CN105680900A - 数据的传输系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据的传输系统及方法。其中，该系统包括：单片机、信号转换电路、接口电路、终端阻抗匹配电路和通信线缆，其中，单片机，与信号转换电路电连接，用于向信号转换电路发送数据；信号转换电路，与接口电路电连接，用于将数据由预设第一格式转换为预设第二格式的数据；接口电路，与终端阻抗匹配电路连接，用于转发转换为预设第二格式的数据；终端阻抗匹配电路，与通信线缆连接，用于控制预设第二格式的数据在传输过程中的反射和回波；通信线缆，用于传输预设第二格式的数据至外接传输系统。本发明解决了由于相关技术通过FPGA控制高速RS485收发器，实现10Mbps以上的RS485数据传输，导致设计复杂，成本高的技术问题。

Description

数据的传输系统及方法

技术领域

本发明涉及电气应用技术领域，具体而言，涉及一种数据的传输系统及方法。

背景技术

随着单片机技术的日趋成熟，单片机技术日渐广泛运用于工业生产和设备制造业，其中，RS485总线通信系统因具有设计简单、传输距离远、现场布线少等优点，在工业控制领域得到广泛应用。RS485接口标准通信的最大传输距离为2000m，通信速率限制在93.75kbps；当通信距离为100m时，通信速率可达20Mbps。通用单片机一般都具有内置的UART接口，但内置UART接口的通信速率一般达不到10Mbps，这导致通用单片机不能适用于10Mbps以上的高速RS485数据传输系统中。目前在工业控制领域内，一般采用FPGA控制RS485收发器的方法，实现10Mbps以上的RS485数据传输，技术方案如图1所示，图1是相关技术中实现高速RS485数据传输系统的结构示意图。其中，如图1所示，每个系统中的FPGA器件用于数据编码、并/串转换等数据发送功能，以及串行输入信号的数据检测、串/并转换、数据解码及循环冗余校验码(CyclicRedundancyCheck，简称CRC)校验等数据接收功能。RS485接口电路用于在RS485总线下串行数据的高速发送与接收，以及实现FPGA器件与RS485收发器之间的阻抗匹配和RS485收发器的保护功能。终端阻抗匹配电路用于在RS485长线传输时抑制信号的反射和回波。双绞线用于系统间的通信。

如图1所示，系统1和系统2都能发送数据和接收数据，通信是双向的。以系统1发送数据、系统2接收数据为例，说明现有技术方案的基本工作原理。

其中，图1中FPGA1编码待发送数据信号，经并/串转换后输出到RS485接口电路1，RS485接口驱动器驱动双绞线传输数据。RS485接口电路2通过双绞线接收到系统1的数据后输出到FPGA2，FPGA2对接收的数据进行串/并转换、解码和CRC校验。

针对上述由于相关技术通过FPGA控制高速RS485收发器，实现10Mbps以上的RS485数据传输，导致设计复杂，成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种数据的传输系统及方法，以至少解决由于相关技术通过FPGA控制高速RS485收发器，实现10Mbps以上的RS485数据传输，导致设计复杂，成本高的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种数据的传输系统，包括：单片机、信号转换电路、接口电路、终端阻抗匹配电路和通信线缆，其中，单片机，与信号转换电路电连接，用于向信号转换电路发送数据；信号转换电路，与接口电路电连接，用于将数据由预设第一格式转换为预设第二格式的数据；接口电路，与终端阻抗匹配电路连接，用于转发转换为预设第二格式的数据；终端阻抗匹配电路，与通信线缆连接，用于控制预设第二格式的数据在传输过程中的反射和回波；通信线缆，用于传输预设第二格式的数据至外接传输系统。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种数据的传输方法，包括：通过信号转换电路匹配接收到的数据的数据类型，将数据由预设第一格式转换为预设第二格式的数据；通过接口电路转发数据类型为预设第二格式的数据；通过终端阻抗匹配电路控制数据类型为预设第二格式的数据在传输过程中的反射和回波；通过通信线缆将数据类型为预设第二格式的数据发送至外接传输系统。

在本发明实施例中，通过单片机，与信号转换电路电连接，用于向信号转换电路发送数据；信号转换电路，与接口电路电连接，用于将数据由预设第一格式转换为预设第二格式的数据；接口电路，与终端阻抗匹配电路连接，用于转发转换为预设第二格式的数据；终端阻抗匹配电路，与通信线缆连接，用于控制预设第二格式的数据在传输过程中的反射和回波；通信线缆，用于传输预设第二格式的数据至外接传输系统，达到了降低设计难度和设计成本的目的，从而实现了通过常用的电器元件实现数据的高速传输的技术效果，进而解决了由于相关技术通过FPGA控制高速RS485收发器，实现10Mbps以上的RS485数据传输，导致设计复杂，成本高的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是相关技术中实现高速RS485数据传输系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的数据的传输系统的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种数据的传输系统的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的数据的传输方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请实施例提供的数据的传输系统涉及的技术名词：

串行外设接口：SerialPeripheralInterface，简称SPI；

通用异步收发传输：UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，简称UART；

现场可编程门阵列：Field-ProgrammableGateArray，简称FPGA。

实施例一

根据本发明实施例，提供了一种数据的传输系统的系统实施例，图2是根据本发明实施例的数据的传输系统的结构示意图，如图2所示，该系统包括：单片机21、信号转换电路22、接口电路23、终端阻抗匹配电路24和通信线缆25，其中，

单片机21，与信号转换电路22电连接，用于向信号转换电路22发送数据；

信号转换电路22，与接口电路23电连接，用于将数据由预设第一格式转换为预设第二格式的数据；

接口电路23，与终端阻抗匹配电路24电连接，用于转发转换为预设第二格式的数据；

终端阻抗匹配电路24，与通信线缆25电连接，用于控制预设第二格式的数据在传输过程中的反射和回波；

通信线缆25，用于传输预设第二格式的数据至外接传输系统。

由上可知，本申请实施例提供的数据的传输系统可以适用于单片机与单片机之间通过RS485总线通信系统进行高速的数据通信，需要说明的是通信线缆25连接的外接传输系统与本申请实施例提供的数据的传输系统为对称结构，即，该外接传输系统中也包括：单片机21、信号转换电路22、接口电路23、终端阻抗匹配电路24和通信线缆25。

具体的，本申请实施例提供的数据的传输系统中，单片机21通过信号转换电路22向接口电路23发送，由该信号转换电路22转换数据类型后的数据，进而通过终端阻抗匹配电路24调节该数据在传输过程中存在的反射和回波，最后由通信线缆25将该数据发送至外接传输系统，其中，单片机21通过与信号转换电路22电连接，将数据类型为预设第一格式的数据发送至该信号转换电路22，接着由该信号转换电路22将该数据由预设第一格式转换为预设第二格式，接口电路23通过与信号转换电路22电连接，将转换为预设第二格式的数据高速发送至终端阻抗匹配电路24，再由终端阻抗匹配电路24将数据类型为预设第二格式的数据由通信线缆25发送至外接传输系统。

这里本申请实施例中数据类型中的预设第一格式可以为串行外设接口格式(SerialPeripheralInterface，简称SPI)，预设第二格式可以为通用异步收发传输格式(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，简称UART)。本申请实施例提供的数据的传输系统通过在单片机21与接口电路23之间添加信号转换电路22，规避了相关技术中由于单片机21的内置UART接口的通信速率一般达不到10Mbps，无法满足10Mbps以上的高速RS485数据传输系统中的问题，摒弃了FPGA昂贵的设计成本，以及设计的复杂程度，回归由单片机21实现在RS485数据传输系统中数据的高速传输。其中，本申请实施例提供的接口电路23为RS485接口电路。

本申请实施例提供的数据的传输系统中，通过单片机，与信号转换电路电连接，用于向信号转换电路发送数据；信号转换电路，与接口电路电连接，用于将数据由预设第一格式转换为预设第二格式的数据；接口电路，与终端阻抗匹配电路连接，用于转发转换为预设第二格式的数据；终端阻抗匹配电路，与通信线缆连接，用于控制预设第二格式的数据在传输过程中的反射和回波；通信线缆，用于传输预设第二格式的数据至外接传输系统，达到了降低设计难度和设计成本的目的，从而实现了通过常用的电器元件实现数据的高速传输的技术效果，进而解决了由于相关技术通过FPGA控制高速RS485收发器，实现10Mbps以上的RS485数据传输，导致设计复杂，成本高的技术问题。

具体的，图3是根据本发明实施例的一种数据的传输系统的结构示意图，如图3所示，本申请实施例提供的数据的传输系统具体如下：

可选地，单片机21包括：串行外设接口211，其中，

串行外设接口211，与信号转换电路22电连接，用于发送数据至信号转换电路22。

具体的，每个系统中的单片机21均为具有SPI接口211的通用单片机，单片机21通过SPI接口211与信号转换电路22电连接，并且单片机21通过SPI接口211向信号转换电路22发送数据，其中，单片机21可以为图3中的单片机1，SPI接口211可以为图3中的SPI。

此外，在外接传输系统中的单片机返回数据时，单片机21将通过SPI接口211接收由信号转换电路22返回的数据。

可选的，在预设第一格式包括：串行外设接口格式，以及，预设第二格式包括：通用异步收发传输格式的情况下，信号转换电路22，包括：匹配模块和发送模块，其中，

匹配模块，与单片机21电连接，用于将数据的数据类型由串行外设接口格式转换为通用异步收发传输格式；

发送模块，与接口电路23电连接，用于向接口电路23发送转换为通用异步收发传输格式的数据。

具体的，由上述可知，本申请实施例中的单片机21为SPI接口的单片机，本申请实施例中的信号转换电路22可以为将SIP格式的数据转换为UART格式的数据的信号转换电路，单片机21输出SPI格式的数据，并由信号转换电路22将该数据的数据类型转换为UART，在保障数据传输的同时，可以规避相关技术中由于单片机21的内置UART接口数据传输速率低的问题，进而保障了后续该数据在各电路中的高速传输。在本申请实施例中匹配模块通过单片机21中的SPI接口与该单片机21电连接，接收数据类型为SPI格式的数据，并将该数据转换为UART格式的数据；进而与接口电路23电连接的发送模块，将转换为UART格式的数据发送至接口电路23。

其中，信号转换电路22可以为图3所示的SPI转UART电路1，接口电路23可以为图3所示的RS485接口电路1。

进一步地，可选的，匹配模块，与接口电路23电连接，用于将数据类型为通用异步收发传输格式的数据转换为串行外设接口格式的数据；

发送模块，与单片机21电连接，用于向单片机21返回串行外设接口格式的数据。

具体的，当外接传输系统返回数据时，匹配模块通过与接口电路23电连接，将数据类型为UART格式的数据转换为SPI格式的数据，再由发送模块，将转换为SPI格式的数据返回单片机21，其中，发送模块与单片机21电连接。

由上述可知，本申请实施例中的电器元件均为能够双向通信的元件，在以单向传输数据的同时，可以接收反方向返回的数据，本申请实施例仅以单向发送数据为例进行说明，以实现本申请实施例提供的数据的传输系统为准，具体不做限定。

可选的，接口电路23包括：数据总线和数据收发器，其中，

数据总线，与信号转换电路22电连接，用于传输数据类型为通用异步收发传输格式的数据；

数据收发器，与数据总线电连接，用于转发通用异步收发传输格式的数据。

具体的，在本申请实施例中接口电路23可以为RS485接口电路，该RS485接口电路中包括：RS485总线和RS485收发器，即，本申请实施例中的数据总线和数据收发器，其中，RS485总线与信号转换电路22电连接，用于将数据类型为UART格式的数据通过RS485收发器发送至终端阻抗匹配电路24，这里RS485接口电路用于在RS485总线下串行数据的高速发送与接收以及RS485收发器的保护。

进一步地，可选的，数据收发器，与终端阻抗匹配电路24电连接，用于接收数据类型为通用异步收发传输格式的数据；

数据总线，分别与数据收发器和信号转换电路22电连接，用于将通用异步收发传输格式的数据传输至信号转换电路。

具体的，当接收外接传输系统返回的数据时，RS485收发器与终端阻抗匹配电路24电连接，接收数据类型为UART格式的数据，在接收到该数据后，经由RS485总线将该数据返回至信号转换电路22。其中，终端阻抗匹配电路24可以为图3中的终端阻抗匹配电路1。

可选的，通信线缆25包括：双绞线。

综上，结合图3可知，本申请实施例提供的数据的传输系统中，每个系统中的单片机均为具有SPI接口的通用单片机，单片机通过SPI接口访问SPI转UART电路，实现数据的接收和发送。SPI转UART电路实现SPI格式数据和UART格式数据的双向转换与传输。RS485接口电路用于在RS485总线下串行数据的高速发送与接收以及RS485收发器的保护。终端阻抗匹配电路用于在RS485长线传输时抑制信号的反射和回波。双绞线用于系统间的通信。

其中，系统1和系统2都能发送数据和接收数据，通信是双向的。以系统1发送数据、系统2接收数据为例，本申请实施例提供的数据的传输系统具体如下：

单片机1通过SPI发送数据到SPI转UART电路1。SPI转UART电路1把从单片机1接收的SPI格式数据，转换为UART格式的数据发送给RS485接口电路1。RS485接口驱动器驱动双绞线传输数据。RS485接口电路2通过双绞线接收系统1的数据，并把接收的数据以UART格式发送给SPI转UART电路2。SPI转UART电路2把从RS485接口电路2接收的UART格式数据，转换为SPI格式的数据发送给单片机2。单片机2对接收的数据进行CRC校验等运算处理。

其中，图3中的单片机1和单片机2都是通用单片机，具有标准的SPI接口，且SPI时钟大于25MHz。SPI转UART电路的核心元件可以为Maxim公司的芯片MAX3107，MAX3107最高通信速率为24Mbps。RS485收发器选用全双工的驱动器和接收器，且通信速率大于25Mbps。本申请实施例通过使用通用单片机控制高速RS485收发器(即，本申请实施例中单片机21通过信号转换电路22，由接口电路23发送数据类型转换后的数据)，从而实现了10Mbps以上的RS485数据传输，并且本申请实施例提供的数据的传输系统设计简单，成本低。

实施例二

根据本发明实施例，提供了一种数据的传输方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图4是根据本发明实施例的数据的传输方法的流程示意图，如图4所示，该方法包括如下步骤：

步骤S402，通过信号转换电路匹配接收到的数据的数据类型，将数据由预设第一格式转换为预设第二格式的数据；

步骤S404，通过接口电路转发数据类型为预设第二格式的数据；

步骤S406，通过终端阻抗匹配电路控制数据类型为预设第二格式的数据在传输过程中的反射和回波；

步骤S408，通过通信线缆将数据类型为预设第二格式的数据发送至外接传输系统。

对应实施例一提供的图2和图3，结合步骤S402至步骤S408，本申请实施例提供的数据的传输方法中，通过信号转换电路匹配接收单片机发送的数据的数据类型，并将该数据由预设第一格式转换为预设第二格式的数据，进一步的，通过接口电路转发该数据类型为预设第二格式的数据，并通过终端阻抗匹配电路控制该数据在传输过程中的反射和回波，最后由通信线缆将该数据传输至外接传输系统，需要说明的是，本申请实施例中的外接传输系统与图2对应的数据的传输系统结构相同，为整个数据通信系统中的两个对称结构，在外接对称结构将执行步骤S402至步骤S408的逆过程，具体不再赘述。

其中，本申请实施例提供的数据的传输方法可以适用于单片机与单片机之间通过RS485总线通信系统进行高速的数据通信。

本发明实施例通过的数据的传输方法中，通过通过信号转换电路匹配接收到的数据的数据类型，将数据由预设第一格式转换为预设第二格式的数据；通过接口电路转发数据类型为预设第二格式的数据；通过终端阻抗匹配电路控制数据类型为预设第二格式的数据在传输过程中的反射和回波；通过通信线缆将数据类型为预设第二格式的数据发送至外接传输系统，达到了降低设计难度和设计成本的目的，从而实现了通过常用的电器元件实现数据的高速传输的技术效果，进而解决了由于相关技术通过FPGA控制高速RS485收发器，实现10Mbps以上的RS485数据传输，导致设计复杂，成本高的技术问题。

可选地，预设第一格式包括：串行外设接口格式；该预设第二格式包括：通用异步收发传输格式。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种数据的传输系统，其特征在于，包括：单片机、信号转换电路、接口电路、终端阻抗匹配电路和通信线缆，其中，

所述单片机，与所述信号转换电路电连接，用于向所述信号转换电路发送数据；

所述信号转换电路，与所述接口电路电连接，用于将所述数据由预设第一格式转换为预设第二格式的数据；

所述接口电路，与所述终端阻抗匹配电路电连接，用于转发转换为所述预设第二格式的所述数据；

所述终端阻抗匹配电路，与所述通信线缆连接，用于控制所述预设第二格式的所述数据在传输过程中的反射和回波；

所述通信线缆，用于传输所述预设第二格式的所述数据至外接传输系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单片机包括：串行外设接口，其中，

所述串行外设接口，与所述信号转换电路电连接，用于发送所述数据至所述信号转换电路。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述预设第一格式包括：串行外设接口格式，以及，所述预设第二格式包括：通用异步收发传输格式的情况下，所述信号转换电路，包括：匹配模块和发送模块，其中，

所述匹配模块，与所述单片机电连接，用于将所述数据的数据类型由所述串行外设接口格式转换为所述通用异步收发传输格式；

所述发送模块，与所述接口电路电连接，用于向所述接口电路发送转换为所述通用异步收发传输格式的所述数据。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述匹配模块，与所述接口电路电连接，用于将数据类型为所述通用异步收发传输格式的数据转换为所述串行外设接口格式的数据；

所述发送模块，与所述单片机电连接，用于向所述单片机返回所述串行外设接口格式的数据。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述接口电路包括：数据总线和数据收发器，其中，

所述数据总线，与所述信号转换电路电连接，用于传输数据类型为所述通用异步收发传输格式的所述数据；

所述数据收发器，与所述数据总线电连接，用于转发所述通用异步收发传输格式的所述数据。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述数据收发器，与所述终端阻抗匹配电路连接，用于接收数据类型为所述通用异步收发传输格式的数据；

所述数据总线器，分别与所述数据收发器和所述信号转换电路电连接，用于将所述通用异步收发传输格式的数据传输至所述信号转换电路。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信线缆包括：双绞线。

8.一种数据的传输方法，其特征在于，应用于权利要求1至7中任一项所述的数据的传输系统，包括：

通过所述信号转换电路匹配接收到的数据的数据类型，将所述数据由预设第一格式转换为预设第二格式的数据；

通过所述接口电路转发数据类型为预设第二格式的所述数据；

通过所述终端阻抗匹配电路控制数据类型为预设第二格式的所述数据在传输过程中的反射和回波；

通过所述通信线缆将所述数据类型为预设第二格式的所述数据发送至外接传输系统。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预设第一格式包括：串行外设接口格式；所述预设第二格式包括：通用异步收发传输格式。