CN103399837B - 应用于主从设备的通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于主从设备的通信装置，包括：一个主设备、编号1至M的M个从设备和编号1至2M的2M个N沟道金属氧化物半导体场效应管MOSFET；且针对第i从设备，第2i‑1个N沟道MOSFET的第一端分别与主设备的串行时钟线SCL接口和电阻R1的一端相连，第二端与第i从设备的SCL接口相连，第三端与主设备的第i使能控制接口相连；第2i个N沟道MOSFET的第一端分别与主设备的串行数据线SDA接口和电阻R2的一端相连，第二端与第i从设备的SDA接口相连，第三端与主设备的第i使能控制接口相连；电阻R1和电阻R2的另一端均与第一直流电源相连。通过本发明中的应用于主从设备的通信装置，可以实现对于只具有一个TWI接口的主设备与多个地址相同的从设备进行通信。

Description

应用于主从设备的通信装置

技术领域

本发明涉及利用两线式串行接口TWI（Two Wire Serial Interface）总线进行通信的技术领域，特别涉及一种应用于主从设备的通信装置。

背景技术

在利用TWI总线进行主从通信的系统中，主设备的一个TWI接口通过TWI总线只能接一个从设备或多个不同地址的从设备，即对于只具有一个TWI接口的主设备只能与一个从设备或多个不同地址的从设备进行通信。

而当主设备的一个TWI接口通过TWI总线接多个相同地址的从设备时，会因从设备的地址冲突而无法进行正常通信。因此，对于只具有一个TWI接口的主设备，是无法与多个地址相同的从设备进行通信的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于主从设备的通信装置，以使得对于只具有一个TWI接口的主设备，可以与多个地址相同的从设备进行通信。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种应用于主从设备的通信装置，包括：一个主设备、编号1至M的M个从设备和编号1至2M的2M个N沟道金属氧化物半导体场效应管MOSFET；

针对第i从设备，1≤i≤M：

第2i-1个N沟道MOSFET的第一端分别与所述主设备的串行时钟线SCL接口和电阻R1的一端相连，第二端与所述第i从设备的SCL接口相连，第三端与所述主设备的第i使能控制接口相连；

第2i个N沟道MOSFET的第一端分别与所述主设备的串行数据线SDA接口和电阻R2的一端相连，第二端与所述第i从设备的SDA接口相连，第三端与所述主设备的第i使能控制接口相连；

所述电阻R1和电阻R2的另一端均与第一直流电源相连；

其中，所述M、i均为自然数，所述SCL接口和SDA接口均属于两线式串行接口TWI，且所述第一直流电源为所述主设备的工作电源。

优选的，所述装置还包括编号1至M的M个电阻R3;

针对第i个电阻R3,1≤i≤M:

所述第i个电阻R3的一端与所述第i使能控制接口、第2i-1个N沟道MOSFET的第三端和第2i个N沟道MOSFET的第三端的公共端相连，另一端接地。

优选的，所述N沟道MOSFET的第一端为漏极、第二端为源极、第三端为栅极。

优选的，所述装置还包括：编号1至M的M个电阻R4和编号1至M的M个电阻R5；

针对第i个电阻R4，1≤i≤M：

所述第i个电阻R4的一端分别与所述第i从设备的SCL接口和所述第2i-1个N沟道MOSFET的源极相连，另一端与第二直流电源相连；

针对第i个电阻R5，1≤i≤M：

所述第i个电阻R5的一端分别与所述第i从设备的SDA接口和所述第2i个N沟道MOSFET的源极相连，另一端与所述第二直流电源相连；

其中，所述第二直流电源为第i从设备的工作电源。

优选的，所述N沟道MOSFET的第一端为源极、第二端为漏极、第三端为栅极。

优选的，所述装置还包括：编号1至M的M个电阻R4和编号1至M的M个电阻R5；

针对第i个电阻R4，1≤i≤M：

所述第i个电阻R4的一端分别与所述第i个从设备的SCL接口和所述第2i-1个N沟道MOSFET的漏极相连，另一端与第二直流电源相连；

针对第i个电阻R5,1≤i≤M:

所述第i个电阻R5的一端分别与所述第i个从设备的SDA接口和所述第2i个N沟道MOSFET的漏极相连，另一端与所述第二直流电源相连;

其中，所述第二直流电源为第i从设备的工作电源。

优选的，所述装置还包括：编号1至2M的2M个二极管；

针对第P个二极管，P为自然数，且1≤P≤2M:

第P个二极管的阳极与第P个N沟道MOSFET的源极相连、阴极与所述第P个N沟道MOSFET的漏极相连。

由上述的技术方案可以看出，在本发明实施例中，每一个从设备均通过2个N沟道MOSFET与主设备相连，其中第i从设备通过第2i-1个N沟道MOSFET和第2i个N沟道MOSFET与主设备相连；针对第i从设备，默认情况下，第2i-1个N沟道MOSFET和第2i个N沟道MOSFET的第一端与第二端间均不导通，此时主设备并不能和第i从设备进行通信；当主设备需和第i从设备进行通信时，主设备将从第i使能控制接口输出高电平，由于第2i-1个N沟道MOSFET和第2i个N沟道MOSFET的第三端均与第i使能控制接口相连，因此此时第i使能控制接口所输出的高电平将使第2i-1个N沟道MOSFET和第2i个N沟道MOSFET的第一端与第二端均导通，从而使得主设备可与第i从设备进行通信。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的应用于主从设备的通信装置的电路图；

图2为本发明实施例所提供的应用于主从设备的通信装置的另一电路图；

图3为本发明实施例所提供的应用于主从设备的通信装置的又一电路图；

图4为本明实施例所提供的应用于主从设备的通信装置的另一电路图；

图5为本发明实施例所提供的应用于主从设备的通信装置的又一电路图；

图6为本发明实施例所提供的TWI时序图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种应用于主从设备的通信装置，该装置包括：一个主设备、编号1至M的M个从设备和编号1至2M的2M个N沟道金属氧化物半导体场效应管MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）；

其中，编号1至M的M个从设备分别为第一从设备、第二从设备直至第M从设备；

编号1至2M的2M个N沟道MOSFET分别为第一个N沟道MOSFET、第二个N沟道MOSFET直至第2M个N沟道MOSFET；

具体的，针对第i从设备，i的取值介于1至M之间，且包括1和M：

第2i-1个N沟道MOSFET的第一端与主设备的串行时钟线SCL（Serial clock line）接口和电阻R1的一端相连，第二端与第i从设备的SCL接口相连，第三端与主设备的第i使能控制接口相连；

第2i个N沟道MOSFET第一端分别与主设备串行数据线SDA（Serial Date Line）接口和电阻R2的一端相连，第二端与第i从设备的SDA接口相连，第三端与主设备的第i使能控制接口相连；

更具体的，当i取值为1时，如图1所示，第1个N沟道MOSFET（11）的第一端分别与主设备12的SCL接口和电阻R1（13）的一端相连，第二端与第1从设备14的SCL接口相连，第三端与主设备12的第1使能控制接口相连；

第2个N沟道MOSFET（15）的第一端分别与主设备12的SDA接口和电阻R2（16）的一端相连，第二端与第1从设备14的SDA接口相连，第三端与主设备12的第1使能控制接口相连；

i的取值依此类推，当i取值为M时，第2M-1个N沟道MOSFET（17）的一端分别与主设备12的SCL接口和电阻R1（13）的一端相连，第二端与第M从设备18的SCL接口相连，第三端与主设备12的第M使能控制接口相连；

第2M个N沟道MOSFET（19）的第一端分别与主设备12的SDA接口和电阻R2（16）的一端相连，第二端与第M从设备18的SDA接口相连，第三端与主设备12的第M使能控制接口相连；

当i取尽1到M时，即可确认一个主设备、M个从设备和2M个N沟道MOSFET的连接关系。

电阻R1(13)和电阻R2（16）的另一端均与第一直流电源110相连；

其中，第一直流电源110为主设备的工作电源，M、i均为自然数，上述SCL接口和SDA接口均属于两线式串行接口TWI（Two Wire Serial Interface）；

由上可见，在本发明实施例中，每一个从设备均通过2个N沟道MOSFET与主设备相连，其中第i从设备通过第2i-1个N沟道MOSFET和第2i个N沟道MOSFET与主设备相连；针对第i从设备，默认情况下，第2i-1个N沟道MOSFET和第2i个N沟道MOSFET的第一端与第二端间均不导通，此时主设备并不能和第i从设备进行通信；当主设备需和第i从设备进行通信时，主设备将从第i使能控制接口输出高电平，由于第2i-1个N沟道MOSFET和第2i个N沟道MOSFET的第三端均与第i使能控制接口相连，因此此时第i使能控制接口所输出的高电平将使第2i-1个N沟道MOSFET和第2i个N沟道MOSFET的第一端与第二端均导通，从而使得主设备可与第i从设备进行通信。

在本发明其它实施例中，如图2所示，上述所有实施例中的装置，还包括编号1至M的M个电阻R3；

针对第i个电阻，i的取值介于1到M之间，且包括1和M：

第i个电阻R3的一端与第i使能控制接口、第2i-1个N沟道MOSFET的第三端和第2i个N沟道MOSFET的第三端所构成的公共端相连，第i个电阻R3的另一端接地。

具体的，当i取值为1时，第1个电阻R3（21）的一端与第一使能控制接口、第1个N沟道MOSFET（11）的第三端和第2个N沟道MOSFET（15）的第三端所构成的公共端相连，第1个电阻R3（21）的另一端接地；

依次类推，当i取值为M时，第M个电阻R3（22）的一端与第M使能控制接口，第2M-1个N沟道MOSFET（17）的第三端和第2M个N沟道MOSFET（19）的第三端所构成的公共端相连，第M个电阻R3（22）的另一端接地。

当i的取尽1至M时，即可确定M个R3与M个使能控制接口和2M个N沟道MOSFET的连接关系。

由上可见，2M个N沟道MOSFET均通过电阻R3接地。针对第i个从设备，当主设备无需与第i个从设备进行通信时，第2i-1个N沟道MOSFET和第2i个N沟道MOSFET的第三端均被第i个电阻R3下拉到地，为低电平。因此，进一步保证了当主设备无需与第i个从设备进行通信时，第2i-1个N沟道MOSFET与第2i个N沟道MOSFET均不导通，进而使得第i从设备不能与主设备进行通信。

在本发明其它实施例中，上述所有实施例中的2M个N沟道MOSFET的第一端均为漏极、第二端均为源极、第三端均为栅极；

且上述装置，还包括：编号1至M的M个电阻R4和编号1至M的M个电阻R5；

其中，针对第i个电阻R4，i的取值介于1至M之间，且包括1和M：

第i个电阻R4的一端分别与第i从设备的SCL接口和第2i-1个N沟道MOSFET的源极相连，第i个电阻R4的另一端与第二直流电源相连；

第i个电阻R5的一端分别与第i从设备的SDA接口和第2i个N沟道MOSFET的源极相连，第i个电阻R5的另一端与第二直流电源相连；

其中，第二直流电源为第i从设备的工作电源。

具体的，如图3所示，第1个电阻R4（31）的一端分别与第一从设备14的SCL接口和第1个N沟道MOSFET（11）的源极相连，第1个电阻R4（31）的另一端与第二直流电源32相连；

第1个电阻R5（33）的一端分别与第一从设备14的SDA接口和第2个N沟道MOSFET（15）的源极相连，第1个电阻R5（33）的另一端与第二直流电源32相连；

依次类推，第M个电阻R4的（34）一端分别与第M从设备18的SCL接口和第2M-1个N沟道MOSFET（17）的源极相连，第M个电阻R4（34）的另一端与第二直流电源32相连；

第M个电阻R5（35）的一端分别与第M从设备18的SDA接口和第2M个N沟道MOSFET（19）的源极相连，第M个电阻R5（35）的另一端与第二直流电源32相连。

在本发明实施例中，由于第一直流电源101为主设备12的工作电源，第二直流电源32为从设备的工作电源，且主设备通过上拉电阻R1（13）和R2（16）与第一直流电源110相连，从设备通过电阻R4和R5与第二直流电源32相连。这样可以实现主设备和从设备之间不同供电电压的TWI总线信号通信。

在本发明其它实施例中，上述所有实施例中的2M个N沟道MOSFET的第一端均为源极、第二端均为漏极、第三端均为栅极。

且上述装置，还包括编号1至M的M个电阻R4和编号1至M的M个电阻R5；

其中，编号1至M的M个电阻R4分别为第1电阻R4、第2电阻R4直至第M电阻R4;

具体的，针对第i个电阻R4，i取值介于1到M之间，且包括1和M:

第i个电阻R4的一端分别与第i个从设备的SCL接口和第2i-1个N沟道MOSFET的漏极相连，另一端与第二直流电源相连；

更具体的，如图4所示，当i取1时，第1个电阻R4（31）的一端分别与第1从设备14的SCL接口和第1个N沟道MOSFET（11）的漏极相连，另一端与第二直流电源32相连；

依次类推，当取M时，第M个电阻R4（34）的一端分别与第M从设备18的SCL接口和第2M-1个N沟道MOSFET（17）的漏极相连，另一端与第二直流电源32相连。

当i取尽1至M时，即可确认M个电阻R4与主设备和M个N沟道MOSFET的连接关系。

具体的，编号1至M的M个电阻R5分别为第1电阻R5、第2电阻R5直至第M电阻R5；

针对第i电阻R5，i的取值介于1至M之间，且包括1和M：

第i电阻R5的一端分别与第i从设备的SDA接口和第2i个N沟道MOSFET的漏极相连，另一端与第二直流电源相连；

更具体的，当i取1时，第1电阻R5（33）的一端分别与第1从设备14的SDA接口和第2个N沟道MOSFET（15）的漏极相连，另一端与第二直流电源32相连；

依次类推，当i取M时，第M电阻R5（35）的一端分别与第M从设备18的SDA接口和第2M个N沟道MOSFET（19）的漏极相连，另一端与第二直流电源32相连。

同样，当i取尽1至M时，即可确定M个R5与从设备和N沟道MOSFET的连接关系。

在本发明实施例中，由于第一直流电源110为主设备的工作电源，第二直流电源32为从设备的工作电源，且主设备通过上拉电阻R1（13）和R2（16）与第一直流电源110相连，从设备通过电阻R4和R5与第二直流电源32相连。这样，可以实现主设备和从设备之间不同供电电压的TWI总线信号通信。

在本发明其它实施例中，上述所有实施例中的装置，如图3或图4所示，还包括，编号1至2M的2M个二极管；

具体的，编号1至2M的二极管分别为第1二极管、第2二极管直至第2M二极管；

针对第P个二极管，P的取值介于1至2M之间，且包括1和2M；

第P个二极管的阳极与第P个N沟道MOSFET的源极相连，阴极与第P个N沟道MOSFET的漏极相连；

更具体的，当i取1时，第1个二极管41的阳极与第1个N沟道MOSFET（11）的源极相连，阴极与第1个N沟道MOSFET（11）的漏极相连；

依次类推，当i取2M时，第2M个二极管42的阳极与第2M个N沟道MOSFET（19）的源极相连，阴极与第2M个N沟道MOSFET（19）的漏极相连。

当i取尽1至2M时，即可确认2M个二极管与2M个N沟道MOSFET的连接关系。

在本发明实施例中，在每个N沟道MOSFET的源极与漏极之间均加一个二极管，可以防止由于电流太大击穿N沟道MOSFET，从而保护N沟道MOSFET。

本发明的装置，可以应用于具有主从设备通信的技术领域，例如在光纤通信中，如图5所示，主设备U1为TM4C1236H6PM芯片，从设备U2和U3为ATR-S10D芯片，且U1可以控制U2和U3进行光电转换；

具体的，第1个N沟道MOSFET（Q1）的源极分别与电阻R1的一端和U1的SCL接口相连，漏极分别与U2的SCL接口和第1个电阻R4的一端相连，栅极分别与U1的第1个使能控制接口和第1个电阻R3的一端相连，且其漏极与源极还通过二极管相连，其二极管的阳极与源极相连，阴极与漏极相连；

第2个N沟道MOSFET（Q2）的源极分别与电阻R2的一端和U1的SDA接口相连，漏极分别与U2的SDA接口和第1个电阻R5的一端相连，栅极分别与U1的第1个使能控制接口和第1个电阻R3的一端相连，且其漏极与源极还通过二极管相连，其二极管的阳极与源极相连，阴极与漏极相连；

第3个N沟道MOSFET（Q3）的源极分别与电阻R1的一端和U1的SCL接口相连，漏极分别与U3的SCL接口和第2个电阻R4的一端相连，栅极分别与U1的第2个使能控制接口和第2个电阻R3的一端相连，且其漏极与源极还通过二极管相连，其二极管的阳极与源极相连，阴极与漏极相连；

第4个N沟道MOSFET（Q4）的源极分别与电阻R2的一端和U1的SDA接口相连，漏极分别与U3的SDA接口和第2个电阻R5的一端相连，栅极分别与U1的第2个使能控制接口和第2个电阻R3的一端相连，且其漏极与源极还通过二极管相连，其二极管的阳极与源极相连，阴极与漏极相连。

电阻R1、R2的另一端接3.3V的直流电压，电阻R3另一端均接地，电阻R4、R5的另一端均接5V的直流电压。

更具体的，电阻R1、R2、R3、R4和R5的阻值可均为4.7KΩ，3.3V的直流电压为U1的工作电压，5V的直流电压为U2和U3的直流电压；

在实际工作中，当U1与U2进行TWI通信时，会通过第1使能控制接口输出高电平，此时Q1和Q2的栅极为高电平，Q1和Q2导通，因此U1和U2可以进行通信，而此时Q3和Q4并未导通，U1和U3并不可进行通信。同理当U1与U3进行TWI通信时，会通过第2使能控制接口输出高电平，此时Q3和Q4的栅极为高电平，Q3和Q4导通，因此U1和U3可以进行通信，而此时Q1和Q2并未导通，U1和U2并不可进行通信。同时，由于U1通过上拉电阻R1和R2与3.3V的直流电压相连，U2和U3通过上拉电阻R4和R5与5V的直流电压相连，因此可以实现U1与U2或U3之间不同供电电压的TWI总线信号通信。

同时，如图6所示，当U1的第一使能控制接口（Enable0）为高电平时，U1的TWI总线时序图，可见U1按照TWI总线协议（包括起始条件、命令及结束条件）正常输出SCL和SDA串行信号，U1和U2可进行正常通信。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种应用于主从设备的通信装置，其特征在于，包括：一个主设备、编号1至M的M个从设备和编号1至2M的2M个N沟道金属氧化物半导体场效应管MOSFET；

针对第i从设备，1≤i≤M：

第2i-1个N沟道MOSFET的第一端分别与所述主设备的串行时钟线SCL接口和电阻R1的一端相连，第二端与所述第i从设备的SCL接口相连，第三端与所述主设备的第i使能控制接口相连；

第2i个N沟道MOSFET的第一端分别与所述主设备的串行数据线SDA接口和电阻R2的一端相连，第二端与所述第i从设备的SDA接口相连，第三端与所述主设备的第i使能控制接口相连；

所述电阻R1和电阻R2的另一端均与第一直流电源相连；

其中，所述M、i均为自然数，所述SCL接口和SDA接口均属于两线式串行接口TWI，且所述第一直流电源为所述主设备的工作电源；

其中，所述装置还包括编号1至M的M个电阻R3；

针对第i个电阻R3,1≤i≤M:

所述第i个电阻R3的一端与所述第i使能控制接口、第2i-1个N沟道MOSFET的第三端和第2i个N沟道MOSFET的第三端的公共端相连，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述N沟道MOSFET的第一端为漏极、第二端为源极、第三端为栅极。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：编号1至M的M个电阻R4和编号1至M的M个电阻R5；

针对第i个电阻R4，1≤i≤M：

所述第i个电阻R4的一端分别与所述第i从设备的SCL接口和所述第2i-1个N沟道MOSFET的源极相连，另一端与第二直流电源相连；

针对第i个电阻R5，1≤i≤M：

所述第i个电阻R5的一端分别与所述第i从设备的SDA接口和所述第2i个N沟道MOSFET的源极相连，另一端与所述第二直流电源相连；

其中，所述第二直流电源为第i从设备的工作电源。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述N沟道MOSFET的第一端为源极、第二端为漏极、第三端为栅极。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：编号1至M的M个电阻R4和编号1至M的M个电阻R5；

针对第i个电阻R4，1≤i≤M：

所述第i个电阻R4的一端分别与所述第i个从设备的SCL接口和所述第2i-1个N沟道MOSFET的漏极相连，另一端与第二直流电源相连；

针对第i个电阻R5,1≤i≤M:

所述第i个电阻R5的一端分别与所述第i个从设备的SDA接口和所述第2i个N沟道MOSFET的漏极相连，另一端与所述第二直流电源相连；

其中，所述第二直流电源为第i从设备的工作电源。

6.根据权利要求2或4所述的装置，其特征在于，还包括：编号1至2M的2M个二极管；

针对第P个二极管，P为自然数，且1≤P≤2M:

第P个二极管的阳极与第P个N沟道MOSFET的源极相连、阴极与所述第P个N沟道MOSFET的漏极相连。