CN104881382A - 一种主从设备连接装置及其地址识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种主从设备连接装置及其地址识别方法，该主从设备连接装置包括一个主设备和多个从设备，其中所述主设备与从设备之间采用级联方式连接，形成一条以上的级联链路。所述主设备具有主通信信号接口和主地址信号接口，每个从设备的左右两端分别具有从通信信号接口和从地址信号接口，每个从设备内部均包括进行电平高低判断的逻辑处理单元。逻辑处理单元对从设备的各个端口接收的信号进行逻辑判断，进而识别从设备的地址。本发明可以使主从设备之间的连接结构由星状线缆拓扑结构变化为链状结构，使主从设备之间的连接线缆的数量大幅减少，进而减少物料消耗，降低成本，并同时减少用于传输线缆的空间占用，提升系统稳定性。

Description

一种主从设备连接装置及其地址识别方法

技术领域

本发明涉及一种主从设备连接装置及其地址识别方法，适用于光学影像触摸屏的主从设备连接技术领域，也使用于其他具有主从设备的连接装置，如火车头和各车厢中的主从设备。

背景技术

在逻辑关系为星型拓扑结构的系统中，定义中央节点为“主设备”，辐出节点为“从设备”，主设备能够与任意从设备直接通信，而各个从设备之间不能直接通信。在一个“中央控制板”与若干“摄像头模组”的光学影像触摸屏控制系统中，“中央控制板”为主设备，所有“摄像头模组”均为从设备。“中央控制板”的功能通过通信是采集“摄像头模组”信息，处理后输出触摸信息。主设备与所有从设备之间以独立的线缆相连接，然而这种主从设备的连接方式存在以下不足之处：

(1)主设备需为每个从设备提供独立的物理端口，所需电器连接较多；

(2)主设备需与每个从设备以独立线缆连接，线缆数量较多。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种主从设备连接装置及其地址识别方法，其能够无差别地识别从设备所处链路中的位置，进而实现主设备与从设备之间的信息交互。

本发明提供一种主从设备连接装置，包括一个主设备和多个从设备，其中所述主设备与从设备之间采用级联方式连接，形成一条以上的级联链路。

所述主设备具有一个以上主通信信号接口和一个以上主地址信号接口，每个从设备的左右两端分别具有一个以上的从通信信号接口和一个以上的从地址信号接口；其中所述主设备发送的通信信号通过主通信信号接口同时发送给各个从设备，且各个从设备之间通过左右两端的从通信信号接口相互级联；所述主设备发送的地址信号通过主地址信号接口同时发送给各个从设备，且各个从设备通过左右两端的从地址信号接口相互级联；每个从设备内部均包括进行电平高低判断的逻辑处理单元。

所述逻辑处理单元为单片机、ARM、CPLD、FPGA或门电路。

所述主设备通过n个主地址信号接口发出n路地址信号，所述从设备的个数为m，且m≤n+1；每个从设备的左右两端分别具有n个从地址信号接口，每个从设备的内部的逻辑处理单元均具有n+1个端口；

其中，第1个从设备左端的第1至n个从地址信号接口分别对应接入主设备发出的第1至n路地址信号，处于上一级的从设备右端的第1至n个从地址信号接口分别连接下一级从设备左端的第1至n个从地址信号接口；

任意一个从设备内逻辑处理单元的n+1个端口连接中，定义k为该逻辑处理单元内的端口的编号，且k＝1，2，3，...，n+1，其中，当k的取值为1，2，3，...，(n-1)时，该逻辑处理单元的第k个端口同时连接至该从设备左端的第k+1个从地址信号接口以及该从设备右端的第k个从地址信号接口；当k的取值为n时，该逻辑处理单元的第n个端口连接至该从设备左端的第1个从地址信号接口；当k的取值为n+1时，该逻辑处理单元的第n+1个端口连接至该从设备右端的第n个从地址信号接口。

所述主设备发出的n路地址信号为置低电平信号。

接入从设备逻辑处理单元的信号均为悬空上拉输入的信号。

所述主设备发出的n路地址信号为置高电平信号。

接入从设备逻辑处理单元的信号均为悬空下拉输入的信号。

本发明还提出一种主从设备连接装置的识别方法，包括以下几个步骤：

步骤一：主设备与各个从设备之间通信信号传递通过主通信信号接口、从通信信号接口连接；

步骤二：主设备与各个从设备之间地址信号传递通过主地址信号接口、从地址信号接口连接；

步骤三：所述主设备发出n路地址信号，所述从设备的个数为m，m≤n+1；各个从设备同时接收到主设备发出的该n路地址信号，各从设备内部均具有逻辑处理单元，各逻辑处理单元均具有n+1个端口，逻辑处理单元对各个端口接收的信号进行逻辑判断，得到所接收信号中高电平或低电平的数量，进而识别各从设备的地址；

步骤四：完成地址识别后，主设备对各从设备进行通信，通信时以带地址的通信方式通信，并完成其他功能。

所述步骤二具体为：第1个从设备左端的第1至n个从地址信号接口分别对应接入主设备发出的第1至n路地址信号，处于上一级的从设备右端第1至n个从地址信号接口分别连接下一级从设备左端的第1至n个从地址信号接口；

任意一个从设备内逻辑处理单元的n+1个端口连接中，定义k为该逻辑处理单元内的端口的编号，且k＝1，2，3，...，n+1；其中，当k的取值为1，2，3，...，(n-1)时，该逻辑处理单元的第k个端口同时连接至该从设备左端的第k+1个从地址信号接口以及该从设备右端的第k个从地址信号接口；当k的取值为n时，该逻辑处理单元的第n个端口连接至该从设备左端的第1个从地址信号接口；当k的取值为n+1时，该逻辑处理单元的第n+1个端口连接至该从设备右端的第_n个从地址信号接口。

本发明具有的优点在于：

1、应用本发明可以使主从设备之间的连接由星状线缆拓扑结构变化为链状结构，使主从设备之间的连接线缆的数量大幅减少，进而减少物料消耗，降低成本，并同时减少用于传输线缆的空间占用，提升系统稳定性。

2、应用本发明可以使主设备上物理接口的数量大幅减少，多个物理接口可以以单个代替，进而降低主设备部件选型对接口数量的依赖，减少主设备上接插件数量，降低线、端插错的风险，并能够增加主设备支持的从设备数量，同时还可以减小设备尺寸(当前集成电路技术飞速发展，设备尺寸在很大程度上受限于接插件体积，例如平板电脑的网线接口)。

3、应用本发明从设备两端连线定义完全相同，进而可以使相关的接插件、线缆可以使用完全相同的型号，无需增加物料种类。同时主设备可以从任意(从设备两端之一)方向连接至从设备，从设备彼此也可以端口任意连接，减少结构设计限制，减少装配错误风险。

4、本发明中从设备可以以完全相同或不同的方式实现，当以相同的方式实现时，所有从设备无需差别化制造，减少制造工艺复杂度；批量制造时的从设备不良率对成品不良率影响降至最低；避免组装时从设备位置安装错误的风险。

5、本发明中从设备在初始化时确定自身地址，这样可以使初始化后地址线的损坏将不影响装置正常使用，并且地址线损坏可以在初始化过程中由主设备检测发现。

6、本发明中从设备确定地址过程不依赖编码传输，进而可以减少因误码传输造成的识别错误风险，并不存在因编码传输导致的时间延迟。

7、本发明的实现方式可以完全使用数字电路元件完成，相较于模拟电路原理，更稳定，并随数字电路技术进步，能够以更高密度、低成本的方式实现。

8、本发明中从设备地址为正整数，可以以地址0作为保留功能实现，条件易于实现，所有地址信号置低(或置高)即可实现地址识别为0；保留功能可以在不影响设备功能、性能情况下，提供调试诊断功能。

9、本发明中地址信号几乎没有电流，且没有交变信号，对线材需求低，进而可以使用较低品质线材，能够节省成本；并可以能够使用较细线材，节省空间；同时不产生额外的电磁辐射，不会对邻近的高频信号产生影响；另外，对绞距等应用于高频特性的线材特性没有依赖，并可以广泛应用于现有的带有冗余定义的接口的扩展，例如RJ45、DB9等接口。

附图说明

图1：本发明提供的主从设备连接装置的结构示意图；

图2：本发明中从设备内部电路连接结构示意图；

图3：采用一条链路识别两个摄像头的光学影像触摸屏；

图4：采用三条链路识别四个摄像头的光学影像触摸屏。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供一种主从设备连接装置及其地址识别方法，如图1和图2所示，该主从设备连接装置包括一个主设备1和多个从设备2。其中所述主设备1与从设备2之间采用级联方式连接，形成一条以上的级联链路。所述主设备1与各个从设备2之间的通信可以使用带地址的串行端口(简称串口)通信协议，进而所述主设备1和从设备2之间具有两种信号线，同时对应具有两类信号接口，其中一类对应为通信信号接口，用于输出电源、通信等通信信号4；另一类对应为地址信号接口，用于输出地址信号5，以使各个从设备2能够根据地址信号确定其自身地址。

所述主设备1具有一个以上主通信信号接口和一个以上主地址信号接口，所述每个从设备2的左右两端分别具有一个以上的从通信信号接口和一个以上从地址信号接口。其中所述主设备1发送的通信信号4通过主通信信号接口同时发送给各个从设备2，所述主设备1发送的地址信号5通过主地址信号接口同时发送给各个从设备2。该主从链路上可以连接多个从设备2。所述主设备1与各从设备2之间所形成的级联链路可以同时具有一条或者多条，其中每条级联链路均采用上述的连接方法实现主设备1与从设备2之间的连接。

所述主设备1发送的通信信号4与各个从设备2采用级联方式连接时，均采用直接连接的方式，不需要任何逻辑处理，各个从设备2可以同时接收到主设备1所发出的通信信号。另外，主设备1所发出的地址信号5在经过从设备2的电路设计后，也可以同时接收到各自唯一的地址信号，各个从设备2同时完成逻辑处理识别过程，以使各个从设备2能够判断自身在链路中所处的位置，进而可以根据位置对应从通信信号中获得自身所需要的信息。

所述主设备1通过n个主地址信号接口发出n路地址信号5，由于主设备1与各从设备2之间采用级联的方式，因此该n路地址信号5同时发送给各个从设备2。所述从设备2的个数为n+1个。每个从设备2的左右两端分别具有n个从地址信号接口，每个从设备2的内部均具有一个逻辑处理单元3，每个逻辑处理单元3具有n+1个端口。其中，第1个从设备左端的第1至n个从地址信号接口分别对应接入主设备发出的第1至n路地址信号，处于上一级的从设备右端第1至n个从地址信号接口分别连接下一级从设备左端的第1至n个从地址信号接口。任意一个从设备2内逻辑处理单元3的n+1个端口连接中，定义k为该逻辑处理单元内的端口的编号，且k＝1，2，3，...，n+1。任意一个逻辑处理单元的上述n+1个端口的具体连接方式如下，其中，当k的取值为1，2，3，...，(n-1)时，该逻辑处理单元的第k个端口同时连接至该从设备左端的第k+1个从地址信号接口以及该从设备右端的第k个从地址信号接口。当k的取值为n时，该逻辑处理单元的第n个端口连接至该从设备左端第1个从地址信号接口。当k的取值为n+1时，该逻辑处理单元的第n+1个端口连接至该从设备右端的第n个从地址信号端口。经过以上的电路设计，主设备发出了n路置低(或置高)电平的地址信号，而相应下发到各个从设备时，由于各个从设备所处级联链路中的具体位置的区别，而使各从设备所接收到的n路地址信号中的置低电平(或置高电平)的信号个数产生差异。也就是说，采用以上从设备2逻辑处理单元的电路连接设计，在从设备的逻辑处理单元使用悬空上拉(或悬空下拉)输入的条件下，使从设备识别到的断开的地址信号的数量各异，以便于逻辑处理单元进行逻辑处理时识别。各个从设备在选择任意一路断开的地址信号时，每个从设备所选择的地址信号均不相同，进而可以使n个从设备在选择n路地址信号时，每个从设备任选其一，而各个从设备选择不同的地址信号，完成地址识别。每个从设备内逻辑处理单元所有端口均使用悬空上拉输入，以使其在与主设备存在通路时识别为低电平，否则识别为高电平。各个从设备的逻辑处理单元同时进行电平高低判断时各个端口的信号线产生电平不同，进而识别高低电平的地址信号线的数量不同，从而识别各个从设备所处的链路位置，完成位置识别后便于主设备向各个从设备下发所需的通信信号。同时，各从设备在级联时，为了保证每个从设备所断开的地址信号均不相同，且均能够通过倒数第二个端口(n)连接断开的地址信号，而最后一个端口(n+1)固定输入逻辑处理单元引出的输入线，因此每个从设备在与下一级从设备级联时对该n+1个端口的信号线进行循环移位级联，级联链路中的各个从设备的逻辑处理单元的各个端口均顺次与主设备输出的n条地址信号进行连接。

本发明提出的主从设备连接装置的电路结构中，还包括与以上内容拓扑结构相同的其他连接方案，包括逻辑处理单元内端口与从设备从地址信号接口之间的连接方式，也包括相邻两个从设备左右两端从地址信号接口之间的连接方式。

各个从设备的输入线的信号为下拉电平信号或上拉电平信号，逻辑处理单元对应将输入线采用悬空上拉或者悬空下拉处理，使其与未断开的地址信号电平状态相同。因此，若地址信号为5路，则第一个从设备在经过逻辑处理单元进行高低电平判断后，其1路地址信号被识别为高电平，因此，判断其地址为1，第二个从设备判断其地址为2，第三个从设备判断其地址为3，……，第五个从设备判断其地址为5，因此，5个从设备分别获得其各自的位置信息，这样，就可以从主设备另一个接口即通信信号接口所下发的通信信号中获取各自所需的信息。因此，本发明适用于具有相同属性的从设备，即从设备的结构可以完全相同，无需对相同的从设备进行区别性设计，也可以对应分别识别从设备，即采用无差别的识别方式，识别各个从设备所处的链路中的位置。采用地址信号线用于地址识别，各个从设备可以自行完成，并且识别过程完全可以由数字电路器件来实现。

采用本发明的主从设备连接装置，可以将所有的从设备级联至一组或分别级联至若干组，便于连接，并能够减少端口，减少星状辐射出线缆的数量，简化结构。另外，所有从设备两端的端口完全对称，任何连接顺序均能够实现需求，即可以正反向连接。

从设备对上述对应地址信号实现高低电平控制颠倒后(包括主设备改为地址上拉输出，从设备使用悬空下拉采集数据，从设备识别地址以采集到的低电平数量为准)，仍能够实现相同逻辑，主设备对从设备的识别依靠地址，但不完全取决于地址，可以在多条链路上使用端口(链路)与链路上的地址共同确认从设备。

本发明使用了同一条信号线上支持多机通信的协议，包括但不限于带地址的串口协议，可使用的协议包括I²C协议等，也可以在现有的通讯协议中，通过以下手段实现：

1)主设备发送的数据包带有地址信息；

2)从设备在收到地址与自身地址不匹配的信息时不做响应；

3)从设备在不发送数据时不在数据线上输出电平状态。

应用本发明提供的主从设备连接装置在进行从设备地址识别时，其中包括1个主设备1，m个从设备2，m≤n+1，具体识别方法包括以下几个步骤：

步骤一：主设备与各个从设备之间通信信号传递通过主通信信号接口、从通信信号接口连接；

步骤二：主设备与各个从设备之间地址信号传递通过主地址信号接口、从通信信号接口连接；

具体为，所述主设备通过n个主地址信号接口发出n路地址信号，第1个从设备左端的第1至n个从地址信号接口分别对应接入主设备1发出的第1至n路地址信号，处于上一级的从设备右端第1至n个从地址信号接口分别连接下一级从设备左端的第1至n个从地址信号接口；

任意一个从设备内逻辑处理单元的n+1个端口连接中，定义k为该逻辑处理单元内的端口的编号，且k＝1，2，3，...，n+1，其中，当k的取值为1，2，3，...，(n-1)时，该逻辑处理单元的第k个端口同时连接至该从设备左端的第k+1个从地址信号接口以及该从设备右端的第k个从地址信号接口；当k的取值为n时，该逻辑处理单元的第n个端口连接至该从设备左端第1个从地址信号接口；当k的取值为n+1时，该逻辑处理单元的第n+1个端口连接至该从设备右端的第n个从地址信号接口，完成主从设备的电路连接。

步骤三：所述主设备发出n路地址信号，各个从设备同时接收到主设备所发出的该n路地址信号，逻辑处理单元对各个端口接收的信号进行逻辑判断，检测信号线中高电平或低电平的数量，对应该从设备的地址即为此时具有高电平地址信号的数量。例如对于第一个从设备，进行识别后，其高电平地址信号的数量为1，则该第1个从设备的地址即为1，……，第n+1个从设备其高电平地址信号的数量为n+1，则该第n+1个从设备的地址即为n+1；完成各个从设备的地址识别。

步骤四：主设备对特定的从设备通信时以带地址的通信方式通信，并完成其他功能。

以上过程中，每个从设备进行任意一条地址信号断开处理时，其不能够重复断开已被断开的地址信号，只能在未被断开的地址信号中任意取一路进行断开处理。进而能够避免从设备间选择相同的地址信号断开，方便简单。

本实施例提供一种主从设备连接装置，适用于光学影像触摸屏，尤其是四摄像头光学影像触摸屏，该设备的主设备1为一个中央控制板，从设备2为四个摄像头模组。对应该四摄像头光学影像触摸屏可以有两种连接方法，如图3所示，从中央控制板出发，设计两条链路，每条链路上级级联两个摄像头，共形成两条这样的链路。也或者，如图4所示，从中央控制板出发，顺次连接两个摄像头模组，同时其余两个摄像头模组分别使用(独占)一个端口(即传统星状拓扑)，相当于具有三条链路。也或者，仅采用一条链路，四个摄像头模组顺次级联于该同一个链路中。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种主从设备连接装置，其特征在于，包括一个主设备和多个从设备，其中所述主设备与从设备之间采用级联方式连接，形成一条以上的级联链路。

2.根据权利要求1所述的主从设备连接装置，其特征在于，所述主设备具有一个以上主通信信号接口和一个以上主地址信号接口，每个从设备的左右两端分别具有一个以上的从通信信号接口和一个以上的从地址信号接口；其中所述主设备发送的通信信号通过主通信信号接口同时发送给各个从设备，且各个从设备之间通过左右两端的从通信信号接口相互级联；所述主设备发送的地址信号通过主地址信号接口同时发送给各个从设备，且各个从设备通过左右两端的从地址信号接口相互级联；每个从设备内部均包括进行电平高低判断的逻辑处理单元。

3.根据权利要求2所述的主从设备连接装置，其特征在于，所述逻辑处理单元为单片机、ARM、CPLD、FPGA或门电路。

4.根据权利要求2所述的主从设备连接装置，其特征在于，所述主设备通过n个主地址信号接口发出n路地址信号，所述从设备的个数为m，且m≤n+1；每个从设备的左右两端分别具有n个从地址信号接口，每个从设备的内部的逻辑处理单元均具有n+1个端口；

其中，第1个从设备左端的第1至n个从地址信号接口分别对应接入主设备发出的第1至n路地址信号，处于上一级的从设备右端的第1至n个从地址信号接口分别连接下一级从设备左端的第1至n个从地址信号接口；

任意一个从设备内逻辑处理单元的n+1个端口连接中，定义k为该逻辑处理单元内的端口的编号，且k＝1，2，3，...，n+1，其中，当k的取值为1，2，3，...，(n-1)时，该逻辑处理单元的第k个端口同时连接至该从设备左端的第k+1个从地址信号接口以及该从设备右端的第k个从地址信号接口；当k的取值为n时，该逻辑处理单元的第n个端口连接至该从设备左端的第1个从地址信号接口；当k的取值为n+1时，该逻辑处理单元的第n+1个端口连接至该从设备右端的第n个从地址信号接口。

5.根据权利要求4所述的主从设备连接装置，其特征在于，所述主设备发出的n路地址信号为置低电平信号。

6.根据权利要求5所述的主从设备连接装置，其特征在于，接入各从设备逻辑处理单元的信号均为悬空上拉输入的信号。

7.根据权利要求4所述的主从设备连接装置，其特征在于，所述主设备发出的n路地址信号为置高电平信号。

8.根据权利要求7所述的主从设备连接装置，其特征在于，接入各从设备逻辑处理单元的信号均为悬空下拉输入的信号。

9.一种主从设备连接装置的识别方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一：主设备与各个从设备之间通信信号传递通过主通信信号接口、从通信信号接口连接；

步骤二：主设备与各个从设备之间地址信号传递通过主地址信号接口、从地址信号接口连接；

步骤三：所述主设备发出n路地址信号，所述从设备的个数为m，m≤n+1；各个从设备同时接收到主设备发出的该n路地址信号，各从设备内部均具有逻辑处理单元，各逻辑处理单元均具有n+1个端口，逻辑处理单元对各个端口接收的信号进行逻辑判断，得到所接收信号中高电平或低电平的数量，进而识别各从设备的地址；

步骤四：完成地址识别后，主设备对各从设备进行通信，通信时以带地址的通信方式通信，并完成其他功能。

10.根据权利要求9所述的主从设备连接装置的识别方法，其特征在于，所述步骤二具体为：第1个从设备左端的第1至n个从地址信号接口分别对应接入主设备发出的第1至n路地址信号，处于上一级的从设备右端第1至n个从地址信号接口分别连接下一级从设备左端的第1至n个从地址信号接口；

任意一个从设备内逻辑处理单元的n+1个端口连接中，定义k为该逻辑处理单元内的端口的编号，且k＝1，2，3，...，n+1；其中，当k的取值为1，2，3，...，(n-1)时，该逻辑处理单元的第k个端口同时连接至该从设备左端的第k+1个从地址信号接口以及该从设备右端的第k个从地址信号接口；当k的取值为n时，该逻辑处理单元的第n个端口连接至该从设备左端的第1个从地址信号接口；当k的取值为n+1时，该逻辑处理单元的第n+1个端口连接至该从设备右端的第n个从地址信号接口。