CN103218334A - 基于usb总线和rs485总线的计算机外设级联装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于USB总线和RS485总线的计算机外设级联装置，包括母版和若干输出子板、输入子板，其特征在于：母板通过USB总线与上位机连接，母板与各输出子板、输入子板之间通过RS485总线进行通信，各输出子板、输入子板之间通过RS485总线通信，上位机通过母板与输出子板、输入子板通信，输出子板受上位机控制以实现对被测设备的驱动，输入子板从被测设备采集数据并经光电隔离后发送到上位机。本发明使上位机顺畅的与不同外设通信，并可方便灵活的增减外部设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算机外设级联装置。
背景技术
在现代航空电子系统设备地面检测与诊断系统中，上位机需要和多种不同的外部设备进行信息交换。上位机需要采集外部设备的数据信息，并根据需要向外部设备发出控制指令和数据信息。传统航空电子检测系统的设计往往只针对自身应用设计，系统缺乏灵活性，难以适应当外围设备类型和数目发生变化时的情况，不利于降低开发成本和节约资源。
发明内容
为了克服现有技术上位机与外设互联设计专用性强、缺乏灵活性的不足，本发明提供一种基于USB总线和RS485总线的计算机外设级联结构，使上位机顺畅的与不同外设通信，并可方便灵活的增减外部设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括母版和若干输出子板、输入子板，母板通过USB总线与上位机连接，母板与各输出子板、输入子板之间通过RS485总线进行通信，各输出子板、输入子板之间通过RS485总线通信，上位机通过母板与输出子板、输入子板通信，输出子板受上位机控制以实现对被测设备的驱动，输入子板从被测设备采集数据并经光电隔离后发送到上位机。
所述输出子板和输入子板的数目由母板上的8位开关离散量确定，各输出子板和输入子板连续编号。
每个输出子板和输入子板上有2个RS485总线接口，分别实现与母板的通信和子板数目的扩展。
所述母板通过USB接口供电，所述输出子板和输入子板均由独立的外部电源模块供电。
本发明的有益效果是：母板通过USB接口与上位机进行通信，母板与子板之间通过RS485总线进行通信，既保证了上位机与各子板之间的有效通信，又可根据应用环境对外设数目灵活调整，需要增加的外部设备可直接级联到母板上，增强了灵活性和应用的广泛性。
附图说明
图1是系统硬件功能框图。
图2是系统母板工作原理框图。
图3是输入子板的工作原理框图。
图4是输出子板工作原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明提供了一种基于USB总线和RS485总线的计算机外设级联设计方法，外部设备母板通过USB总线与上位机连接，各外设子板之间通过RS485总线通信，使上位机顺畅的与不同外设通信，并可方便灵活的增减外部设备。同时本发明分别设计了外设的母板和一种外设输出子板和外设输入子板。母板用于实现上位机和各外设子板的通信，各外设子板完成与被测设备的通信。基于这种设计方法，上位机可通过母板与最多255个外设子板进行通信。外设输出子板上继电器受上位机控制以实现对被测设备的驱动。输入子板从被测设备采集数据并发送到上位机，并具有光电隔离的功能。输出子板和输入子板的工作电源为5V，离散量输出信号电平为28V和5V可选；输出子板和输入子板的数目均是可变的，每个输出子板有48路输出，可控制48个继电器工作；每个输入子板有56个光耦，可接受56路数据信号输入。
首先对系统硬件的说明如下：
(1)子板的数目通过母板上的8位开关离散量来预先确定，子板编号要求连续；
(2)母板通过USB接口与上位机进行通信，母板与子板之间通过RS485总线进行通信；
(3)每个子板上要求有2个RS485总线接口，分别实现与母板的通信和子板数目的扩展；
(4)母板通过USB接口供电，各个子板均使用独立的电源模块供电，由外部提供。
系统硬件的功能框图参照图1。
上位机与多路外设通信时，在此使用设备级联结构，用RS485总线将外部设备与母板连接，所有数据经母板由USB接口与上位机通信。
母板工作原理框图参照图2。
母板实现与上位机、与子板的通信。首先，在USB接口模块中，连接到上位机的USB数据线与CH375芯片连接，CH375芯片的地址线、数据线、读写、中断分别连入单片机（MCU）的P0、P2、读写、中断0，让单片机对CH375芯片进行控制；然后，在RS485模块中，单片机的串行线、地线分别与Max485芯片的1、2、3引脚连接，Max485芯片作为RS485总线的驱动器与RS485总线相连。
母板总体工作过程：母板上电后，单片机和CH375芯片复位，然后单片机初始化寄存器和CH375芯片，并等待上位机打开此设备。打开设备后，母板循环等待上位机发送操纵命令。上位机的命令和数据在USB控制器中编码，经过USB总线送到母板的USB协议芯片CH375。数据包接收完毕后，该芯片产生中断到母板单片机。单片机接收到中断后，控制CH375芯片将译码后的数据包发送到该单片机。该单片机判断指令的接收者，如果是母板自身，则返回相应命令；如果是子板，则再通过RS485总线将数据包发送到子板，子板返回的信息也由RS485总线发送到母板，实现了母板与子板以及子板与子板之间的通信。
输入子板的工作原理框图参照图3。
在输入子板的RS485总线端同样采用Max485芯片驱动，Max485芯片的1、2、3引脚分别与单片机的串行线、地线连接。单片机的P0、P2、读写、复位信号连入CPLD中，控制TLP521光耦的读选通。
子板总体工作过程：上电后，CPLD首先复位，然后发出复位信号，使单片机复位，最后单片机初始化寄存器。输入信号（56位7组）通过连接器输入，经光耦光电隔离，即隔离内外部电压，并将外部输入信号转换为内部电压信号输入到CPLD。此时，所有准备工作就绪，等待接收母板发送的串行通讯数据。如果母板向该子板发送读命令，该子板单片机依次选通读取CPLD内的7组数据字节，并打包存储在寄存器中。每一次读完这7组，都会根据协议加入状态字通过RS485总线发送到母板，母板将接收到的数据根据此前所述发送到上位机；如果母板不向该子板发送读命令，输入到CPLD的数据自动舍弃，并更新新数据至CPLD。
输出子板的工作原理框图参照图4。
在输出子板的RS485总线端也采用Max485芯片驱动，Max485芯片的1、2、3引脚分别与单片机的串行线、地线连接。单片机的P0、时钟、读写、ALE使能信号连入CPLD中。选用MIC5801芯片作为继电器的锁存，MIC5801芯片的清零、选通、数据、ALE使能信号接入CPLD，实现单片机对继电器的控制。
输出子板的工作过程：当系统上电之后，单片机先向CPLD发送复位信号，清空所有的Mic5801芯片的寄存器，使得所有输出信号为逻辑高电平；然后单片机读出自身的地址然后等待RS485总线上的数据，当输出子板收到RS485总线信息之后，比较自身地址与从总线上接收到的地址，当二者相同时，将接收到的数据发送至CPLD。CPLD接收到这些数据后，产生相应控制信号来控制相关继电器工作。
由外设构成的级联设备与上位机连接构成检测系统。在系统上电复位后，运行上位机上应用程序首先检测设备，发现设备后，上位机发出查询子板数目命令，母板接收到指令后，从P1口将子板数目信息采集并上传至上位机，用以分配子板地址，完成板卡的注册。
上位机需要发送数据时，在应用程序中选择需要发送数据的一个输出子板，并输入要发送的数据。应用程序将数据信息、输出子板地址信息连同校验信息打包发送至母板。母板接收到数据并校验无误后，将接收到的地址、数据信息送至RS485总线上。各子板从总线上读取这些数据信息，并将接收到信息中的地址与自身地址比较，一致时接收数据并控制相应继电器工作，否则丢弃数据。
上位机需要读取外部输入数据时，在应用程序中选择需要读取数据的一个(或多个)输入子板后，应用程序向母板周期性地发出采集数据指令请求读取相应输入子板的外部数据。母板接收到指令，校验无误后，将指令送至RS485总线上。同样的，各子板从总线上读取指令信息，从指令中取出地址信息并与自身地址比较。当地址一致时，从外部读入输入数据并将这些数据送上RS485总线。母板从总线上读取到数据信息，判断其为采集响应指令帧并校验无误后将数据上传至上位机，上位机接收到数据并实时显示。
本发明可以使检测系统中的上位机顺畅地与不同外设通信，并可方便灵活地增减外设数量。
Claims (4)
1.一种基于USB总线和RS485总线的计算机外设级联装置，包括母版和若干输出子板、输入子板，其特征在于：母板通过USB总线与上位机连接，母板与各输出子板、输入子板之间通过RS485总线进行通信，各输出子板、输入子板之间通过RS485总线通信，上位机通过母板与输出子板、输入子板通信，输出子板受上位机控制以实现对被测设备的驱动，输入子板从被测设备采集数据并经光电隔离后发送到上位机。
2.根据权利要求1所述的基于USB总线和RS485总线的计算机外设级联装置，其特征在于：所述输出子板和输入子板的数目由母板上的8位开关离散量确定，各输出子板和输入子板连续编号。
3.根据权利要求1所述的基于USB总线和RS485总线的计算机外设级联装置，其特征在于：每个输出子板和输入子板上有2个RS485总线接口，分别实现与母板的通信和子板数目的扩展。
4.根据权利要求1所述的基于USB总线和RS485总线的计算机外设级联装置，其特征在于：所述母板通过USB接口供电，所述输出子板和输入子板均由独立的外部电源模块供电。
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