CN104216854B - 一种uart串口拓展的通路自主适配装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种UART串口拓展的通路自主适配装置及方法，在UART主接口与UART从拓展接口模块之间，增加了适配逻辑运算模块，适配逻辑运算模块能智能测算、判别与执行UART上行通路的占用及释放操作，实现切换效率高、速度快、闲置短及完全智能自动化的自主通路适配操作，不影响通信速度，方便UART串口拓展，具有良好的应用前景。

Description

一种UART串口拓展的通路自主适配装置及方法

技术领域

本发明涉及一种UART串口拓展的通路自主适配装置及方法，属于串口通信技术领域。

背景技术

通用异步接收/发送装置（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART），是一种可以实现全双工传输的通用串行数据总线，该总线接收、发送完全独立，仅需3根传输线（收、发、参考地线）即可使两台设备实现通信，简单可靠，使用方便，因此，得到了广泛的应用。

目前，一个设备中包含多个从装置，且每个装置与设备的控制面板之间均是采用UART串口连接通讯的，就需要对控制面板的UART串口进行拓展，拓展后随即带来通路选通切换方式，普遍的方法是：一，主机下发通路切换指令后，串口通路适配装置执行此操作；二，串口通路适配装置执行其他装置的切换指令后，执行相应通路切换操作。

上述方法均是通过切换指令完成相应通路选通切换的操作，在实际的使用中存在切换效率低下、切换操作繁琐、切换速度缓慢、通路闲置时间较长、智能化程度低等问题，影响通信的速度，给UART串口拓展带来了不便。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的UART串口拓展时，串口通路适配装置切换效率低、操作繁琐、耗时长、速度慢、通路闲置时间长、自动化程度低的问题。本发明的UART串口拓展的通路自主适配装置及方法，能够实现切换效率高、速度快、闲置短及完全智能自动化的自主通路适配操作，不影响通信速度，方便UART串口拓展，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种UART串口拓展的通路自主适配装置，其特征在于：包括UART主接口模块、自适配逻辑运算模块和UART从拓展接口模块，所述UART主接口模块的外接端与设备的控制面板串口或计算机串口相连接，所述UART主接口模块的内接端与所述自适配逻辑运算模块的一端相连接，所述自适配逻辑运算模块的另一端与UART从拓展接口模块的内接端相连接，所述UART从拓展接口模块的外接端外接多路从装置，所述自适配逻辑运算模块根据UART主从接口模块的信号，智能测算、判别、执行UART上行通路的占用及释放操作。

前述的一种UART串口拓展的通路自主适配装置，其特征在于：所述自适配逻辑运算模块包括信号上、下行两个单元组成，其中信号下行单元将UART主接口模块的发送端口Tx发送信号直接广播至所有UART从拓展接口模块接收端口R₁-R_n；所述信号上行单元包括信号监测单元、抢占逻辑单元、波特率测算单元和释放逻辑单元，所述信号监测单元实时监测所有UART从拓展接口模块的发送端口T₁-T_n的发送信号，所述抢占逻辑单元根据信号监测单元的结果判别并选通抢占上行通路的从路发送端口，波特率测算单元估测当前信号的波特率，释放逻辑单元根据测算得出的波特率及抢占从路发送端口的发送信号进行该端口释放判断。

前述的一种UART串口拓展的通路自主适配装置，其特征在于：所述自适配逻辑运算模块的一端与UART从拓展接口模块的内接端设有与从装置数量相同的通信线路，各通信线路上设有收、发两个LED指示灯，用于指示对应的通信线路的数据收发状态。

基于上述的一种UART串口拓展的通路自主适配装置的适配方法，其特征在于： 当控制面板或计算机向从装置发送帧数据时，为信号下行单元工作，自适配逻辑运算模块通过信号下行单元将UART主接口模块的发送端口Tx的数据信号直接赋予所有从装置对应的UART从拓展接口模块的接收端口R₁-R_n，n为从装置的数量；当从装置向控制面板或计算机发送帧数据时，为信号上行单元工作，包括以下步骤，

步骤（1）信号监测，自适配逻辑运算模块监测UART从拓展接口模块上所有从装置对应的发送端口T₁-T_n的帧数据，n为从装置的数量；

步骤（2）抢占逻辑，在检测到拓展接口模块上某一从路发送端口的帧起始信号为下降沿信号时，自适配逻辑运算模块将上行通路切换至该从路发送端口，并启动计时，使得通路被该从路发送端口抢占，通路被抢占期间其他从路发送端口信号无效；

步骤（3）波特率测算，自适配逻辑运算模块启动测算该帧数据的高低电平时间跨度，将时间跨度最小的值Tmin设为波特率的单个周期，启动计时，并检测自帧起始信号开始的第10个至第15个周期间，该从路发送端口是否出现下降沿信号；

步骤（4）释放逻辑，若未出现，则清零计时，自适配逻辑运算模块将上行通路从原抢占给该从路发送端口的通路释放，重复步骤（2）；若出现，则清零计时，并将该下降沿信号为新一帧数据的开始并重复步骤（3）的测算过程，实现通路切换操作，达到完全自动智能化的通路适配能力。

本发明的有益效果是：本发明提供的UART串口拓展的通路自主适配装置及方法，在UART主接口与UART从拓展接口模块之间，增加了适配逻辑运算模块，能智能测算、判别与执行UART上行通路的占用及释放操作，实现切换效率高、速度快、闲置短及完全智能自动化的自主通路适配操作，不影响通信速度，方便UART串口拓展，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的UART串口拓展的通路自主适配装置的系统框图。

图2是本发明的自适配逻辑运算模块的结构示意图。

图3是本发明主机向从装置发送数据时的示意图。

图4是本发明从装置向主机发送数据时的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种UART串口拓展的通路自主适配装置，包括UART主接口模块、自适配逻辑运算模块和UART从拓展接口模块。UART主接口模块的外接端与设备的控制面板串口或计算机串口（这里设备的控制面板、计算机称为主机）相连接，UART主接口模块的内接端与所述自适配逻辑运算模块的一端相连接，自适配逻辑运算模块的另一端与UART从拓展接口模块的内接端相连接，UART从拓展接口模块的外接端外接多路从装置。自适配逻辑运算模块根据UART主从接口模块的信号，智能测算、判别、执行UART上行通路的占用及释放操作。

如图2所示，所述自适配逻辑运算模块包括信号上、下行两个单元组成，其中信号下行单元将UART主接口模块的发送端口Tx发送信号直接广播至所有UART从拓展接口模块接收端口R₁-R_n；所述信号上行单元包括信号监测单元、抢占逻辑单元、波特率测算单元和释放逻辑单元，所述信号监测单元实时监测所有UART从拓展接口模块的发送端口T₁-T_n的发送信号，所述抢占逻辑单元根据信号监测单元的结果判别并选通抢占上行通路的从路发送端口，波特率测算单元估测当前信号的波特率，释放逻辑单元根据测算得出的波特率及抢占从路发送端口的发送信号进行该端口释放判断。

所述自适配逻辑运算模块的另一端与UART从拓展接口模块的内接端设有与从装置数量相同的通信线路，各通信线路上设有收、发两个LED指示灯，用于指示对应的通信线路的数据收发状态，方便用户直观的观察那些通路在工作。

基于上述的UART串口拓展的通路自主适配装置的适配方法，如图3所示，当控制面板或计算机（主机）向从装置发送帧数据时（数据下行），自适配逻辑运算模块通过下行单元将UART主接口模块的发送端口Tx的数据信号直接赋予所有从装置对应的UART从拓展接口模块的接收端口R₁-R_n，n为从装置的数量；

如图2与图4所示，当从装置向控制面板或计算机（主机）发送帧数据时（数据上行），包括以下步骤，

步骤（1）信号监测，自适配逻辑运算模块测试UART从拓展接口模块上所有从装置对应的发送端口T₁-T_n的帧数据，n为从装置的数量；

步骤（2）抢占逻辑，在检测到拓展接口模块上某一从路发送端口的帧起始信号为下降沿信号时，自适配逻辑运算模块将上行通路切换至该从路发送端口，并启动计时，使得通路被该从路发送端口抢占，通路被抢占期间其他从路发送端口信号无效；

步骤（3）波特率测算，自适配逻辑运算模块启动测算该帧数据的高低电平时间跨度，根据测得的最小时间跨度值Tmin估算波特率及单个比特周期，并检测自帧起始信号后的第10个至第15个周期间，该从路发送端口是否出现下降沿信号，这里UART串口通信的一帧数据最多有13位（1起始位+9数据位+1奇偶校验+2停止位），因此，选择第10个至第15个周期间进行检测，这里由于UART接口数据传输信号的高低切换由其此时的波特率决定，即1bit持续一个比特周期，因此可以根据信号中高低电平的最小持续时间Tmin估算出波特率；

步骤（4）释放逻辑，若未出现，则清零计时，自适配逻辑运算模块将上行通路从原抢占给该从路发送端口的通路释放，重复步骤（2）；若出现，则清零计时，并将该下降沿信号为新一帧数据的开始并重复步骤（3）的测算过程，实现通路切换操作，达到完全自动智能化的通路适配能力。

综上所述，本发明的UART串口拓展的通路自主适配装置及方法，能够实现切换效率高、速度快、闲置短及完全智能自动化的自主通路适配操作，不影响通信速度，方便UART串口拓展，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。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说明本发明的原理，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范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种UART串口拓展的通路自主适配装置，其特征在于：包括UART主接口模块、自适配逻辑运算模块和UART从拓展接口模块，所述UART主接口模块的外接端与设备的控制面板串口或计算机串口相连接，所述UART主接口模块的内接端与所述自适配逻辑运算模块的一端相连接，所述自适配逻辑运算模块的另一端与UART从拓展接口模块的内接端相连接，所述UART从拓展接口模块的外接端外接多路从装置，所述自适配逻辑运算模块根据UART主从接口模块的信号，智能测算、判别、执行UART上行通路的占用及释放操作，所述自适配逻辑运算模块包括信号上、下行两个单元组成，其中信号下行单元将UART主接口模块的发送端口Tx发送信号直接广播至所有UART从拓展接口模块接收端口R₁-R_n；所述信号上行单元包括信号监测单元、抢占逻辑单元、波特率测算单元和释放逻辑单元，所述信号监测单元实时监测所有UART从拓展接口模块的发送端口T₁-T_n的发送信号，所述抢占逻辑单元根据信号监测单元的结果判别并选通抢占上行通路的从路发送端口，波特率测算单元估测当前信号的波特率，释放逻辑单元根据测算得出的波特率及抢占从路发送端口的发送信号进行该端口释放判断；

所述自适配逻辑运算模块的一端与UART从拓展接口模块的内接端设有与从装置数量相同的通信线路，各通信线路上设有收、发两个LED指示灯，用于指示对应的通信线路的数据收发状态。

2.基于权利要求1所述的一种UART串口拓展的通路自主适配装置的适配方法，其特征在于： 当控制面板或计算机向从装置发送帧数据时，为信号下行单元工作，自适配逻辑运算模块通过信号下行单元将UART主接口模块的发送端口Tx的数据信号直接赋予所有从装置对应的UART从拓展接口模块的接收端口R₁-R_n，n为从装置的数量；当从装置向控制面板或计算机发送帧数据时，为信号上行单元工作，包括以下步骤，

步骤（1）信号监测，自适配逻辑运算模块监测UART从拓展接口模块上所有从装置对应的发送端口T₁-T_n的帧数据，n为从装置的数量；

步骤（2）抢占逻辑，在检测到拓展接口模块上某一从路发送端口的帧起始信号为下降沿信号时，自适配逻辑运算模块将上行通路切换至该从路发送端口，并启动计时，使得通路被该从路发送端口抢占，通路被抢占期间其他从路发送端口信号无效；

步骤（3）波特率测算，自适配逻辑运算模块启动测算该帧数据的高低电平时间跨度，将时间跨度最小的值Tmin设为波特率的单个周期，启动计时，并检测自帧起始信号开始的第10个至第15个周期间，该从路发送端口是否出现下降沿信号；

步骤（4）释放逻辑，若未出现，则清零计时，自适配逻辑运算模块将上行通路从原抢占给该从路发送端口的通路释放，重复步骤（2）；若出现，则清零计时，并将该下降沿信号为新一帧数据的开始并重复步骤（3）的测算过程，实现通路切换操作，达到完全自动智能化的通路适配能力。