信技术领域，尤其是一种基于MCU和FPGA的支持多种串行协议的协议转换器。本实用新型提供一种基于MCU和FPGA的TCP/IP转多种串行协议的转换器，能够解决大部分新老产品或设备之间的数据通信转换问题，包括MCU、FPGA可编程逻辑门阵列模块、以太网PHY、CAN总线收发器、拨码开关、多个电平转换器、多个LED灯和多个接口连接器，所述接口连接器有两种，分别为RJ45连接器和DB9连接器，以太网PHY一端设有RJ45连接器，另一端与MCU的输入端连接，MCU上设有拨码开关，MCU的输出端分别连接FPGA可编程逻辑门阵列模块的输入端和多个LED灯，FPGA可编程逻辑门阵列模块的输出端连接CAN总线收发器和多个电平转换器，CAN总线收发器和多个电平转换器输出端分别设有DB9连接器。

Description

一种支持多种串行协议的协议转换器
技术领域
本实用新型涉及以太网通信技术领域，尤其是一种基于MCU和FPGA的支持多种串行协议的协议转换器。
背景技术
随着多年以来嵌入式***和单片机在各行各业的扩展，使得我们的生产和生活越来越便利、智能，接口技术和通信技术的发展也随之涌现出多种设备互联方式和通信方式，比如异步串行协议、同步串行协议、CAN、SPI、I2C、TCP/IP、USB等等。工业产品一般支持比如异步串行协议、同步串行协议、CAN、TCP/IP、I2C等协议的一种或多种，商业产品一般支持TCP/IP、USB、异步串行协议的一种或多种。在生产和调试过程中经常会遇到新产品需要同老产品互联互通，但产品间没有相同的通信接口，支持的通信协议不同，导致产品无法互联而影响生产进度和效率。
前已有的转换器一种是利用专用集成电路芯片来实现，优点是速率高，可靠性好，缺点是功能单一，灵活性不足。另一种是利用MCU内部模块，使用程序来实现协议转换，优点是程序灵活，根据不同程序可以实现不同功能，缺点是程序编写难度大，复杂功能难易实现，通信速率低。
发明内容
鉴于此，本实用新型提供一种基于MCU和FPGA的TCP/IP转多种串行协议的转换器，能够解决大部分新老产品或设备之间的数据通信转换问题。
为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种支持多种串行协议的协议转换器，包括MCU、FPGA可编程逻辑门阵列模块、以太网PHY、CAN总线收发器、拨码开关、多个电平转换器、多个LED灯和多个接口连接器，所述接口连接器有两种，分别为RJ45连接器和DB9连接器，以太网PHY一端设有RJ45连接器，另一端与MCU的输入端连接，MCU上设有拨码开关，MCU的输出端分别连接FPGA可编程逻辑门阵列模块的输入端和多个LED灯，FPGA可编程逻辑门阵列模块的输出端连接CAN总线收发器和多个电平转换器，CAN总线收发器和多个电平转换器输出端分别设有DB9连接器。
所述电平转换器包括RS232电平转换器、RS485/RS422电平转换器和HDLC电平转换器，FPGA可编程逻辑门阵列模块的异步串行协议输出端口分别与RS232电平转换器和RS485/RS422电平转换器连接，FPGA可编程逻辑门阵列模块的HDLC协议输出端口连接HDLC电平转换器，FPGA可编程逻辑门阵列模块的CAN协议输出端口连接CAN总线收发器。
所述RS232电平转换器采用MAX3232芯片，所述RS485/RS422电平转换器采用ADM2582E芯片，所述HDLC电平转换器采用MAX3170CAI芯片。
所述MCU与FPGA可编程逻辑门阵列模块之间通过总线连接，总线包括16位数据总线、地址总线和控制总线。
所述拨码开关包括模式设置拨码开关和速率设置拨码开关。
所述MCU采用STM32F107VCT6工业级单片机芯片，FPGA可编程逻辑门阵列模块采用EP3C25E144I8N芯片，以太网PHY采用DP83848IVV芯片。
本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型提供的基于MCU和FPGA的支持多种串行协议的协议转换器主要由MCU和FPGA构成；利用MCU的TCP/IP处理能力、数据转储能力和FPGA灵活的IP核构建和高速并行处理能力，最终来实现TCP/IP和多种串行协议之间的转换功能；
2.本实用新型利用MCU的数据存储能力和FPGA的并行数据处理能力，可以很好的弥补功能单一、灵活性不足、或者是程序编写难度大、复杂功能难易实现、通信速率低等现有技术的不足，做到高速率，灵活性高，同时集成多种转换功能。
附图说明：
图1为本实用新型的协议转换器内部组成和结构示意图；
图2为本实用新型的协议转换器内部MCU的工作流程图；
图3为本实用新型的协议转换器内部FPGA可编程逻辑门阵列模块的内部模块结构和连接图；
具体实施方式：
依照以下的附图详细说明关于本实用新型的示例性实施例。
如图1、图2和图3所示的一种支持多种串行协议的协议转换器，包括MCU、FPGA可编程逻辑门阵列模块、以太网PHY、CAN总线收发器、拨码开关、多个电平转换器、多个LED灯和多个接口连接器，所述接口连接器有两种，分别为RJ45连接器和DB9连接器，以太网PHY一端设有RJ45连接器，另一端与MCU的输入端连接，MCU上设有拨码开关，MCU的输出端分别连接FPGA可编程逻辑门阵列模块的输入端和多个LED灯，FPGA可编程逻辑门阵列模块的输出端连接CAN总线收发器和多个电平转换器，CAN总线收发器和多个电平转换器输出端分别设有DB9连接器。
所述电平转换器包括RS232电平转换器、RS485/RS422电平转换器和HDLC电平转换器，FPGA可编程逻辑门阵列模块的异步串行协议输出端口分别与RS232电平转换器和RS485/RS422电平转换器连接，FPGA可编程逻辑门阵列模块的HDLC协议输出端口连接HDLC电平转换器，FPGA可编程逻辑门阵列模块的CAN协议输出端口连接CAN总线收发器。
所述RS232电平转换器采用MAX3232芯片，所述RS485/RS422电平转换器采用ADM2582E芯片，所述HDLC电平转换器采用MAX3170CAI芯片。
所述MCU与FPGA可编程逻辑门阵列模块之间通过总线连接，总线包括16位数据总线、地址总线和控制总线。
所述拨码开关包括模式设置拨码开关和速率设置拨码开关。
所述MCU采用STM32F107VCT6工业级单片机芯片，FPGA可编程逻辑门阵列模块采用EP3C25E144I8N芯片，以太网PHY采用DP83848IVV芯片。
本实用新型的工作原理及工作流程如下：
转换器内部主要由MCU单片机、FPGA可编程逻辑门阵列模块（以下简称FPGA）、以太网PHY、RS232电平转换器、RS485/RS422电平转换器、CAN总线收发器、电源管理芯片、LED指示灯、拨码开关以及各种接口连接器组成，如图2所示。MCU选用意法半导体公司生产的型号为STM32F107VCT6工业级单片机芯片，其拥有256KB片上FLASH，64KB片上RAM，最高72MHz工作频率，3.3V工作电压，最多80个可用IO口，内部含有UART、CAN、ETH、I2C、SPI、USB等多种通信模块。FPGA选用Altera生产的EP3C25E144I8N，内部含有25K个LE单元，4个PLL，66个M9K，608256 RAM bit，66个乘法器模块，最多82个可配置的IO口。以太网PHY芯片采用DP83848IVV，支持10/100M以太网速率，支持MII和RMII接口。RS232电平转换电路采用MAX3232芯片，支持2路RS232电平转换。RS485/RS422电平转换电路采用ADM2582E芯片，内部带电源和接口隔离，最大支持256个节点，最高支持500Kbps通信速率。HDLC电平转换电路采用MAX3170CAI芯片，支持V.35通信标准。CAN总线收发器采用Microchip生产的MCP2551高速CAN总线收发器芯片，支持1Mb/s运行速率，最高可连接112个节点。
使用时，事先设置好模式设置拨码开关和速率设置拨码开关（例如RS232异步串行模式，9600波特率），转换器上电后，MCU采集拨码开关的状态，进行自身初始化（UDP模式）和FPGA的初始化。待初始化完毕后，MCU进入数据采集阶段，一方面等待RJ45端以太网数据帧，一方面等待FPGA的中断信号。若接收到以太网数据帧，则提取数据帧的数据段，通过MCU和FPGA之间的总线发给FPGA，FPGA接收并转存后利用内部相应的模块（异步串行通信模块），按照9600的波特率将数据通过DB9连接器1发送出去。若FPGA接收到DB9连接器1的数据（FPGA工作模式已初始化为RS232异步串行模式，波特率9600），则FPGA会先将数据存储至内部FIFO，待内部FIFO满或数据接收完毕后，FPGA产生一个IRQ中断信号给MCU，通知MCU读取FPGA的FIFO的数据。MCU读取数据完毕后，将数据封装成UDP帧通过RJ45连接器发送出去。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本实用新型构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.一种支持多种串行协议的协议转换器，包括MCU、FPGA可编程逻辑门阵列模块、以太网PHY、CAN总线收发器、拨码开关、多个电平转换器、多个LED灯和多个接口连接器，其特征在于，所述接口连接器有两种，分别为RJ45连接器和DB9连接器，以太网PHY一端设有RJ45连接器，另一端与MCU的输入端连接，MCU上设有拨码开关，MCU的输出端分别连接FPGA可编程逻辑门阵列模块的输入端和多个LED灯，FPGA可编程逻辑门阵列模块的输出端连接CAN总线收发器和多个电平转换器，CAN总线收发器和多个电平转换器输出端分别设有DB9连接器。
2.根据权利要求1所述的支持多种串行协议的协议转换器，其特征在于，所述电平转换器包括RS232电平转换器、RS485/RS422电平转换器和HDLC电平转换器，FPGA可编程逻辑门阵列模块的异步串行协议输出端口分别与RS232电平转换器和RS485/RS422电平转换器连接，FPGA可编程逻辑门阵列模块的HDLC协议输出端口连接HDLC电平转换器，FPGA可编程逻辑门阵列模块的CAN协议输出端口连接CAN总线收发器。
3.根据权利要求2所述的支持多种串行协议的协议转换器，其特征在于，所述RS232电平转换器采用MAX3232芯片，所述RS485/RS422电平转换器采用ADM2582E芯片，所述HDLC电平转换器采用MAX3170CAI芯片。
4.根据权利要求1所述的支持多种串行协议的协议转换器，其特征在于，所述MCU与FPGA可编程逻辑门阵列模块之间通过总线连接，总线包括16位数据总线、地址总线和控制总线。
5.根据权利要求1所述的支持多种串行协议的协议转换器，其特征在于，所述拨码开关包括模式设置拨码开关和速率设置拨码开关。
6.根据权利要求1所述的支持多种串行协议的协议转换器，其特征在于，所述MCU采用STM32F107VCT6工业级单片机芯片，FPGA可编程逻辑门阵列模块采用EP3C25E144I8N芯片，以太网PHY采用DP83848IVV芯片。
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