CN101217523A - 一种串行通讯信号的修复装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种串行通讯信号的修复装置及其方法，其包括第一串行通讯端口，第二串行通讯端口，信号修复模块，电源模块，速率选择模块；前述第一串行通讯端口将接收到的通讯信号进行电平转换，送往信号修复模块，在信号修复模块中，根据输入的电平宽度判断输入信号是0还是1，然后按照输入信号速率，将判断的信号值以标准的电平宽度送出到第二串行通讯端口。该装置能够有效的解决了串行通讯信号经过多级串连转接过程中出现的信号失真的问题，具有连线简单，转发速度快的特点。

Description

一种串行通讯信号的修复装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种串行通讯信号的修复装置及其方法，具体涉及RS422、RS485、RS232协议下的串行通讯信号的修复装置及其方法。

背景技术

RS422、RS485、RS232是广泛应用于工业控制等领域的三种通讯协议，其中RS422和RS485满足总线操作，RS232只可以点对点通讯。RS422串行通讯总线满足全双工操作，可以在两对双绞线上并联多个RS422收发器，RS485串行通讯总线只能够半双工操作，因此只需要一对双绞线。在一些特殊的工业控制领域，RS422、RS485并不仅仅应用于总线操作，有时会因为控制设备需要串行级联控制而出现收发器串行级联的情况，同样，RS232收发器也会出现串行级联的情况，级联时，就是将输入信号经过收发器接收后，马上再经过收发器发送出去。在级联收发器个数较少的情况下，通讯不会出现问题，但是当级联收发器个数增多的情况下，会发生通讯故障。经过测试通讯信号的波形，原因如下，通讯信号收发器在电平转换过程中，并不是完全按照输入信号的电平宽度转换的，会出现一些误差，即输出的高电平宽度比输入的高电平宽度窄。由于这三种协议的速率并不高，所以当级联个数不多时，误差积累的并不大，下一级收发器仍可正确判断出信号。但是当级联个数增多时，误差积累就会越来越大，以致输出的高电平越来越窄，最后导致下一级收发器不能正确判断出信号，把高电平认为是低电平，从而出现错误。如果是RS422收发器级联，一般会在级联40个收发器后出现故障，而如果是RS232收发器级联，则在级联8个收发器后出现故障。

目前一些存在于此类串行通讯协议的中继器仅仅是延长通讯距离和扩展通讯器件个数，对于信号误差的修复并没有涉及。如深圳市天地华杰科技有限公司生产的产品TD-109，或是专利号为200420045406.3的“半双工RS485串行通讯中继分支装置”。如果把收发器接收到的信号送往单片机处理，再由单片机通过收发器发出，是可以解决信号误差积累的问题，但是同时又会出现两个问题：其一，实时行不能保证，每个收发器都经过单片机转发，本质上是通过软件来消除错误，这种转发的时间相对较长，在大规模级联的情况下，第一台设备和最后一台设备的延迟会很大，产生的影响是不可以接受的，尤其是在视频拼接墙应用上，会导致拼接墙的画面更换速度不一致，严重影响产品效果；其二，增加成本并降低系统结构的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于避免上述的误差积累，并且能达到实时传输信号的目的。本发明所提出的一种串行通讯信号修复装置及其方法，通过可编程逻辑器件(CPLD)将接收到的信号以选定速率的标准信号宽度发送出去，从而避免误差积累。

为实现上述目的，一种串行通讯信号修复装置包含以下模块：第一串行通讯端口，第二串行通讯端口，信号修复模块，电源模块，速率选择模块；所述电源模块为内电源模块或外接电源模块。

第一串行通讯端口、第二串行通讯端口，用于通讯信号的电平转换，将输入的差分传输电平转换为COMS电平的RXD信号，将输出的COMS电平的TXD转换为差分传输电平；如果用于RS232信号修复，则按RS232传输电平标准进行转换。

信号修复模块，通过逻辑程序编写，固化在一片可编程逻辑器件中，信号经此转发，本质仍是硬件信号处理，延迟时间为几个纳秒，属于实时收发的范围。来自第一串行通讯端口、第二串行通讯端口的RXD信号和TXD信号，接入到可编程逻辑器件中。可编程逻辑器件采样输入的RXD信号，判断在当前的速率下，输入信号的电平状态，然后根据当前的速率，把输入信号按照事先设定好的标准电平宽度通过与TXD信号连接的管脚发送出去。

内电源模块包括四个二极管D1、D2、D3、D4，两个均流电阻R1、R2，线性稳压器LD0，第一串行通讯端口的输入差分传输端分别连接D1、D2，第二串行通讯端口的输入差分传输端分别连接D3、D4，D1、D2连接于R1，D3、D4连接于R2，R1、R2连接于线性稳压器LD0的输入端。

速率选择模块，用于对速率种类的选择，通过拨码开关来选择确定所设定速率，所述拨码开关通过上、下拉电阻连接于可编程逻辑器件。

本发明进一步提供一种串行通讯信号的修复方法，包括以下步骤：

(1)根据串行通讯信号的波特率调整速率选择模块中的拨码开关，并预先通知可编程逻辑器件当前通讯信号的工作波特率；

(2)第一串行通讯端口的电平转换器件将输入的差分传输电平转换为CONS电平的RXD信号；

(3)CMOS电平信号RXD进入到信号修复模块的可编程逻辑器件后，可编程逻辑器件

根据参考时钟采样RXD的电平信号，然后根据拨码开关所选择的波特率，将采样到的信号以当前工作波特率的标准电平宽度发送到第二串行通讯端口的电平转换器件的TXD信号输入端；

(4)第二串行通讯端口的电平转换器件再将CMOS电平的TXD信号转换为差分电平信号输出到连接器，从而完成信号的修复过程。

本发明具有如下优点：结构简单、成本低；具有实时信号传输、性能稳定；可以直接接入通讯系统，无需对原系统的进行改动。

下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的所提供的串行通讯信号修复装置的系统方框图；

图2为本发明所提供的RS422串行通讯信号修复装置的电路图；

图3为本发明所提供的RS232串行通讯信号修复装置的电路图；

图4为本发明所提供的RS485串行通讯信号修复装置的电路图。

具体实施方式

实施例一

请参考图1、图2，为本发明针对RS422串行通讯信号的修复装置。

图2中传输信号输入端11、13，传输信号输出端12、14均为RS422串行通讯端口的连接器接入端。本实例中的连接器15、16采用的是两个DB9连接器，每个连接器都使用了5个接头，包括传输差分输入信号的正端和负端、传输差分输出信号的正端和负端、信号地。

从图中可以看出，第一串行通讯口5和第二串行通讯口1的作用是将传输的信号和内部处理的信号进行电平转换，用于此类的电平转换的器件很多，比如ISL83488等。DB9连接器上的RS422传输差分信号输入端经过跨接在正负端的匹配电阻R3和R8接入到电平转换器件6、7，电平转换器件6、7输出的差分信号经过输入匹配电阻R4、R5和R9、R10接到DB9连接器的RS422传输差分信号输出端。电平转换器件6、7的COMS电平输出端需接一个上拉电阻到VCC。两片电平转换器件6、7的RXD和TXD信号分别接到信号修复模块2的可编程逻辑器件9上，此可编程逻辑器件9需外接一个有源晶体振荡器17提供参考时钟信号。

本实施例中需要从传输差分信号线借入电流，第一串行通讯口5和第二串行通讯口1的RS422传输差分信号输入线的正、负端分别接到肖特基二极管D1、D2、D3、D4上，其中D1、D2的另一端接电阻R1，D3、D4的另一端接电阻R2，R1和R2连接到电源线性稳压器8上。

速率选择模块4中，拨码开关10一端接VCC，另一端都接到信号修复模块2的可编程逻辑器件9上，中间各接一个下拉电阻R11、R12到地。

根据图2的连线方式，下面详细说明信号修复的处理方式。

首先，根据串行通讯信号的波特率调整拨码开关10，预先通知信号修复模块2的可编程逻辑器件9当前通讯信号的工作波特率。RS422通讯方式为电流传输方式，电流流经电阻R3，在电平转换器件6的差分信号输入端产生一个电压降，电平转换器件6根据电压的不同，将信号转换为CMOS电平信号RXD，RXD信号进入到信号修复模块2的可编程逻辑器件9后，信号修复模块2的可编程逻辑器件9根据参考时钟采样RXD的电平信号，然后根据拨码开关10所选择的波特率，将采样到的信号以当前工作波特率的标准电平宽度发送到另一端的电平转换器件7的TXD信号输入端，此电平转换器件7再将CMOS电平的TXD信号转换为差分电平信号输出到DB9连接器。经过此处信号修复，在大规模级联时，会避免电平转换器件6、7的误差积累。

系统供电电流的借入过程如下，只要有串行通讯信号，RS422传输差分信号输入线上就会有电流，当电流的流经方向是从RS422传输差分信号的正端流向负端时，会有电流通过D2流向R1，当电流的流经方向是从RS422传输差分信号的负端流向正端时，会有电流通过D1流向R1，从而会有一个持续的单向电流流过R1。同理，R2也会有一个持续的单向电流流过。流经R1、R2的电流并不能给系统提供一个稳定的正常的工作电压，通过电源线性稳压器8，就可以得到一个稳定的正常的工作电压。因为本装置的功耗非常低，所以RS422传输差分信号输入线上的电流大小可以满足系统的工作电流，同时又不影响信号的传输质量。

实施例二

请参考图1、图3，为本发明针对RS232串行通讯信号的修复装置。本实施例与实施例一的不同之处在于：电平转换器件不同。因为数据信号线上无法取得可以供修复装置工作的工作电压，所以在串行通讯信号的修复装置中采用外接电源，此外接电源从连接器的一个引脚进入；另外，由于传输的电平是RS232电平，所以需选择RS232的电平转换芯片，如MAX3232E。

实施例三

请参考图1、图3，为本发明针对RS485串行通讯信号的修复装置。本实施例与实施例一的不同之处在于：电平转换器件不同。因为数据信号线上无法取得可以供修复装置工作的工作电压，所以在串行通讯信号的修复装置中采用外接电源，此外接电源从连接器的一个引脚进入；另外，由于传输的电平是RS485电平，所以需选择RS485的电平转换芯片，如ISL83072E。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种串行通讯信号的修复装置，其特征在于包含：第一串行通讯端口(5)，第二串行通讯端口(1)，信号修复模块(2)，电源模块(3)，速率选择模块(4)；第一串行通讯端口(5)和第二串行通讯端口(1)分别与电源模块(3)连接；第一串行通讯端口(5)和第二串行通讯端口(1)之间通过信号修复模块(2)连接；信号修复模块(2)还单独与速率选择模块(4)连接；

其中：

第一串行通讯端口(5)中设置有电平转换器件(6)，和第二串行通讯端口(1)中设置有电平转换器件(7)，第一串行通讯端口(5)和第二串行通讯端口(1)用于通讯信号的电平转换和与外界收发信号；

信号修复模块(2)，通过逻辑程序编写，固化在一片可编程逻辑器件(9)中，来自第一串行通讯端口(5)的RXD信号和TXD信号，接入到可编程逻辑器件(9)中，可编程逻辑器件(9)采样输入的RXD信号，判断在当前的速率下，输入信号的电平状态，然后根据当前的速率，把输入信号按照事先设定好的标准电平宽度通过与TXD信号连接的管脚发送出第二串行通讯端口(1)；

电源模块(3)为内电源模块或外电源模块；

速率选择模块(4)，用于对速率种类的选择。

2.如权利要求1所述的修复装置，其特征在于：所述内电源模块(3)，包括四个二极管(D1、D2、D3、D4)，  两个均流电阻(R1、R2)，线性稳压器LD0，第一串行通讯端口(5)的输入差分传输端分别连接第一正端二级管(D1)、第一负端二级管(D2)，第二串行通讯端口(1)的输入差分传输端分别连接第二正端二级管(D3)、第二负端二级管(D4)，第一正端二级管(D1)、第一负端二级管(D2)连接于第一均流电阻(R1)，第二正端二级管(D3)、第二负端二级管(D4)连接于第二均流电阻(R2)，第一均流电阻(R1)、第二均流电阻(R2)连接于线性稳压器LD0的输入端。

3.如权利要求1所述的修复装置，其特征在于：所述速率选择模块(4)通过内置拨码开关(10)来选择确定所设定速率，所述拨码开关(10)通过上、下拉电阻连接于可编程逻辑器件(9)。

4.一种串行通讯信号的修复方法，其特征在于包括以下步骤：

a)根据串行通讯信号的波特率调整速率选择模块(4)中的拨码开关(10)，并预先通知可编程逻辑器件(9)当前通讯信号的工作波特率；

b)第一串行通讯端口(5)的电平转换器件(6)将输入的差分传输电平转换为COMS电平的RXD信号；

c)CMOS电平信号RXD进入到信号修复模块的可编程逻辑器件(9)后，可编程逻辑器件(9)根据参考时钟采样RXD的电平信号，然后根据拨码开关(10)所选择的波特率，将采样到的信号以当前工作波特率的标准电平宽度发送到第二串行通讯端口(1)的电平转换器件(7)的TXD信号输入端；

d)第二串行通讯端口(1)的电平转换器件(7)再将CMOS电平的TXD信号转换为差分电平信号输出到连接器，从而完成信号的修复过程。

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