CN105022711A - 串行总线通讯架构 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种串行总线通讯架构,包括至少一USB至RS485桥接单元、至少一计算机、至少一UART至RS485转换器、至少一微控制器以及至少一终端装置,其中每个计算机具有至少一USB接口,每个USB至RS485桥接单元能转换USB及RS485数据,每个UART至RS485转换器具有UART接口及RS485接口,能转换UART及RS485数据,每个微控制器具有UART接口,而每个终端装置具有RS485接口。计算机经UART至RS485转换器而连接至共享RS485总线,且共享RS485总线进一步直接连接终端装置,并经UART至RS485转换器而连接至微控制器。因而,本发明提供计算机、微控制器以及终端装置相互电气连接,形成复杂的通讯网络平台。

Description

串行总线通讯架构
技术领域
本发明有关于一种串行总线通讯架构,尤其是利用多个不同的数据转换器以提供通讯平台给具有不同串行总线的计算机、微控制器及终端装置。
背景技术
随着电子工业的大幅进步,不同电子装置间需要可靠且方便连接的通讯方式,藉以传输数据,达到相互通讯的目的。依据实际需求,相关产业团体或协会制定许多适当的通讯规范以及不同应用领域的传输接口,因而产业界具体实现而制造相符的硬件及软件操作系统,比如串行总线接口及并列总线接口。串行总线接口的实例包括I2C接口、通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)接口、通用异步传输(Universal Asynchronous Receiver Transmitter,UART)接口、RS485接口、RS232接口等等,而并列总线接口包括ISA、IDE、PCI、SATA接口等等。
不同串行总线及并列总线接口各有各的优点及适用领域,其中串行总线的实体构造较为简单,很容易连接,而并列总线接口主要特点是适用于数据传输量较大的领域,不过实体尺寸较大,需要使用排线当作传输线。因此,工业级、量产测试、检验,或计算机周边通常是使用具串行总线的电子装置或仪器,而计算机的中央处理机、图形处理组件、数据储存的硬盘或影像数据传输的领域会使用并列总线接口。
在常用的串行总线接口中,USB接口主要是提供周边电子装置与计算机之间的串行总线传输,比如键盘、鼠标、随身碟、光驱、数字相机、打印机、无线耳机等等,尤其是USB具有热插拔(Hot Plug in)的特性,可在不中断电源的状态下直接连接或脱离,同时配合操作系统的操作,动态导入所需的驱动软件,使得新插入的装置能正常运作,达到随插即用(Plug&Play)的功效,而且可移除不需要的驱动软件,增进系统资源的有效运用及整体操作稳定性。因此,USB目前已成功的广泛使用于计算机应用领域,是计算机领域的必要基本配备,甚至具有USB通讯功能的智能型手机也可直接连接至计算机,进行数据传输。
此外,依据USB规范,USB接口还能利用计算机主机的电源提供适当的电力给周边装置,当作充电电源,可对手机、平板计算机、数字相机进行充电,实现随时充电的便利性。
UART接口是比USB更为早期而原始的串行总线接口,主要是在电子仪器设备方面,同时也应用于简单的计算机周边装置,比如键盘、鼠标、调制解调器,实现点对点的数据传输,不过目前已被USB取代,但是在工业级的在线量产检验或测试仪器、设备中,由于UART接口具有非常优异的抗干扰能力、传输距离,简单、可靠的传输质量,使得不同工业级电子装置能很方便的相互连接,仍是业界相当倚重的接口。
早期,RS485接口主要是电子工业界为解决实际需求所形成的一种建议性规范(Recommended Standard,RS)接口,本质上是不具强制性但为业界普遍接受的工业规范,而目前已为电子工业协会(Electronic Industry Association,EIA)提出。RS485主要是利用标准的平衡传输线达到共享于线对模式的应用,其特点为最多可有255对驱动器/连接器的双线对网络共享,而驱动器和接收器共模电压VCM的范围为+12V~7V,且驱动器可与以切断或经由三态(tri-stated)连接,并能抵抗这个共模电压。RS-485网络也能连接4个绞线模式,在4个电线网络下必需有一个主要节点,其余为附属节点,网络是连接主要节点和所有的附属节点,且全部附属节点之间的沟通均是通过唯一的主节点。网络中的装置设备可由混合协议沟通获得改善,然而附属节点不会径自由其它附属节点得到响应,一个附属子节点也不能回应到其它附属节点。
虽然上述的USB、UART、RS485种串行总线接口各有各自的适当应用领域,然而,具不同串行总线接口的电子装置之间无法直接藉由简单的实体连接而沟通或传输数据,造成系统整合的问题。例如,系统层级的控制、操作、数据储存一般是由具USB接口的计算机、服务器或储存媒介负责,而现场测试、检验、实时监控的核心技术往往是利用具UART、RS485接口的高功能设备而完成,尤其是需要在充满高度电气干扰、高温或高湿的严刻环境下长时间工作。此外,无法利用简单的连接方式,随意扩充整个操作系统,限制实务上的弹性。
因此,很需要一种串行总线通讯架构,能整合具有USB、UART、RS485接口的不同电子装置在共享RS485总线上,藉以提供方便连接及弹性增加使用单元的通讯应用平台,藉以解决上述现有技术的问题。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种串行总线通讯架构,包括至少一USB至RS485桥接单元、至少一计算机、至少一UART至RS485转换器、至少一微控制器以及至少一终端装置,其中每个计算机具有至少一USB接口,每个UART至RS485转换器具有UART接口及RS485接口,每个微控制器具有UART接口,而每个终端装置具有RS485接口。
UART至RS485转换器可将来自UART接口的UART数据转换成RS485数据,并传输至RS485接口,同时将RS485接口上的RS485数据转换成UART数据而传输至UART接口。
计算机是经由USB总线而连接至相对应USB至RS485桥接单元的USB接口,微控制器是经UART总线而连接至相对应UART至RS485转换器的UART接口,而共享RS485总线同时连接至USB至RS485桥接单元的RS485接口、UART至RS485转换器的RS485接口、终端装置的RS485接口。因此,计算机、微控制器、终端装置可电气连接至共享RS485总线,可提供计算机、微控制器、终端装置进行相互间的通讯。
具体而言,USB至RS485桥接单元包括USB至UART转换器、UART总线及UART至RS485转换器,其中USB至UART转换器具有USB接口及UART接口,用以将来自USB接口的USB数据转换成UART数据,并传输至UART接口,同时将UART接口上的UART数据转换成USB数据而传输至USB接口,另外,UART至RS485转换器可将来自UART接口的UART数据转换成RS485数据,并传输至RS485接口,同时将RS485接口上的RS485数据转换成UART数据而传输至UART接口。
因此,本发明的串行总线通讯架构提供共享的RS485总线,使得具有不同串行总线的计算机、微控制器及终端装置可经RS485总线而达到相互通讯的目的,进而简化整体转换架构,提高操作稳定性及可靠度,并改善不同应用领域的使用弹性。
附图说明
图1为显示本发明串行总线通讯架构的系统示意图。
图2为显示本发明串行总线通讯架构的进一步应用实例的详细示意图。
其中,附图标记说明如下:
10A   UART至RS485转换器
10B   USB至UART转换器
10C   UART至RS485转换器
30B   USB至UART转换器
30C   UART至RS485转换器
B1    USB总线
B2    UART总线
B3    RS485总线
B4    UART总线
U1    计算机
U1A   计算机
U2    微控制器
U3    终端装置
U4    控制单元
UA    USB至RS485桥接单元
具体实施方式
以下配合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明,使熟习本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。
首先,请参考图1,本发明串行总线通讯架构的系统示意图。如图1所示,本发明的串行总线通讯架构包括至少一计算机U1、至少一微控制器U2、至少一终端装置U3、至少一通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)至RS485桥接单元UA以及至少一通用异步传输(Universal Asynchronous ReceiverTransmitter,UART)至RS485转换器10A,用以提供通讯平台给不同串行总线接口的计算机U1、微控制器U2及终端装置U3,其中每个计算机U1具有至少一USB接口,每个微控制器U2具有UART接口,而每个终端装置U3具有RS485接口,且每个USB至RS485桥接单元UA具有USB接口及RS485接口,而每个UART至RS485转换器10A具有UART接口及RS485接口。
由于计算机U1、微控制器U2及终端装置U3分别具有不同串行总线的通讯功能,因此,相互间无法直接连接而进行通讯。
具体而言,USB至RS485桥接单元UA具有数据转换功能,能将USB接口的USB数据转换成RS485数据,并传输至RS485接口,同时将RS485接口上的RS485数据转换成USB数据而传输至USB接口。另外,UART至RS485转换器10A具有数据转换功能,用以将来自UART接口的UART数据转换成RS485数据,并传输至RS485接口,同时将RS485接口上的RS485数据转换成UART数据而传输至UART接口。
进一步,计算机U1是经由USB总线B1而连接至相对应USB至RS485桥接单元UA的USB接口,而USB至RS485桥接单元UA的RS485接口是连接至共享RS485总线B3,因此,计算机U1可电气连接至共享RS485总线B3。
微控制器U2可包含并执行一固件程序,且微控制器U2的UART接口连接UART总线B4而UART总线B4进一步连接至相对应UART至RS485转换器10A的UART接口,且UART至RS485转换器10A的UART接口的RS485接口连接至共享RS485总线B3,使得微控制器U2电气连接至共享RS485总线B3。此外,终端装置U3的RS485接口连接至共享RS485总线B3,因此,计算机U1、微控制器U2及终端装置U3可同时电气连接至共享RS485总线B3,形成通讯平台。
更加具体而言,USB至RS485桥接单元UA包括USB至UART转换器10B、UART总线B2及UART至RS485转换器10C,其中USB至UART转换器10B具有USB接口及UART接口,而UART至RS485转换器10C具有UART接口及RS485接口,且USB至UART转换器10B的UART接口以及UART至RS485转换器10C的UART接口是经由UART总线B2而连接。USB至UART转换器10B将USB接口的USB数据转换成UART数据,并传输至UART接口,同时将UART接口上的UART数据转换成USB数据而传输至USB接口。此外,UART至RS485转换器10C可将来自UART接口的UART数据转换成RS485数据,并传输至RS485接口,同时将RS485接口上的RS485数据转换成UART数据而传输至UART接口。
综合上述说明,计算机U1可经由USB至UART转换器10B及UART至RS485转换器10C而连接至共享的RS485总线B3,微控制器U2可经由UART至RS485转换器10A而连接至共享RS485总线B3,同时终端装置U3直接连接至共享RS485总线B3,使得具有USB通讯功能的计算机U1、具有UART通讯功能的微控制器U2、具有RS485通讯功能的终端装置U3,可在共享RS485总线B3上进行相互间的通讯。
此外,本发明的串行总线转换架构可进一步包括至少一控制单元U4,比如温度量测、电流量测、电压量测的传感器、具储存固件程序及操作参数功能的内存、加强散热能力的散热模块、发射光源的发光模块或产生机械动作的马达,且每个控制单元U4连接至相对应的微控制器U2,用以对微控制器U2提供感测信号、控制指令、变更操作模式或更新固件程序的功能。或者,可由微控制器U2控制该控制单元U4的预设动作、操作或功能。
尤其是,可依据本发明的串行总线转换架构而配置多个计算机U1、多个微控制器U2、多个终端装置U3而同时电气连接至共享RS485总线B3,藉以构成复杂的通讯网络架构。例如,图2中进一步应用实例的详细示意图,其中终端装置U3可如图2所示,包含另一计算机U1A、另一USB至UART转换器30B以及另一UART至RS485转换器30C,其中终端装置U3的另一USB至UART转换器30B以及另一UART至RS485转换器30C是分别相同于上述的USB至UART转换器10B以及UART至RS485转换器10C,因此不再赘述详细的技术特征。结果,终端装置U3的另一计算机U1A可经由另一USB至UART转换器30B以及另一UART至RS485转换器30C而电气连接至共享RS485总线B3。
因此,本发明的主要特点是在于提供串行总线转换架构,使得具有不同串行总线的计算机、微控制器及终端装置可经由USB至RS485桥接单元、UART至RS485转换器而连接至共享RS485总线,进而达到相互通讯的目的。尤其是,本发明的串行总线转换架构可将多个不同串行总线的计算机、微控制器及终端装置配置成复杂的通讯网络结构,能确实符合不同应用领域的实际需求,并以简单的方式相互连接,进而简化整体通讯架构,提高操作稳定性及可靠度,增进使用的弹性。
以上所述内容仅为用以解释本发明的较佳实施例,并非企图据以对本发明做任何形式上的限制,因此,凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更,皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

Claims (5)

1.一种串行总线通讯架构,其特征在于,包括:
至少一USB至RS485桥接单元,每个USB至RS485桥接单元具有一USB接口以及一RS485接口,用以将该USB接口上的USB数据转换成RS485数据而传输至该RS485接口,同时该RS485接口上的RS485数据转换成USB数据而传输至该USB接口;
至少一计算机,每个计算机具有至少一USB接口,用以经一USB总线而连接至相对应USB至RS485桥接单元的USB接口;
至少一UART至RS485转换器,每个UART至RS485转换器具有一UART接口以及一RS485接口,用以将该UART接口上的UART数据转换成RS485数据而传输至该RS485接口,同时该RS485接口上的RS485数据转换成UART数据而传输至该UART接口;
至少一微控制器,每个微控制器具有一UART接口,用以经一UART总线而连接至相对应UART至RS485转换器的UART接口;以及
至少一终端装置,每个终端装置具有一RS485接口,用以连接至一共享RS485总线,且该共享RS485总线进一步连接至所述UART至RS485转换器的RS485接口,使得该至少一计算机、该至少一微控制及该至少一终端装置电气连接至该共享RS485总线,进而互相通讯。
2.依据权利要求1所述的串行总线通讯架构,其特征在于,该USB至RS485桥接单元包括:
一USB至UART转换器,具有一USB接口以及一UART接口,用以将来自该计算机的USB数据转换成UART数据,并传输至该UART接口,同时该UART接口上的UART数据转换成USB数据而传输至该USB接口,且该USB接口是经由该USB总线而连接至该计算机的USB接口;
一UART总线,连接至该USB至UART转换器的UART接口;以及
一UART至RS485转换器,具有一UART接口以及一RS485接口,用以将该UART接口上的UART数据转换成RS485数据而传输至该RS485接口,同时该RS485接口上的RS485数据转换成UART数据而传输至该UART接口,且该UART接口连接至该UART总线,而该RS485接口连接至该共享RS485总线。
3.依据权利要求1所述的串行总线通讯架构,其特征在于,该终端装置包括另一计算机、另一USB至UART转换器以及另一UART至RS485转换器,且该终端装置连接该另一USB至UART转换器,并由该另一UART至RS485转换器进一步连接至该共享RS485总线。
4.依据权利要求1所述的串行总线通讯架构,其特征在于,该计算机包括个人计算机、平板计算机或服务器。
5.依据权利要求1所述的串行总线通讯架构,其特征在于,进一步包括至少一控制单元,其中每个控制单元连接至相对应的微控制器,用以对该微控制器提供感测信号、控制指令、变更操作模式或更新固件程序的功能,或由该微控制器控制该控制单元的动作,且该控制单元包括一传感器、一内存、一散热模块、一发光模块或一马达。
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