CN104506208A - 一种基于rs-232c协议的一对多点全双工通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于RS-232C协议的一对多点全双工通信装置。本装置包括控制模块、通信协议处理模块和电平转换模块，控制模块采用一个MCU芯片，控制模块包括控制信号生成、原始通信数据发送和原始通信数据接收模块，通信协议处理模块采用两个CPLD芯片，两个CPLD芯片分别包括通讯协议控制、发送数据转换和接收数据转换模块，电平转换模块采用八路串口电平转换电路。采用本装置，可在最多八个通信方向中按选定的任意数量及方向同时进行可控的全双工通信。通过功能模块划分，使得系统具有层次分明、各功能模块实现简洁可靠、控制灵活的特点，从而克服了在一对多通信模式时利用RS-232C协议进行全双工通信的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及通信系统，尤其是涉及一种基于RS-232C协议的一对多点全双工通信装置。
背景技术
RS-232C通信协议是数据通信中最重要的、而且是完全遵循数据通信标准的一种通信协议。在一对一通信模式下，利用RS-232C通信协议进行全双工通信至少需要八个信号：六个控制信号和两个数据信号，且符合RS-232C通信协议电气特性的信号与TTL电平信号不兼容，需要转换。由于这些原因，目前RS-232C通信协议主要还是运用在与一对一通信模式中。而在需要一对多的通信模式时，基于RS-232C通信协议的全双工通信实现就很困难：或者只能实现一对多模式的半双工通信甚至单工通信；或者虽然实现了一对多的全双工通信，但系统过于复杂，成本高，且控制不灵活，不能对通信方向和通信数量进行任意设定，造成通信系统资源的极大浪费，使得一对多通信失去意义。因此，同时对多个方向进行全双工通信的控制不易实现。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题和缺陷，本发明提供一种基于RS-232C协议的一对多点全双工通信装置。本设计可以实现一点对多点的基于RS-232C通信协议的全双工数据通信控制方案。本设计方案采用MCU芯片为核心处理单元的控制模块；采用CPLD芯片为核心处理单元的通信协议处理模块；采用串口电平转换芯片为核心处理单元的电平转换模块，构成了一种基于RS-232C通信协议的一点对多点全双工通信装置。
本发明采取的技术方案是：一种基于RS-232C协议的一对多点全双工通信装置，其特征在于：该装置包括控制模块、通信协议处理模块和电平转换模块，控制模块采用一个MCU芯片，控制模块包括控制信号生成模块、原始通信数据发送模块和原始通信数据接收模块，通信协议处理模块采用两个CPLD芯片，分别为第一CPLD芯片和第二CPLD芯片，第一CPLD芯片和第二CPLD芯片分别包括通讯协议控制模块、发送数据转换模块和接收数据转换模块，电平转换模块采用八路串口电平转换电路，控制模块的控制信号生成模块分别与通信协议处理模块的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的通讯协议控制模块连接，控制模块的原始通信数据发送模块分别与通信协议处理模块的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的发送数据转换模块连接，控制模块的原始通信数据接收模块分别与通信协议处理模块的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的接收数据转换模块连接，通信协议处理模块的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的通讯协议控制模块发送数据转换模块和接收数据转换模块分别与八路串口电平转换电路连接，八路串口电平转换电路分别连接八个调制解调器。
在针对一对多通信模式时利用RS-232C通信协议进行全双工通信困难的主要原因是因为RS-232C通信协议需要用到的控制信号和数据信号较多；且符合相关通信协议电气特性的信号与使用较多的TTL电平信号不兼容，需要转换；当潜在的通信方向较多时，往往会使得系统设计变得极为复杂，或者系统开销过大的问题，本发明对基于RS-232C通信协议的一对多全双工通信系装置进行三级功能设计：第一级为控制模块，以MCU为核心处理单元，主要用于通信的控制、原始通信数据的生成和处理，不涉及RS-232C通信协议的内容；第二级为通信协议处理模块，以CPLD（两个）为核心处理单元，每个CPLD芯片负责四个通信方向的通信数据按照RS-232C通信协议的要求进行接收和发送；第三级为电平转换模块，以串口电平转换芯片为核心处理单元，组成八组相同的串口电平转换电路，负责八个通信方向的TTL电平与RS-232C通信协议电气特性的信号之间的转换。
本发明产生的有益效果是：采用此通信装置，可在最多八个通信方向中按选定的任意数量及方向同时进行可控的、基于RS-232C通信协议的全双工通信。通过控制-通信协议处理-电平转换的功能划分，使得系统具有层次分明、各分立功能模块实现简洁可靠、控制灵活的特点，从而克服了在一对多通信模式时利用RS-232C通信协议进行全双工通信的技术难题。
附图说明
图1为本发明系统构成原理框图；
图2为图1中控制模块框图；
图3为图1中通信协议处理模块框图；
图4为图1中电平转换模块其中一路串口电平转换电路框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述：
参照图1、图2和图3，本装置包括控制模块、通信协议处理模块和电平转换模块，控制模块采用一个MCU芯片，控制模块包括控制信号生成模块、原始通信数据发送模块和原始通信数据接收模块，通信协议处理模块采用两个CPLD芯片，分别为第一CPLD芯片和第二CPLD芯片，第一CPLD芯片和第二CPLD芯片分别包括通讯协议控制模块、发送数据转换模块和接收数据转换模块，电平转换模块采用八路串口电平转换电路，控制模块的控制信号生成模块分别与通信协议处理模块的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的通讯协议控制模块连接，控制模块的原始通信数据发送模块分别与通信协议处理模块的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的发送数据转换模块连接，控制模块的原始通信数据接收模块分别与通信协议处理模块的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的接收数据转换模块连接，通信协议处理模块的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的通讯协议控制模块发送数据转换模块和接收数据转换模块分别与八路串口电平转换电路连接，八路串口电平转换电路分别连接八个调制解调器。
参照图1至图4，本发明采用的MCU芯片型号为ATMEGA128，采用的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的型号为EPM3128，八路串口电平转换电路分别采用一个ADM211芯片；控制模块的控制信号生成模块的1-4路控制信号分别通过第一芯片的通讯协议控制模块连接至1-4路串口电平转换电路中的每个ADM211芯片的RTS端、DTR端、DSR端、CTS端、DCD端和RI端，控制模块的控制信号生成模块的5-8路控制信号分别通过第二芯片的通讯协议控制模块连接至5-8路串口电平转换电路中的每个ADM211芯片的RTS端、DTR端、DSR端、CTS端、DCD端和RI端；控制模块的原始通信数据发送模块的1-4路原始发送数据分别通过第一芯片的发送数据转换模块连接至1-4路串口电平转换电路中的每个ADM211芯片的TXD端；控制模块的原始通信数据发送模块的5-8路原始发送数据分别通过第二芯片的发送数据转换模块连接至5-8路串口电平转换电路中的每个ADM211芯片的TXD端；控制模块的原始通信数据接收模块的1-4路初始接收数据分别通过第一芯片的接收数据转换模块连接至1-4路串口电平转换电路中的每个ADM211芯片的RXD端；控制模块的原始通信数据接收模块的5-8路初始接收数据分别通过第二芯片的接收数据转换模块连接至5-8路串口电平转换电路中的每个ADM211芯片的RXD端。
参照图1，本发明整个系统分为三大功能模块，分别是控制模块、通信协议处理模块和电平转换模块，各个功能模块功能独立、职责明晰，同时不同功能模块间通过数据线及控制线连接，传递数据信号及控制信号，从而使三个功能模块构成一个具备完整功能的系统。利用MCU芯片作为控制模块核心处理单元，首先发送控制信号，控制两个CPLD芯片选定通信方向（通信方向数量可为1-8任意整数）；之后MCU芯片将需要发送的原始数据传递给相应的CPLD芯片，同时从CPLD芯片获取接收到的数据；CPLD芯片则按照RS-232C通信协议的数据要求将需要发送的原始数据打包，通过串口电平转换电路，对选定的通信方向进行发送，同时通过串口电平转换电路将从相应的通信方向接收来的数据进行处理，恢复为原始数据，并送回到MCU芯片进行处理；串口电平转换电路则负责将TTL电平信号与RS-232C通信协议电气特性信号之间进行互相转换。
参照图2，本发明的控制模块的核心处理单元为MCU芯片，其中的控制信号生成模块、原始通信数据发送模块和原始通信数据接收模块通过数据线和控制线与下一级的通信协议处理模块连接，主要发送各种控制信号，控制CPLD芯片选通或关断相应通信方向的数据通信，从而方便灵活的控制整个通信系统的通信数量及通信方向的选定；同时产生和接收处理原始通信数据。
参照图3，本发明的通信协议处理模块分为两个CPLD芯片，每一个CPLD芯片负责四个通信方向的数据通信，包括数据信息及控制信息的收发，并负责原始通信数据与收发通信数据之间的转换，即按照RS-232C通信协议的要求，将控制模块送来的原始数据打包，或者将接收到的通信数据恢复成原始数据，并送回到控制模块；并按照控制模块发来的指令，向相应通信方向的电平转换电路发送控制信号，从而开启或关断串口电平转换芯片的工作，从而实现相应通信方向的数据通信通道的开启或关断。
参照图4，本发明的电平转换模块由八路相同的串口电平转换电路组成，每一路电路负责一个通信方向的TTL电平信号与RS-232C通信协议电气特性信号之间的转换。核心处理单元为专用的串口电平转换芯片，可由控制信号控制该芯片的状态在工作和待机中切换，当芯片工作在待机状态时，不进行电平的转换工作，这时相应的通信方向通信被关断，从而实现控制相应通信方向的工作状态的要求。
Claims (2)
1.一种基于RS-232C协议的一对多点全双工通信装置，其特征在于：该装置包括控制模块、通信协议处理模块和电平转换模块，控制模块采用一个MCU芯片，控制模块包括控制信号生成模块、原始通信数据发送模块和原始通信数据接收模块，通信协议处理模块采用两个CPLD芯片，分别为第一CPLD芯片和第二CPLD芯片，第一CPLD芯片和第二CPLD芯片分别包括通讯协议控制模块、发送数据转换模块和接收数据转换模块，电平转换模块采用八路串口电平转换电路，控制模块的控制信号生成模块分别与通信协议处理模块的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的通讯协议控制模块连接，控制模块的原始通信数据发送模块分别与通信协议处理模块的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的发送数据转换模块连接，控制模块的原始通信数据接收模块分别与通信协议处理模块的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的接收数据转换模块连接，通信协议处理模块的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的通讯协议控制模块发送数据转换模块和接收数据转换模块分别与八路串口电平转换电路连接，八路串口电平转换电路分别连接八个调制解调器。
2.根据权利要求1所述的一种基于RS-232C协议的一对多点全双工通信装置，其特征在于：采用的MCU芯片型号为ATMEGA128，采用的第一CPLD芯片和第二CPLD芯片的型号为EPM3128，八路串口电平转换电路分别采用一个ADM211芯片；控制模块的控制信号生成模块的1-4路控制信号分别通过第一芯片的通讯协议控制模块连接至1-4路串口电平转换电路中的每个ADM211芯片的RTS端、DTR端、DSR端、CTS端、DCD端和RI端，控制模块的控制信号生成模块的5-8路控制信号分别通过第二芯片的通讯协议控制模块连接至5-8路串口电平转换电路中的每个ADM211芯片的RTS端、DTR端、DSR端、CTS端、DCD端和RI端；控制模块的原始通信数据发送模块的1-4路原始发送数据分别通过第一芯片的发送数据转换模块连接至1-4路串口电平转换电路中的每个ADM211芯片的TXD端；控制模块的原始通信数据发送模块的5-8路原始发送数据分别通过第二芯片的发送数据转换模块连接至5-8路串口电平转换电路中的每个ADM211芯片的TXD端；控制模块的原始通信数据接收模块的1-4路初始接收数据分别通过第一芯片的接收数据转换模块连接至1-4路串口电平转换电路中的每个ADM211芯片的RXD端；控制模块的原始通信数据接收模块的5-8路初始接收数据分别通过第二芯片的接收数据转换模块连接至5-8路串口电平转换电路中的每个ADM211芯片的RXD端。
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