CN101227264A - 通讯装置、同步串行通讯系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通讯装置、同步串行通讯系统及方法，所述通讯装置和同步串行通讯系统包括一个电平下拉电路，所述同步串行通讯系统方法是采用电平下拉电路将时钟信号的幅值降低，使得特定的从装置能够代替另一从装置进行数据交换，使得串行通讯的方式更加灵活。

Description

通讯装置、同步串行通讯系统及方法

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及通讯领域中的通讯装置和同步串行通讯系统及方法。

背景技术

在嵌入式系统的应用中，很多场合应用到两个设备之间的通讯。并行通讯速度较快，但需要较多的数据线，而串行通讯将数据在一根数据线上分时送出，方便连接，得到了很广泛的应用。

串行通讯主要分为异步和同步两类。计算机上RS232串行通讯口为异步模式，通讯双方约定通讯速度，只需要一根数据线即可完成通讯。而同步模式则增加一根时钟线，用来同步数据线上传输的数据。时钟线由主机控制，在主机处理中断或其他异常时，可以暂停时钟信号，通讯过程挂起(暂停)，等待主机处理完成后，继续发送时钟信号，通讯才能继续进行。目前已经有很多标准的同步串行通讯协议，例如I²C(Inter-Integrated Circuit)通讯协议，SPI(Serial Peripheral Interface)通讯协议等。

同步串行通讯可以在连接到同一时钟线和数据线的多个装置之间进行。为了避免冲突，在此种多装置同步串行通讯系统中一般设定有一个主装置，且时钟信号是由主装置发出，其它则为从装置，接收由主装置发出的时钟信号。每个从装置都有各自固定、相互不同的地址码，通讯开始时，主装置发送将要通讯的从装置所对应的地址码到数据总线上，对应此地址码的从装置响应通讯，得到与主装置的通讯权，即，得到数据线的使用权，而其它从装置处于闲置状态，等待下一次地址识别。一种现有的同步串行通讯系统的较典型的实施例可以参见图1中所示。图1中的同步串行通讯系统包括主装置M以及两个从装置a、b，主装置M和两个从装置a、b连接在同一的数据线和时钟线上，在图1所示的电路中，主装置M和两个从装置a、b也共用同一电源线，当然，主装置M和两个从装置a、b可以有各自的独立电源线，三个装置的工作电压也可以不相同，这些都是非常公知的现有技术。

根据图1中所示，当主装置M需要和从装置a进行数据通讯时，先将从装置a的地址码(假设是“01”)发送到数据线上，从装置a即得到数据线的使用权，后续可以与主装置M进行数据通讯，从装置a工作时的电源、数据和时钟波形图可以参见图2中所示。在从装置a处于工作状态时，从装置b处于闲置状态。如果主装置M需要和从装置b进行数据通讯，则先停止与从装置a之间的数据交换工作，然后将从装置b的地址码(假设是“10”)发送到地址线上，从装置b即得到数据线的使用权，即可与主装置M进行数据通讯，此时，从装置a处于闲置状态。

当然，图1中所示的多装置同步串行通讯系统中包括一个主装置和两个从装置，事实上，这种同步串行通讯系统可以包含一个主装置和两个以上的从装置，其工作原理同上；当然，这种同步串行通讯系统也可以包含一个主装置和仅一个从装置，此时，由于只有一个从装置，地址码也只有一个，即，主装置只会和这个唯一的从装置进行通讯。总之，无论从装置如何变化，工作原理都是类似的，在此不作赘述。

尽管上述的现有同步串行通讯系统简单实用，但是其数据通讯的方式不够灵活，表现在以下两个方面：

一方面，从装置a和b的工作或闲置状态完全由主装置M决定，如果某个同步串行通讯系统包括一个主装置和两个从装置(如图1中所示)，用户需要在从装置a工作的过程中立即使用从装置b代替从装置a与主装置M进行通讯，即，从装置b需要立即替代正处于工作状态下的从装置a与主装置M进行数据通讯，那么，现有的同步串行通讯系统是无法实现这种灵活的数据通讯的。

另一方面，如果某个现有的同步串行通讯系统中包含一个主装置M和一个以上的从装置，用户需要在此同步串行通讯系统加入一个新的通讯装置作为从装置组成新的同步串行通讯系统，而且在新组成的同步串行通讯系统中，用户需要在原有的某个从装置工作的过程中能够使用新加入的从装置代替其与主装置M进行通讯，即，新加入的从装置需要能够立即替代正处于工作状态下的从装置与主装置M进行数据通讯。这种功能上的扩展是现有技术所不能做到的。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种能够被加入到现有同步串行通讯系统中，并能够进行灵活的数据通讯的通讯装置；

本发明的第二目的是提供一种能够进行灵活的数据通讯的同步串行通讯系统；

本发明的第三目的是提供一种能够实现灵活的数据通讯的同步串行通讯方法。

为实现本发明的第一发明目的，本发明提供一种通讯装置，此通讯装置作为外接从装置加入到同步串行通讯系统中，所述同步串行通讯系统包括主装置和至少一个原从装置，主装置与原从装置连接至同一时钟线和数据线，原从装置通过时钟线接收主装置产生的时钟信号并在此时钟信号下与主装置通过数据线进行数据交换，本发明所述的通讯装置包括：

连接至上述同一时钟线和数据线的装置本体，其通过时钟线接收上述主装置的时钟信号，并通过数据线与主装置进行数据交换；

可将主装置所产生的时钟信号幅值降低的电平下拉电路，所述装置本体可在被降低幅值的时钟信号下与主装置进行数据交换。

本发明所提供的通讯装置能够加入到现有的同步串行通讯系统中，通过电平下拉电路降低时钟信号的幅值，使其能够进行灵活的数据通讯。

为实现本发明的第二发明目的，本发明提供一种同步串行通讯系统，其包括：连接至同一时钟线和数据线的主装置、第一从装置和第二从装置，其中第一从装置和第二从装置通过时钟线接收主装置产生的时钟信号且通过数据线与主装置进行数据交换，以及在第一从装置的控制下将主装置所产生的时钟信号幅值降低的电平下拉电路，此第一从装置可在被降低幅值的时钟信号下与主装置进行数据交换，而第二从装置则在此被降低幅值的时钟信号下被屏蔽。

由于本发明所提供的同步串行通讯系统能够在第二从装置与主装置进行通讯的过程中，使用电平下拉电路将时钟信号的幅值降低，使得第一从装置能够代替第二从装置与主装置进行数据通讯，因此数据通讯的方式相比于现有的同步串行通讯系统而言更加灵活。

为实现本发明的第三发明目的，本发明根据上述同步串行通讯系统提供一种同步串行通讯方法，其包括以下步骤：

在第二从装置与主装置进行数据交换时，所述第一从装置对数据进行监控并判断被交换的数据是否满足特定的要求；

如果被交换数据满足特定的要求，则由电平下拉电路将主装置所产生的时钟信号的幅值降低，第一从装置取代第二从装置与主装置进行数据交换。

同样的，本发明所提供的同步串行通讯方法能够在第二从装置与主装置进行通讯的过程中，使用电平下拉电路将时钟信号的幅值降低，使得第一从装置能够代替第二从装置与主装置进行数据通讯，具有非常灵活的数据通讯方式。

本发明的细节将在具体实施例中作更详细的描述。

附图说明

图1是一种现有的同步串行通讯系统的示意图；

图2是图1中同步串行通讯系统的工作波形图；

图3是本发明同步串行通讯系统第一实施例的结构示意图；

图4是将图3中所示的主装置细化后的结构示意图；

图5是将图4中的电路进一步细化后的电路结构示意图；

图6是本发明同步串行通讯系统工作波形图；

图7是本发明同步串行通讯系统应用在打印系统中时的结构示意图。

具体实施方式

参见图3所示，图3揭示了本发明所述的同步串行通讯系统第一实施例的结构示意图。本发明所述的同步串行通讯系统的第一实施例包括主装置S、第一从装置1、第二从装置2以及电平下拉电路4，上述主装置S、第一从装置1、第二从装置2以及电平下拉电路4均连接在同一时钟线上，时钟线的时钟信号是由主装置S的时钟引脚CLK产生的，第一从装置1和第二从装置2分别通过各自的时钟引脚CLK1、CLK2接收主装置S的时钟信号，这和现有技术是相同的，在此不作追述。需要强调的是，由于本发明同步串行通讯系统主要是对时钟线的控制做出改进，而数据线的连接方式等于现有技术相同，因此，为了表达清楚起见，图3中仅示出了包括时钟线在内的关键处的示意性结构。

根据图3中所示的同步串行通讯系统，其与现有的同步串行通讯系统的区别在于：在时钟线上还连接有一个电平下拉电路4，此电平下拉电路4受第一从装置1的控制，即，电平下拉电路4可以在第一从装置1的控制下将主装置S所产生的时钟信号的幅值降低；同时，第一从装置1可在被降低幅值的时钟信号下与主装置进行数据交换，而第二从装置2则不能在被降低幅值的时钟信号下与主装置S进行任何数据交换。因此图3中所示的同步串行通讯系统具备以下功能：当主装置S与第二从装置2进行数据交换时，如果第一从装置1监测到特定的数据而需要代替第二从装置2与主装置S进行数据交换，那么，第一从装置1可以通过控制电平下拉电路4将主装置S发出的时钟信号的幅值降低，此时，由于第二从装置2不能在被降低幅值的时钟信号下与主装置S进行任何数据交换，因此第二从装置与主装置S之间的数据通讯被中断，而另一方面，由于第一从装置1可在被降低幅值的时钟信号下与主装置S进行数据交换，因此，第一从装置1能够代替第二从装置2与主装置S进行数据交换。上述过程使得本发明同步串行通讯系统得通讯方式非常灵活。当然，图3中的实施例仅仅是本发明同步串行通讯系统的其中一个实施例，事实上，从装置的数量可以增加，这些都是本领域内的技术人员根据图3中的第一实施例能够很容易联想到的。

尽管图3已经将本发明同步串行通讯系统的结构和功能作了清楚、简要的描述，为了更具体的说明本发明同步串行通讯系统的结构，使得本领域内的技术人员能够更加清楚地了解本发明同步串行通讯系统的特点且能够毫无障碍的实施，以下结合图4、图5做进一步的描述。

结合参见图4中所示，为了清楚的描述主装置产生时钟信号的过程，可以将图3中所示的主装置S中分为主装置本体S1、时钟驱动电路3、直流电源VCC和限流电阻R1。需要强调的是，主装置S产生时钟信号的方法是多种多样的，图4种仅仅是描述其中一个实例而已，并非意味着本发明仅限于此实例。

在图4中，主装置本体S1包括一个内部时钟引脚CLKout，其产生较为微弱的时钟信号，而电源VCC、限流电阻R1以及时钟驱动电路3的作用就是将此内部时钟信号CLKout进行放大(具体的放大过程将在后文中描述)，然后再输入至时钟线。当然，如果不将CLKout信号放大，而是直接输出到时钟线上作为时钟使用，也是可行的，总之，图4仅仅是对图3中的主装置S的时钟产生电路的细化，不能将其视作对本发明的限制。另一方面，由于本发明中的主装置S的结构与工作方式与现有技术并无不同，因此，本领域内的技术人员完全可以将做适当的变形。

结合参见图5中所示，图5将图4中的电路进一步细化，其中，图4中的时钟驱动电路3用三极管QS实现，而电平下拉电路4则通过稳压二极管QD和三极管Q1共同实现。

由于图5中解释了本发明同步串行通讯系统的最详细的实施方式，有必要针对图5做详细的介绍。

假设VCC为5V，此电压通过限流电阻R1加载到三极管QS，当主装置本体S1输出内部时钟信号CLKout时，在时钟信号CLKout的高电平时期，三极管QS导通，时钟线得到QS的导通电压(接近于零)作为低电平；在时钟信号CLKout的低电平时期，三极管QS截止，时钟线得到5V电压作为高电平，即，时钟线上的时钟信号以5V电压为高电平输入到第一从装置1和第二从装置2的时钟引脚CLK1、CLK2。举例而言，当时钟线输出电压高于2.5V(当然，这个值也是可以根据实际需要以及元器件的特性发生调整的)时，第一从装置1和第二从装置2将认为其为高电平；当时钟线输出电压处于1.5V-2.5V之间时，第二从装置2将认为其为低电平，而第一从装置1仍然会认为其为高电平，当时钟线输出电压低于1.5V时，第一从装置1也会认为其为低电平。也就是说，第一从装置1可以在更低的时钟信号幅值下工作，但是第二从装置2则不能，一旦时钟信号的电平幅值降到2.5V以下，第二从装置2将持续接收低电平，无法继续工作。

电平下拉电路4包括负极连接在时钟线上的稳压二极管QD(假设稳压二极管QD的稳压值为1.5V)和连接于稳压管QD的阳极与地之间的三极管Q1，其中三极管Q1的集电极接稳压二极管QD的正极，三极管Q1的发射极接地，而三极管Q1的基极连接至第一从装置1的控制端，此控制端可以产生直流电压V1。当直流电压V1加载在三极管Q1的基极时，如果时钟线输出高电平(幅值为5V)，那么三极管Q1将导通(假设其导通后的压降为0.7V)，由于稳压二极管QD的稳压作用，时钟线上将得到实际电压为2.2V(1.5+0.7)，时钟信号的电平幅值由此被降低，而降低后的电压将被第二从装置2认为是低电平，被第一从装置1认为是高电平。

当然，电平下拉电路4还可以有其它的实现方式，例如，完全可以用电子开关等具有开关功能的开关元件代替三极管Q1完成相应的开关功能。而稳压二极管QD也可以用其它的分压元件代替，例如一个分压电阻(当然，稳压二极管QD作为分压元件可以使得电路的性能非常优异，其效果要好于一般的分压电阻)。总之，电平下拉电路4的核心思想是：通过第一从装置1控制开关元件(例如三极管Q1)的导通或断开，由于电平下拉电路4连接在时钟线和地(当然，也可以不接地而是接一个较低电平，条件是类似于三极管Q1之类的开关能够被打开)之间，其实质是控制电平下拉电路4与时钟线的导通或断开，当电平下拉电路4与时钟线导通时，即可降低时钟信号的幅值。分压元件起分压作用，可以使得电平下拉电路的整体压降增加，当然，如果所选用的开关元件导通后产生的压降比较大(例如可以达到1.5V-2.5V)，那么就不需要分压元件进行分压，这是本领域内的一般技术人员能够根据上述描述很容易想到的。

结合参见图6中所示的波形图，本发明同步串行通讯系统的主要工作原理如下：

当主装置S发出第二从装置2的地址码时，由于第二从装置2匹配此地址，因此主装置S将发出命令码，与第二从装置进行通讯，在此通讯过程中，如果第一从装置1检测到指定序列(即第一从装置1需要代替第二从装置2进行通讯)，则第一从装置立即产生直流电压V1，控制电平下拉电路4将降低时钟信号的幅值，时钟信号的幅值降低后(如上述举例，幅值降低至2.2V)，根据上述描述，第二从装置2将接收不到高电平，因此被屏蔽，而第一从装置1将仍然能够将降低幅值的时钟信号识别成高电平，因此，第一从装置1能够代替第二从装置2与主装置进行通讯。

综上所述，上述同步串行通讯系统的同步串行通讯方法包括以下步骤：

在第二从装置2与主装置S进行数据交换时，所述第一从装置1对数据进行监控并判断被交换的数据是否满足特定的要求(即，是否有指定的序列出现)；

如果被交换数据满足特定的要求，则由电平下拉电路4将主装置S所产生的时钟信号的幅值降低，第一从装置1取代第二从装置2与主装置S进行数据交换。

同样的，本发明所涉及的通讯装置包括上述的第一从装置1以及电平下拉电路4。此通讯装置可作为外接从装置加入到现有的同步串行通讯系统中组成如图3至图5中所示的新的同步串行通讯系统，通过第一从装置1(作为装置本体，根据实际需要其可以具有数据通讯、处理等功能)和下拉电路4的配合使新的同步串行通讯系统的数据通讯更灵活，实现本发明之目的。由于上述描述已经完全揭示了这种构思和方案，在此不作赘述。

本发明所描述的同步串行通讯系统可以应用在很多领域，例如图7中所示的打印系统，其包括打印机7和可安装到打印机7中的墨盒8，打印机7中包括处理单元71和控制器72，墨盒上设置墨盒芯片81，当墨盒芯片81随着墨盒8安装到打印机中时，上述处理单元71、控制器72和墨盒芯片81电连接并组成图3中所示的同步串行通讯系统，其中，处理单元71对应主装置S，控制器72对应第二从装置2，墨盒芯片81对应第一从装置1和电平下拉电路4，工作原理可参考上述描述。此打印系统可以在处理单元71与控制器71进行数据交换时，通过电平下拉电路4降低时钟信号的幅值，使得墨盒芯片81能够代替控制器72与处理单元71进行数据交换。

更具体地说，墨盒8中容纳墨水，在墨盒8中设置用于检测墨水有无的感应装置(图未示)，例如检测探针，检测探针是设置于墨水中的两个不相接触的电极，在得电情况下，这两个电极通过墨水的导电作用而电导通，如果两个电极之间的墨水消耗殆尽，则电极之间不能电导通，即，如果电极之间不能导通，则表示电极之间的墨水已经耗尽，以此达到检测墨水的目的。墨盒芯片81可以是一个微控制器，此微控制器包括与感应装置连接的信号输入端，感应装置的检测结果输入到信号输入端中，由墨盒芯片81根据检测结果判断是否需要控制电平下拉电路4降低时钟信号的幅值。进一步的，根据感应装置所检测到的不同结果，墨盒芯片8可以输出相应的值至处理单元71。

当然，本发明同步串行通讯系统同样可以应用在使用碳粉盒的打印机上。

根据上述思想，本发明涉及的通讯装置可以是墨盒芯片81，其包括第一从装置1(作为装置本体，根据实际需要其可以具有数据通讯、处理等功能)和电平下拉电路4，墨盒芯片81的结构以及其与墨盒8的连接方式、工作原理等同上，在此不作赘述。

当然，本发明就其更为广阔的形态说并不限于上述实施方案。类似于电平下拉电路4的实现方式、主装置产生时钟的方式以及从装置的数量等等均可以作适当的改变，类似于这样的各种微小改变以及等效变换均应包含在权利要求所涵盖的范围之内。

Claims (15)

1.通讯装置，作为外接从装置加入到同步串行通讯系统中，所述同步串行通讯系统包括主装置和至少一个原从装置，主装置与原从装置连接至同一时钟线和数据线，原从装置通过时钟线接收主装置产生的时钟信号并在此时钟信号下与主装置通过数据线进行数据交换，包括

连接至上述同一时钟线和数据线的装置本体，其通过时钟线接收上述主装置的时钟信号，并通过数据线与主装置进行数据交换；

其特征在于：

一可将主装置所产生的时钟信号幅值降低的电平下拉电路，所述装置本体可在被降低幅值的时钟信号下与主装置进行数据交换。

2.根据权利要求1所述的通讯装置，其特征在于：

所述电平下拉电路包括一连接在时钟线和地之间的开关元件，此开关元件根据上述装置本体的控制信号导通或断开。

3.根据权利要求2所述的通讯装置，其特征在于：

所述电平下拉电路进一步包括串联在开关元件和时钟线之间的分压元件。

4.根据权利要求3所述的通讯装置，其特征在于：

所述开关元件为三极管，所述分压元件为稳压二极管。

5.根据权利要求1所述的通讯装置，其特征在于：

所述同步串行通讯系统为打印系统，主装置为处理单元，原从装置为控制器，而所述通讯装置为设置于墨盒上的墨盒芯片。

6.根据权利要求5所述的通讯装置，其特征在于：

所述墨盒中设置用于检测墨水量的感应装置，墨盒芯片包括与感应装置连接的信号输入端。

7.根据权利要求6所述的通讯装置，其特征在于：

所述感应装置为检测探针。

8.同步串行通讯系统，包括连接至同一时钟线和数据线的主装置、第一从装置和第二从装置，其中第一从装置和第二从装置通过时钟线接收主装置产生的时钟信号且通过数据线与主装置进行数据交换，其特征在于：

在第一从装置的控制下将主装置所产生的时钟信号幅值降低的电平下拉电路，此第一从装置可在被降低幅值的时钟信号下与主装置进行数据交换，而第二从装置则在此被降低幅值的时钟信号下被屏蔽。

9.根据权利要求8所述的同步串行通讯系统，其特征在于：

所述电平下拉电路包括一连接在时钟线和地之间的开关元件，此开关元件根据上述装置本体的控制信号导通或断开。

10.根据权利要求9所述的同步串行通讯系统，其特征在于：

所述电平下拉电路进一步包括串联在开关元件和时钟线之间的分压元件，其中所述开关元件为三极管，所述分压元件为稳压二极管。

11.根据权利要求8所述的同步串行通讯系统，其特征在于：

所述同步串行通讯系统为打印系统，其中主装置为处理单元，第二从装置为控制器，第一从装置为设置于墨盒上的墨盒芯片，电平下拉电路设置在墨盒芯片中。

12.根据权利要求11所述的同步串行通讯系统，其特征在于：

所述墨盒中设置用于检测墨水量的感应装置，墨盒芯片包括与感应装置连接的信号输入端。

13.根据权利要求12所述的同步串行通讯系统，其特征在于：

所述感应装置为检测探针。

14.根据权利要求11所述的同步串行通讯系统，其特征在于：

所述墨盒芯片为微控制器。

15.根据权利要求8所述的同步串行通讯系统的同步串行通讯方法，其包括以下步骤：

在第二从装置与主装置进行数据交换时，所述第一从装置对数据进行监控并判断被交换的数据是否满足特定的要求；

如果被交换数据满足特定的要求，则由电平下拉电路将主装置所产生的时钟信号的幅值降低，第一从装置取代第二从装置与主装置进行数据交换。

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