CN103645689A - 一种基于差分信号的单总线传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于差分信号的单总线传输装置，与现有技术相比解决了单IO总线无法基于TTL电平信号进行远距离传输的缺陷。本发明TTL输入输出电路用于将一个标准TTL电平的输入输出信号转换为输入和输出信号，输入输出互锁控制电路用于输入信号与输出信号之间进行互锁，控制芯片用于输入输出信号的单端和差分信号之间的相互转换；所述的IO输入输出口通过TTL输入输出电路与输入输出互锁控制电路相连，所述的输入输出互锁控制电路通过控制芯片与差分输入输出口相连。本发明实现了标准TTL电平进行远距离可靠传输，以低成本、低干扰实现了高速信号传输，且可以同时实现输入输出的功能。
Description
技术领域
本发明涉及TTL信号与差分信号转换技术领域，具体来说是一种基于差分信号的单总线传输装置。
背景技术
现在电路结构技术中都经常用到TTL电平，TTL电平除其自身的优越性外也有很多缺陷，例如普通的TTL电平信号无法进行远距离的可靠性传输。而目前现有技术中为了解决此类问题的方法主要有：1、将TTL电平转换为更高的电平信号；2、将TTL电平转换为差分信号；3、将TTL电平转换为光信号。然而更高的电平信号无法实现高速信号传输并且其对周围电路的干扰很高；差分信号只能够实现单向的输入或输出或需要二个IO来控制，实现输入输出在一对差分线上；光信号以其较高的成本使其无法在日常使用中普及。如何开发出一种成本低廉、可以基于单IO总线实现长距离快速传输的传输装置已经成为急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中现有技术中单IO总线无法基于TTL电平信号进行远距离传输的缺陷，提供一种基于差分信号的单总线传输装置来解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于差分信号的单总线传输装置，包括IO输入输出口和差分输入输出口，还包括TTL输入输出电路、输入输出互锁控制电路和控制芯片，TTL输入输出电路用于将一个标准TTL电平的输入输出信号转换为输入和输出信号，输入输出互锁控制电路用于输入信号与输出信号之间进行互锁，控制芯片用于输入输出信号的单端和差分信号之间的相互转换；所述的IO输入输出口通过TTL输入输出电路与输入输出互锁控制电路相连，所述的输入输出互锁控制电路通过控制芯片与差分输入输出口相连。
所述的TTL输入输出电路包括MOS管U1和MOS管U2，所述的MOS管U1的D端分别通过电阻R5连接单总线输入输出口、通过电阻R2连接电源VCC1,MOS管U1的S端接地,MOS管U1的G端与MOS管U2的D端相连，MOS管U2的S端接地，MOS管U2的G端连出RXD接口，MOS管U2的D端通过电阻R3连接电源VCC1, RXD接口通过电阻R4连接电源VCC1，电阻R5连出TXD接口。
所述的输入输出互锁控制电路包括MOS管U3，TXD接口连入MOS管U3的S端，RXD接口连入MOS管U3的G端，MOS管U3的D端分别通过电阻R6连接电源VCC1、通过电阻R1连接三极管的b端，三极管的e端接地，三极管的c端通过电阻R7连接电源VCC1。
所述的差分输入输出口包括接口A和接口B，所述的控制芯片为高速半双工RS-485收发器，高速半双工RS-485收发器的型号为SP3485EN，高速半双工RS-485收发器的DI端口和GND端口接地、DE端口和RE端口连至三极管的c端、RO端口连接RXD接口、A端口连接接口A、B端口连接接口B、VCC端口连接电源VCC2，VCC端口与电源VCC2之间通过电容互联，GND端口与A端口之间接有电阻R8，A端口与B端口之间接有电阻R9，B端口与VCC端口之间接有电阻R10。
有益效果
本发明的一种基于差分信号的单总线传输装置，与现有技术相比实现了标准TTL电平进行远距离可靠传输，以低成本、低干扰实现了高速信号传输，且可以同时实现输入输出的功能。通过将普通TTL转换为差分信号，可以实现跨电路板和系统进行数据传输，实现更高速的数据传输速度，最高速度可达10M。由于只使用一个IO输入输出引脚，可以减少对于处理器的资源占用，减少电路板和系统之间通信互联的电缆数量。
附图说明
图1为本发明的电路原理连接结构图
图2为本发明的电路连接图
其中，1-IO输入输出口、2-TTL输入输出电路、3-输入输出互锁控制电路、4-控制芯片、5-差分输入输出口。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如图1所示，本发明所述的一种基于差分信号的单总线传输装置，包括IO输入输出口1和差分输入输出口5。IO输入输出口1为TTL电路的总线接口，当前的单IO总线如maxim的1-wire总线，均无法进行长距离传输，差分输入输出口5为差分信号的输入输出口。还包括TTL输入输出电路2、输入输出互锁控制电路3和控制芯片4，TTL输入输出电路2将一个标准TTL电平的输入输出信号转换为二个信号，分别为输入TXD和输出RXD，用于解决现在通行的单差分总线需要二个IO来控制的制约的问题。输入输出互锁控制电路3使用输入信号控制输出信号，进行互锁，以此来实现输入输出不同时的产生，避免总线上数据出错，即当总线上有数据输入时，禁止数据输出。控制芯片4实现输入输出的单端和差分信号之间的相互转换及输入输出分时传输在一对差分信号上。IO输入输出口1通过TTL输入输出电路2与输入输出互锁控制电路3相连，所述的输入输出互锁控制电路3通过控制芯片4与差分输入输出口5相连。TTL电平的输入输出信号经过转换后分为输入TXD和输出RXD信号，再经过输入输出互锁控制电路3以保证输入和输出之间不会互相影响后，再经过控制芯片4复合到差分输入输出口5上。
如图2所示，本发明的具体电路结构中，单总线输入输出口IO连接TTL输入输出电路2，TTL输入输出电路2包括MOS管U1和MOS管U2。MOS管U1的D端通过电阻R5连接单总线输入输出口IO，电阻R5为限流保护电阻，起到保护作用。MOS管U1的D端还通过电阻R2连接电源VCC1,MOS管U1的S端接地,MOS管U1的G端与MOS管U2的D端相连，此为MOS管U1各引脚的连接关系。MOS管U2的S端接地，MOS管U2的G端连出RXD接口，RXD接口为输出端接口。MOS管U2的D端通过电阻R3连接电源VCC1, RXD接口通过电阻R4连接电源VCC1，电阻R5连出TXD接口。TXD接口为输入端接口，电源VCC1为3.3V电压。以上部分电路组件实现一个单独的IO口转变成输入输出端口的过程，通过电阻R2、电阻R3、电阻R4、MOS管U1和MOS管U2构造一个电路，将一个输入输出信号即IO接口，转换为一个输入和一个输出信号即TXD和RXD接口，从而只使用一个IO实现输入输出功能，可以减少对处理器的资源占用，减少电路板和系统之间通信互联的电缆数量。
输入输出互锁控制电路3包括MOS管U3，TXD接口连入MOS管U3的S端，RXD接口连入MOS管U3的G端，MOS管U3的D端分别通过电阻R6连接电源VCC1、通过电阻R1连接三极管Q1的b端，三极管Q1的e端接地，三极管Q1的c端通过电阻R7连接电源VCC1。
差分输入输出口5包括接口A和接口B，接口A和接口B为差分输入输出口5。控制芯片4为高速半双工RS-485收发器U3，高速半双工RS-485收发器U3的型号为SP3485EN，用于控制信号的发送和接受。高速半双工RS-485收发器U3的DI端口和GND端口接地、DE端口和RE端口连至三极管Q1的c端、RO端口连接RXD接口、A端口连接接口A、B端口连接接口B、VCC端口连接电源VCC2，VCC端口与电源VCC2之间通过电容C1接地，GND端口与A端口之间接有电阻R8，A端口与B端口之间接有电阻R9，B端口与VCC端口之间接有电阻R10。电源VCC2为3.3V电压。电容C1为高速半双工RS-485收发器U3的滤波电容，电阻R8、电阻R9、电阻R10为差分输出的匹配电路。输出信号TXD通过MOS管U3作为信号开关。接受信号作为发送信号的门控开关，当接受信号有效时，关闭输出信号。输出信号再通过电阻R6、电阻R7、电阻R1和三极管Q1构成输出控制信号，从而控制高速半双工RS-485收发器U3。
当本装置需要处于接收状态时，即为默认情况，在此情况下单总线输入输出口IO为输入，高速半双工RS-485收发器U3也为接收状态。总线上无数据传输时，RXD为高电平，由于RXD为高电平，则MOS管U2导通、MOS管U1截至。此时TXD因为上拉电阻的原因也为高电平，则单总线输入输出口IO输入为高电平。本装置总线的初始状态为始终传输高电平信号，即为1，若需要传输0信号的情况下，则通过电路结构传输一个低电平信号即可，然后又再传送高电平信号。当差分总线即接口A和接口B上有一个数据零传输过来时，接收脚RXD变为低电平，由于RXD为低电平，则MOS管U3截至，TXD信号无论为何值的情况下，也无法通过MOS管U3影响高速半双工RS-485收发器U3的接收过程。同时由于电阻R6的原因，高速半双工RS-485收发器U3处于接收状态，由于RXD为低电平，则MOS管U2截至、MOS管U1导通，则TXD变为低电平，则单总线输入输出口IO输入为低电平，实现了一个完整的接收过程。
当本装置需要处于发送状态时，当主机需要发送数据的情况下。首先单总线输入输出口IO值为输出状态，当单总线输入输出口IO输出为零时，TXD为低电平。由于无数据接收状态下RXD为高电平，则MOS管U2导通、MOS管U1截至。此时RXD状态不会影响TXD，由于RXD为高电平，MOS管U3导通。则此时TXD的零电平通过MOS管U3和电阻R1使三极管Q1导通，使高速半双工RS-485收发器U3处于发送状态。发送状态下，无论差分数据线上为何数据也不会影响且RXD，由于高速半双工RS-485收发器U3的数据输入脚DI始终接在地上，则一个零电平被传输到差分总线上。当数据发送完毕，单总线输入输出口IO重新恢复为高电平，则高速半双工RS-485收发器U3重新恢复为接收状态，继续监听差分数据线的低电平。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (4)
1.一种基于差分信号的单总线传输装置，包括IO输入输出口（1）和差分输入输出口（5），其特征在于：还包括TTL输入输出电路（2）、输入输出互锁控制电路（3）和控制芯片（4），TTL输入输出电路（2）用于将一个标准TTL电平的输入输出信号转换为输入和输出信号，输入输出互锁控制电路（3）用于输入信号与输出信号之间进行互锁，控制芯片（4）用于输入输出信号的单端和差分信号之间的相互转换；所述的IO输入输出口（1）通过TTL输入输出电路（2）与输入输出互锁控制电路（3）相连，所述的输入输出互锁控制电路（3）通过控制芯片（4）与差分输入输出口（5）相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于差分信号的单总线传输装置，其特征在于：所述的TTL输入输出电路（2）包括MOS管U1和MOS管U2，所述的MOS管U1的D端分别通过电阻R5连接单总线输入输出口IO、通过电阻R2连接电源VCC1,MOS管U1的S端接地,MOS管U1的G端与MOS管U2的D端相连，MOS管U2的S端接地，MOS管U2的G端连出RXD接口，MOS管U2的D端通过电阻R3连接电源VCC1, RXD接口通过电阻R4连接电源VCC1，电阻R5连出TXD接口。
3.根据权利要求2所述的一种基于差分信号的单总线传输装置，其特征在于：所述的输入输出互锁控制电路（3）包括MOS管U3，TXD接口连入MOS管U3的S端，RXD接口连入MOS管U3的G端，MOS管U3的D端分别通过电阻R6连接电源VCC1、通过电阻R1连接三极管Q1的b端，三极管Q1的e端接地，三极管Q1的c端通过电阻R7连接电源VCC1。
4.根据权利要求3所述的一种基于差分信号的单总线传输装置，其特征在于：所述的差分输入输出口（5）包括接口A和接口B，所述的控制芯片（4）为高速半双工RS-485收发器U3，高速半双工RS-485收发器U3的型号为SP3485EN，高速半双工RS-485收发器U3的DI端口和GND端口接地、DE端口和RE端口连至三极管Q1的c端、RO端口连接RXD接口、A端口连接接口A、B端口连接接口B、VCC端口连接电源VCC2，VCC端口与电源VCC2之间通过电容C1互联，GND端口与A端口之间接有电阻R8，A端口与B端口之间接有电阻R9，B端口与VCC端口之间接有电阻R10。
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