CN103893868B - 一种呼吸机串行接口扩展装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种呼吸机串行接口扩展装置，属于呼吸机技术领域。该装置包括：多组单片机外围设备数据端、开关选择单元、单片机数据端。多组单片机外围设备数据端与呼吸机的各单片机外围设备连接，用于从各单片机外围设备接收数据或向各单片机外围设备发送数据；所述开关选择单元包括多个控制输入端，与呼吸机中单片机的空闲串行接口线连接，单片机设置多个控制输入端为不同的二进制组合状态，用于从多组单片机外围设备数据端中选通一组，与单片机数据端进行数据通信；单片机数据端与呼吸机中单片机的串行接口连接，用于向单片机发送数据或从单片机接收数据。本发明解决了呼吸机中的单片机串行接口太少的问题，装置简单，硬件成本低。
Description
技术领域
本发明涉及呼吸机技术领域，尤其涉及一种呼吸机串行接口扩展装置。
背景技术
在现有的呼吸机中经常存在多个单片机外围设备，需要经呼吸机内单片机的串行接口，与呼吸机单片机进行数据通信。例如，氧气流量传感器、空气流量传感器，均需与呼吸机中单片机的串行接口连接，用于用户系统上电读取传感器的内部校验数据，其它单片机外围设备也需要与呼吸机中单片机通过串行接口进行数据传输。但是，现在主流的单片机中一般只有两个串行接口，当传感器较多的时候，如果不对串行接口进行扩展，会限制呼吸机功能的实现及扩展。
要满足系统设计要求，就必须对单片机的串行接口进行扩展。专用扩展芯片SP2327/8DP系采用低功耗CMOS工艺设计的多串口扩展芯片，可实现将一个较高波特率单片机串行接口扩展为三个较低波特率串行接口，它主要是为解决目前大多数8位和16位单片机串行接口太少，绝大多数都只有一个，而特别设计的，但是成本相对较高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种呼吸机串行接口扩展装置，实现了呼吸机中单片机控制器的一个串行接口可以与多个单片机外围设备进行数据传输，克服了一个串行接口只能连接一个单片机外围设备的问题，并且装置简单，占用资源少、硬件成本低，无需其他软件操作。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种呼吸机串行接口扩展装置，所述装置包括：多组单片机外围设备数据端、开关选择单元、单片机数据端；
所述多组单片机外围设备数据端与呼吸机的各单片机外围设备连接，用于从所述各单片机外围设备接收数据或向所述各单片机外围设备发送数据；
所述开关选择单元包括多个控制输入端，与所述呼吸机中单片机的空闲串行接口线连接，所述单片机设置多个控制输入端为不同的二进制组合状态，用于从所述多组单片机外围设备数据端中选择一组，与所述单片机数据端进行数据通信；
所述单片机数据端与所述呼吸机中单片机的串行接口连接，用于向所述单片机发送数据或从所述单片机接收数据。
进一步地，所述选择的一组单片机外围设备数据端包括两个端口：
所述选择的一组单片机外围设备数据端中的第一端口，用于当所述呼吸机中单片机读操作有效时，向所述单片机数据端发送数据；
所述选择的一组单片机外围设备数据端中的第二端口，用于当所述呼吸机中单片机写操作有效时，从所述单片机数据端接收数据。
优选地，所述开关选择单元采用CD4052BCM芯片实现。
进一步地，所述开关选择单元的所述多个控制输入端为所述CD4052BCM芯片的控制输入端A、控制输入端B，所述开关选择单元还包括所述CD4052BCM芯片的内部逻辑电路、禁止输入端INH、模拟信号接地端VEE；
所述多组单片机外围设备数据端包括所述CD4052BCM芯片的输入/输出端X0-X3和输入/输出端Y0-Y3、M个电阻；每一个输入/输出端对应与所述M个电阻中的一个电阻串联连接；
所述单片机数据端包括所述CD4052BCM芯片的输入/输出端X和输入/输出端Y、N个电阻；每一个输入/输出端对应与所述N个电阻中的一个电阻串联连接；
其中所述M、N均为大于1的整数。
进一步地，所述CD4052BCM芯片的禁止输入端INH、模拟信号接地端VEE均接地；
所述控制输入端A与所述单片机中的一条空闲串行接口线连接，所述控制输入端B与所述单片机中的另一条空闲串行接口线连接。
进一步地，所述呼吸机中各单片机外围设备为：第一外围设备、第二外围设备、第三外围设备、第四外围设备；
所述M个电阻为：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻；
所述N个电阻为：第九电阻、第十电阻。
进一步地，所述输入/输出端X0串联所述第一电阻后与所述第一外围设备的读取端连接，所述输入/输出端Y0串联所述第二电阻后与所述第一外围设备的写入端连接；
所述输入/输出端X1串联所述第三电阻后与所述第二外围设备的读取端连接，所述输入/输出端Y1串联所述第四电阻后与所述第二外围设备的写入端连接；
所述输入/输出端X2串联所述第五电阻后与所述第三外围设备的读取端连接，所述输入/输出端Y2串联所述第六电阻后与所述第三外围设备的写入端连接；
所述输入/输出端X3串联所述第七电阻后与所述第四外围设备的读取端连接，所述输入/输出端Y3串联所述第八电阻后与所述第四外围设备的写入端连接。
进一步，所述输入/输出端X串联所述第九电阻后，与所述呼吸机中单片机的串行接口接收端连接；
所述输入/输出端Y串联所述第十电阻后，与所述呼吸机中单片机的串行接口发送端连接。
本发明提出的一种呼吸机串行接口扩展装置，采用多路选择模拟开关CD4052BCM芯片对多个单片机外围设备进行分时复用，将一个串行接口切换成多个串行接口使用，实现了呼吸机中单片机控制器的一个串行接口可以与多个单片机外围设备进行数据传输，解决了单片机串行接口太少的问题，并且装置简单，占用资源少、硬件成本低。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的一种呼吸机串行接口扩展装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1是本发明具体实施方式提供的一种呼吸机串行接口扩展装置示意图。
该装置包括：多组单片机外围设备数据端、开关选择单元、单片机数据端。
开关选择单元可以选用74LS逻辑芯片、CD4052BCM芯片，本实施例中选用CD4052BCM芯片。开关选择单元包括CD4052BCM芯片的内部逻辑电路、禁止输入端INH、模拟信号接地端VEE、控制输入端A、控制输入端B。禁止输入端INH、模拟信号接地端VEE均接地，控制输入端A与单片机中的一条空闲串行接口线连接，控制输入端B与单片机中的另一条空闲串行接口线连接，控制输入端A、控制输入端B用来控制选通一组单片机外围设备数据端。
多组单片机外围设备数据端包括CD4052BCM芯片的输入/输出端X0-X3和输入/输出端Y0-Y3、相应的电阻。输入/输出端X0-X3和输入/输出端Y0-Y3串联上相应的电阻后，最多可以与呼吸机的四个单片机外围设备连接。四个单片机外围设备为：第一外围设备、第二外围设备、第三外围设备、第四外围设备。相应的电阻优选为：第一R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8。
输入/输出端X0串联第一电阻R1，形成第一组单片机外围设备数据端中的第一端口，与第一外围设备的读取端连接；输入/输出端Y0串联第二电阻R2，形成第一组单片机外围设备数据端中的第二端口，与第一外围设备的写入端连接；
输入/输出端X1串联第三电阻R3，形成第二组单片机外围设备数据端中的第一端口，与第二外围设备的读取端连接；输入/输出端Y1串联第四电阻R4，形成第二组单片机外围设备数据端中的第二端口，与第二外围设备的写入端连接；
输入/输出端X2串联第五电阻R5，形成第三组单片机外围设备数据端中的第一端口，与第三外围设备的读取端连接；输入/输出端Y2串联第六电阻R6，形成第三组单片机外围设备数据端中的第二端口，与第三外围设备的写入端连接；
输入/输出端X3串联第七电阻R7，形成第四组单片机外围设备数据端中的第一端口，与第四外围设备的读取端连接；输入/输出端Y3串联第八电阻R8，形成第四组单片机外围设备数据端中的第二端口，与第四外围设备的写入端连接。
单片机数据端为CD4052BCM芯片的输入/输出端X、输入/输出端Y，输入/输出端X串联第九电阻R9后，与呼吸机中单片机的串行接口接收端连接；输入/输出端Y串联第十电阻R10后，与呼吸机中单片机的串行接口发送端连接。其中第九电阻R9、第十电阻R10可以由其它多个电阻等效替换。
CD4052BCM芯片具有低导通阻抗和非常低的关断泄漏电流，是一个独立的4通道数据选择器，为一数字控制的双向传输门。
控制输入端A、控制输入端B的四种不同的二进制组合状态，用于选择多组单片机外围设备数据端中的一组，与单片机数据端连接，实现多组单片机外围设备数据端与单片机数据端的通信。当控制输入端B、控制输入端A均为低电平时，输入/输出端X0与输入/输出端X连接，输入/输出端Y0与输入/输出端Y连接；当控制输入端B为低电平，控制输入端A为高电平时，输入/输出端X1与输入/输出端X连接，输入/输出端Y1与输入/输出端Y连接；当控制输入端B为高电平，控制输入端A为低电平时，输入/输出端X2与输入/输出端X连接，输入/输出端Y2与输入/输出端Y连接；当控制输入端B、控制输入端A均为高电平时，输入/输出端X3与输入/输出端X连接，输入/输出端Y3与输入/输出端Y连接。
禁止输入端INH低电平有效，当输入高电平时,多组单片机外围设备数据端中的各个端口都将会被关闭。在直流电源VCC=5V的条件下,要求控制输入端A、控制输入端B和禁止输入端INH的低电平输入电压VILF为1.5V,高电平输入电压VIHE为3.5V,与单片机芯片电平兼容,无需外加其他元器件，如数据缓冲器。上述装置中电阻R1-R10是为了保证CD4052BCM芯片有效获取高低电平，在单片机外围设备读取端或写入端输出电压为5V时，电阻R1-R8的阻值均优选为10KΩ±1%，第九电阻R9、第十电阻R10的阻值均优选为100Ω±1%。
本实施例选用呼吸机的三个单片机外围设备：第一外围设备为外部设备1、第二外围设备为呼吸机中的空气流量传感器、第三外围设备为呼吸机中的氧气流量传感器。
当呼吸机中单片机对外部设备1、空气流量传感器、氧气流量传感器进行读或写操作时，单片机通过给呼吸机串行接口扩展装置中的控制输入端A、控制输入端B设置不同的值，依次选择多组单片机外围设备数据端的一组，与单片机数据端连接，实现三组单片机外围设备数据端与单片机数据端的通信。
具体地通信过程为：
呼吸机中单片机设置控制输入端B、控制输入端A同时为低电平，输入/输出端X0接收外部设备1读取端的数据，经输入/输出端X发送至呼吸机中单片机串行接口接收端；或是，输入/输出端Y接收呼吸机中单片机发送端的数据，经输入/输出端Y0发送至外部设备1的写入端；
呼吸机中单片机设置控制输入端B为低电平、控制输入端A为高电平，输入/输出端X1接收空气流量传感器读取端的数据，经输入/输出端X发送至呼吸机中单片机串行接口接收端；或是，输入/输出端Y接收呼吸机中单片机发送端的数据，经输入/输出端Y1发送至空气流量传感器的写入端；
呼吸机中单片机设置控制输入端B为高电平、控制输入端A为低电平，输入/输出端X2接收氧气流量传感器读取端的数据，经输入/输出端X发送至呼吸机中单片机串行接口接收端；或是，输入/输出端Y接收呼吸机中单片机发送端的数据，经输入/输出端Y2发送至氧气流量传感器的写入端。
本实施例提出一种呼吸机串行接口扩展装置，采用多路选择模拟开关CD4052BCM芯片，呼吸机中单片机通过给控制输入端B、控制输入端A设置不同的值来打开相应的单片机外围设备数据端，实现对多个单片机外围设备的分时复用，可以将单片机的一个串行接口扩展为多个串行接口使用，实现了呼吸机中单片机控制器的一个串行接口可以与多个单片机外围设备进行数据传输，解决了单片机串行接口太少的问题，并且装置简单，占用资源少、硬件成本低，无需其他软件操作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种呼吸机串行接口扩展装置，其特征在于，所述装置包括：多组单片机外围设备数据端、开关选择单元、单片机数据端；
所述多组单片机外围设备数据端与呼吸机的各单片机外围设备连接，用于从所述各单片机外围设备接收数据或向所述各单片机外围设备发送数据；
所述开关选择单元包括多个控制输入端，与所述呼吸机中单片机的空闲串行接口线连接，所述单片机设置多个控制输入端为不同的二进制组合状态，用于从所述多组单片机外围设备数据端中选择一组，与所述单片机数据端进行数据通信；
所述单片机数据端与所述呼吸机中单片机的串行接口连接，用于向所述单片机发送数据或从所述单片机接收数据；
所述开关选择单元采用CD4052BCM芯片实现，所述开关选择单元的所述多个控制输入端为所述CD4052BCM芯片的控制输入端A、控制输入端B，所述开关选择单元还包括所述CD4052BCM芯片的内部逻辑电路、禁止输入端INH、模拟信号接地端VEE；
所述多组单片机外围设备数据端包括所述CD4052BCM芯片的输入/输出端X0-X3和输入/输出端Y0-Y3、M个电阻；每一个输入/输出端对应与所述M个电阻中的一个电阻串联连接；
所述单片机数据端包括所述CD4052BCM芯片的输入/输出端X和输入/输出端Y、N个电阻；每一个输入/输出端对应与所述N个电阻中的一个电阻串联连接；
其中所述M、N均为大于1的整数。
2.根据权利要求1所述的呼吸机串行接口扩展装置，其特征在于，所述选择的一组单片机外围设备数据端包括两个端口：
所述选择的一组单片机外围设备数据端中的第一端口，用于当所述呼吸机中单片机读操作有效时，向所述单片机数据端发送数据；
所述选择的一组单片机外围设备数据端中的第二端口，用于当所述呼吸机中单片机写操作有效时，从所述单片机数据端接收数据。
3.根据权利要求1所述的呼吸机串行接口扩展装置，其特征在于，
所述CD4052BCM芯片的禁止输入端INH、模拟信号接地端VEE均接地；
所述控制输入端A与所述单片机中的一条空闲串行接口线连接，所述控制输入端B与所述单片机中的另一条空闲串行接口线连接。
4.根据权利要求1所述的呼吸机串行接口扩展装置，其特征在于，所述呼吸机中各单片机外围设备为：第一外围设备、第二外围设备、第三外围设备、第四外围设备；
所述M个电阻为：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻；
所述N个电阻为：第九电阻、第十电阻。
5.根据权利要求4所述的呼吸机串行接口扩展装置，其特征在于，
所述输入/输出端X0串联所述第一电阻后与所述第一外围设备的读取端连接，所述输入/输出端Y0串联所述第二电阻后与所述第一外围设备的写入端连接；
所述输入/输出端X1串联所述第三电阻后与所述第二外围设备的读取端连接，所述输入/输出端Y1串联所述第四电阻后与所述第二外围设备的写入端连接；
所述输入/输出端X2串联所述第五电阻后与所述第三外围设备的读取端连接，所述输入/输出端Y2串联所述第六电阻后与所述第三外围设备的写入端连接；
所述输入/输出端X3串联所述第七电阻后与所述第四外围设备的读取端连接，所述输入/输出端Y3串联所述第八电阻后与所述第四外围设备的写入端连接。
6.根据权利要求4所述的呼吸机串行接口扩展装置，其特征在于，
所述输入/输出端X串联所述第九电阻后，与所述呼吸机中单片机的串行接口接收端连接；
所述输入/输出端Y串联所述第十电阻后，与所述呼吸机中单片机的串行接口发送端连接。
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