CN106021152A - 主从式串口设备集线器及异步双工一对多串行通讯方法 - Google Patents

Abstract

一种主从式串口设备集线器，包括多串口通讯控制器MCU，所述多串口通讯控制器MCU至少具有一个可作为主UART的设备接口，所述主从式串口设备集线器还包括多个与具有UART接口的设备相连接的信号传输通道，从而构成主从式串口设备集线器，实现主UART通过信号传输通道与多个从UART设备连接；所述信号传输通道是具有选通功能的电路，所述具有选通功能的电路包括数据选择器和具有两个输入端的2输入或门、译码器、数据分配器中的一种或几种的电路；本发明的主从式串口设备集线器的电路简单实用，元器件供应保障，性能稳定，抗干扰性强，易于实现，特别适合微控制器对UART数量的扩充，满足短距离异步双工一对多串行通讯。

Description

主从式串口设备集线器及异步双工一对多串行通讯方法

技术领域

本发明涉及一种集线器及通讯方法，特别是一种主从式串口设备集线器及异步双工一对多串行通讯方法。

背景技术

在嵌入式控制应用领域，8位微控制器一直以来都占有较大的比例，而这类控制器中只有一个异步串行收发器UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）的芯片占据的比例又是占多数，尽管有些微控制器有多个UART，但实际应用中仍经常感到太少，需要进行适当扩充才能满足具体要求。

当联机工作的各UART设备允许工作在轮巡方式时，目前多数都是采用单工方式连接的，比较成熟的技术有RS485和CAN等总线，这种一问一答的单工通讯连接方式，对速度要求较高的应用环境来说是力不从心的，为此需要寻求一种通讯速度更快的连接方式，其中就有了全双工方式。对UART数量不够的8位微控制器来说，只有加以适当扩充才能满足实际要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主从式串口设备集线器，该主从式串口设备集线器可根据实际需要灵活扩充UART接口数量，来满足UART数量不足的微控制器。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种主从式串口设备集线器，包括多串口通讯控制器MCU，所述多串口通讯控制器MCU至少具有一个可作为主UART的设备接口，所述主从式串口设备集线器还包括多个与具有UART接口的设备相连接的信号传输通道，从而构成主从式串口设备集线器，实现主UART通过信号传输通道与多个从UART设备连接；所述信号传输通道是具有选通功能的电路，所述具有选通功能的电路包括数据选择器和具有两个输入端的2输入或门、译码器、数据分配器中的一种或几种的电路；

所述多串口通讯控制器MCU作为主UART通讯管理器，通过其从UART设备通讯选通控制端口控制线来对具有选通功能电路的信号进行相应的通断控制从而进行对从UART设备的选择；

所述译码器，其输入端与多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口连接，通过从UART设备通讯选通控制端口控制线把译码器输入端的编码信号变成对应的单一输出的选通信号；

所述2输入或门，有两个输入端和一个输出端，工作于信号选通模式，与译码器或主UART通讯管理器配合作为主UART发送端Tx信号的分配器；

所述数据选择器，其地址选择信号端与译码器编码输入端一一对应连接，都是直接或间接地与多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口连接，输入端与从UART发送端连接，作为主UART接收端的信号选择器；

所述数据分配器，其数据输入端与主UART发送端连接，作为主UART发送端Tx信号发送到各被选通了的从UART通讯设备的分配器。

其进一步技术方案1是：当多串口通讯控制器的从UART设备通讯选通控制端口的个数小于从UART的个数时，主从式串口设备集线器的具有选通功能的电路包括2输入或门、译码器和数据选择器的电路；所述2输入或门的个数与从UART的个数相等；

所述主UART的发送端Tx与多个2输入或门的其中一个输入端口B对应连接，再通过各个2输入或门的输出端口与多个从UART的接收端Rxn对应连接；

各个从UART的发送端Txn分别与数据选择器的一个输入端对应连接，再通过数据选择器的输出端Y与主UART的接收端Rx连接；

多个2输入或门的输入端A与译码器的一个输出端相应连接；

所述2输入或门与译码器共同构成一种组合式数据分配器；

所述多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口分别与译码器相应的输入端、数据选择器相应的地址选择信号端对应连接；

所述n的取值为：0、1、2、3、4、5、6、7。

其进一步技术方案2是：当多串口通讯控制器的从UART设备通讯选通控制端口的个数大于或等于从UART的个数时，主从式串口设备集线器的具有选通功能的电路包括2输入或门电路和数据选择器电路；所述2输入或门的个数与从UART的个数相等；

所述主UART的发送端Tx连接到多个2输入或门的其中一个输入端口B，再通过各个2输入或门的输出端与相应的一个从UART的接收端Rxn连接；

各从UART的发送端Txn与数据选择器的其中一个输入端对应连接，再通过数据选择器的输出端Y与主UART的接收端Rx连接；

所述多串口通讯控制器MCU的控制端口分别与2输入或门的另一个输入端A和数据选择器相应的地址选择信号端对应连接；

所述n的取值为：0、1、2、3、4、5、6、7。

其进一步技术方案3是：当多串口通讯控制器的从UART设备通讯选通控制端口的个数大于或等于从UART的个数时，主从式串口设备集线器的具有选通功能的电路包括2输入或门电路和数据选择器电路；所述2输入或门的个数与从UART的个数相等；

其中的一个从UART的发送端Tx3与一个2输入或门的其中一个输入端A连接，再通过该2输入或门的输出端连接到主UART的接收端Rx，该2输入或门的另一个输入端B则直接与多串口通讯控制器MCU的1个从UART设备通讯选通控制端口P3相连；该从UART的接收端Rx3与数据选择器的输出端Y连接；

其余从UART的发送端Txn则相应地连接到数据选择器各相应的输入端，各从UART接收端Rxn与相应的一个2输入或门的输出端对应连接；

主UART的发送端Tx分别与多个2输入或门的其中一个输入端B及数据选择器相应的一个输入端对应连接；该多个2输入或门不包括与主UART的接收端Rx连接的2输入或门；

所述多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口分别与相应的2输入或门的另一个输入端A、数据选择器相应的地址选择信号端连接。

其进一步技术方案4是：主从式串口设备集线器的具有选通功能的电路包括数据分配器和数据选择器；

所述主UART的发送端Tx与数据分配器的数据输入端连接，再通过数据分配器的数据输出端Qn与对应的从UART接收端Rxn连接；

所述从UART的发送端Txn对应地连接到数据选择器相应的输入端In；通过数据选择器的输出端Y与主UART的接收端Rx连接；

所述多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口分别与数据分配器相应的通道选择地址输入端、数据选择器相应的地址选择信号端连接；

所述n的取值为：0、1、2、3、4、5、6、7。

其更进一步技术方案是：所述译码器为2-4译码器或是3-8译码器；所述数据选择器为4选1数据选择器或是8选1数据选择器；所述数据分配器为1对4数据分配器或是1对8数据分配器，所述的多串口通讯控制器MCU或是具有UART通讯接口的微控制器构成的单芯片通讯控制器，或是由单片机和UART通讯接口电路构成的多芯片通讯控制器。

其相关的另一技术方案是：一种异步双工一对多串行通讯方法，该异步双工一对多串行通讯方法是通过上述技术方案1、或是技术方案2、或是技术方案3、或是技术方案4所述的主从式串口设备集线器实现异步双工一对多串行通讯方法，该方法为轮巡式存储转发通讯方法：该方法的主UART设备是多串口通讯控制器MCU，其余的UART设备都是从UART设备；通讯过程由多串口通讯控制器MCU发起，当主UART设备需要与某个从UART设备通讯时，由多串口通讯控制器MCU发出一个对应于需要参与通讯过程的从UART设备通道选择信号，从而使主从UART设备建立起全双工异步通讯链路，实现需要的通讯过程；

当两个从UART设备需要进行数据交换时，首先是通过主UART设备获取发起请求的从UART设备的请求，然后再通过存储转发的方法来把发起请求的从UART设备的请求传输到被请求的目标从UART设备以及把被请求的目标从UART设备的回应传输给发起请求的从UART设备。

其相关的另一技术方案是：一种异步双工一对多串行通讯方法，该异步双工一对多串行通讯方法是通过上述技术方案1、或是技术方案2、或是技术方案4所述的主从式串口设备集线器实现异步双工一对多串行通讯方法，该方法为中断式存储转发通讯方法：该方法允许存在有两个主UART设备，一个是发起通讯请求的设备，任何一个从UART设备根据需要都能主动发起通讯请求，另一个是工作在接收中断方式的多串口通讯控制器；在这种方式下，能够得到多串口通讯控制器响应的发起通讯请求的设备是由多串口通讯控制器决定的，此通讯请求会导致工作在接收中断方式的多串口通讯控制器产生接收中断，从而完整地接收到相应的请求，之后再把所接收到的请求转发到相应的目标从UART设备；

在这种方式下，目标从UART设备的回应需要通过多串口通讯控制器MCU进行存储转发，才能到达通讯请求发起者。

其相关的又另一技术方案是：一种异步双工一对多串行通讯方法，该异步双工一对多串行通讯方法是通过上述技术方案3所述的主从式串口设备集线器实现异步双工一对多串行通讯方法，该方法为半存储转发通讯方法：该方法允许存在有两个主UART设备，一个是发起通讯请求的设备，另一个是工作在接收中断方式的多串口通讯控制器；在这种方式下，发起通讯请求的设备会导致工作在接收中断方式的多串口通讯控制器产生接收中断，从而完整地接收到相应的请求，之后再把所接收到的请求转发到相应的目标从UART设备；

在这种方式下，目标从UART设备的回应不需要通过多串口通讯控制器MCU进行存储转发而是直接到达请求发起通讯的主UART设备，从而可以减少多串口通讯控制器MCU的负担。

与现有技术相比，具有以下特点和有益效果，较好地解决了现有技术存在的上述问题。

本发明的有益效果是：本发明的主从式串口设备集线器的电路简单实用，元器件供应保障，性能稳定，抗干扰性强，易于实现，特别适合微控制器对UART数量的扩充，满足短距离异步双工一对多串行通讯。

本发明的异步双工一对多串行通讯方法，可同时提供三种不同的基本通讯方法，一种为轮巡式存储转发通讯方法，另一种是中断式存储转发通讯方法，第三种是可以使目标直接回应请求者的半存储转发通讯方法，满足不同要求的主UART通过信号传输通道与多个从UART设备连接。

下面，结合附图和实施例对本发明之主从式串口设备集线器及异步双工一对多串行通讯方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1是实施例1-1的主从式串口设备集线器的结构示意图一；

图2是实施例1-1的主从式串口设备集线器的结构示意图二；

图3是实施例1-2的主从式串口设备集线器的结构示意图；

图4是实施例1-3的主从式串口设备集线器的结构示意图；

图5是实施例1-4的主从式串口设备集线器的结构示意图一；

图6是实施例1-4的主从式串口设备集线器的结构示意图二；

图中：

M-多串口通讯控制器MCU；P0、P1、P2 、P3-多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口；

Tx-主UART的发送端；Rx-主UART的接收端；

D-2-4译码器；G-3-8译码器；

A0、A1、A2 -译码器的输入端；

、…… -译码器的反相输出端；

OR-2输入或门；

0A、1A、2A、3A-2输入或门的一个输入端；

0B、1B、2B、3B-2输入或门的另一个输入端；

O0、O1、O2、O3-2输入或门的输出端；

N-四-2输入或门；

U0、U1……U7-从UART：UART0、UART1……UART7；

Tx0、Tx1……Tx7-相对应的从UART的发送端；

Rx0、Rx1……Rx7-相对应的从UART的接收端；

C-4选1数据选择器；F-8选1数据选择器；

I0、I1……I7-数据选择器的输入端；

S0、S1、S2-数据选择器的地址选择信号端；

Y-数据选择器的同相输出端；

E-1对4数据分配器；R-1对8数据分配器；

Q0、Q1……Q7-数据分配器的数据输出端；

K0、K1、K2-数据分配器的通道选择地址输入端；

Di-数据分配器的数据输入端。

具体实施方式

实施例1：

一种主从式串口设备集线器，包括多串口通讯控制器MCU M，所述多串口通讯控制器MCU M至少具有一个可作为主UART的设备接口，多个与具有UART接口的设备相连接的信号传输通道，从而构成主从式串口设备集线器，实现主UART通过信号传输通道与多个从UART设备连接；所述信号传输通道是具有选通功能的电路，所述具有选通功能的电路包括数据选择器C和具有两个输入端的2输入或门OR、译码器D、数据分配器E中的一种或几种的电路；

所述多串口通讯控制器MCU作为主UART通讯管理器，通过其从UART设备通讯选通控制端口控制线来对具有选通功能电路的信号进行相应的通断控制从而进行对从UART设备的选择；所述的多串口通讯控制器MCU或是具有UART通讯接口的微控制器或称为单片机构成的单芯片通讯控制器，或是由单片机和UART通讯接口电路或称为器件构成的多芯片通讯控制器。

所述译码器，其输入端与多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口连接，通过从UART设备通讯选通控制端口控制线把译码器输入端的编码信号变成对应的单一输出的选通信号；

所述2输入或门，有两个输入端和一个输出端，工作于信号选通模式，与译码器或主UART通讯管理器配合作为主UART发送端Tx信号的分配器；

所述数据选择器，其地址选择信号端与译码器编码输入端一一对应连接，都是直接或间接地与多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口连接，输入端与从UART发送端连接，作为主UART接收端的信号选择器；

所述数据分配器，其数据输入端与主UART发送端连接，作为主UART发送端Tx信号发送到各被选通了的从UART通讯设备的分配器。

根据主UART通过信号传输通道与多个从UART设备连接实际需求，考虑扩充从UART的个数以及多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口的个数，从而选择不同的具有选通功能的电路，构成不同连接结构的主从式串口设备集线器。

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1-1：

从UART的个数大于多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口的个数的主从式串口设备集线器：

如图1所示，一种主从式串口设备集线器，包括上述的多串口通讯控制器MCU M，所述多串口通讯控制器MCU有一个可作为主UART的设备接口，主UART通过一个2-4译码器D、一个四-2输入或门N（由四个2输入或门组成）和一个4选1数据选择器的具有选通功能的电路与4个从UART设备连接，4个从UART设备的接口分别为：UART0、UART1、UART2、UART3；所述四-2输入或门N与2-4译码器D共同构成一种组合式数据分配器；多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口的个数为两个；它们的具体连接关系为：

所述主UART的发送端Tx分别与4个2输入或门的其中一个输入端口0A、1A、2A、3A连接，再通过各个2输入或门的输出端口O0、O1、O2、O3与对应的各个从UART( UART0、UART1、UART2、UART3)的接收端Rx0、Rx1、Rx2、Rx3连接（即第一2输入或门输出端口O0与UART0的接收端Rx0连接、第二2输入或门输出端口O1与UART1的接收端Rx1连接、第三2输入或门输出端口O2与UART2的接收端Rx2连接、第四2输入或门输出端口O3与UART3的接收端Rx3连接）；

所述4个从UART（UART0、UART1、UART2、UART3）的发送端Tx0、Tx1、Tx2、Tx3分别与4选1数据选择器C的输入端I0、I1、 I2、I3一一对应连接（即UART0的发送端Tx0与4选1数据选择器C的输入端I0连接、UART1的发送端Tx1与4选1数据选择器C的输入端I1连接、UART2的发送端Tx2与4选1数据选择器C的输入端I2连接、UART3的发送端Tx3与4选1数据选择器C的输入端I3连接），再通过4选1数据选择器C的同相输出端Y与主UART的接收端Rx连接；

所述4个2输入或门的另一个输入端0B、1B、2B、3B与2-4译码器D的反相输出端、、、对应连接（即第一2输入或门的输入端0B与2-4译码器D的输出端连接、第二2输入或门的输入端1B与2-4译码器D的输出端连接、第三2输入或门的输入端2B与2-4译码器D的输出端连接、第四2输入或门的输入端3B与2-4译码器D的输出端连接）；

所述多串口通讯控制器MCU的第一从UART设备通讯选通控制端口P0分别与2-4译码器D的输入端A0、4选1数据选择器C的地址选择信号端S0连接；第二从UART设备通讯选通控制端口P1分别与2-4译码器D的输入端A1、4选1数据选择器C的地址选择信号端S1连接；

作为本实施例的一种变换，参见图2，该主从式串口设备集线器的结构与上述实施例基本相同，不同的是：选用3-8译码器G和8选1数据选择器F的作为具有选通功能的电路，可实现一个主UART同时连接8个从UART设备，实际应用中，还可以根据需要选择不同型号的译码器和数据选择器作为具有选通功能的电路，串接不同个数的从UART设备，其结构和原理类似，在此不再赘述。

实施例1-2：

从UART的个数等于或小于多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口的个数的主从式串口设备集线器：

如图3所示，一种主从式串口设备集线器，是可实现一个主UART设备同时连接4个从UART设备的例子，本实施例中的主从式串口设备集线器包括多串口通讯控制器MCU M，所述多串口通讯控制器具有一个可作为主UART的设备接口，所述具有选通功能的电路包括4个2输入或门OR电路（2输入或门的个数与从UART的个数相等）和数据选择器电路C；

它们的连接关系为：

所述主UART的发送端Tx分别连接到4个2输入或门的其中一个输入端口0B、1B、2B、3A，再通过各个2输入或门OR的输出端O0、O1、O2、O3与对应的从UART（UART0、UART1、UART2、UART3）接收端Rx0、Rx1、Rx2、Rx3连接；

所述从UART（UART0、UART1、UART2、UART3）的发送端Tx0、Tx1、 Tx2、Tx3与8选1数据选择器的输入端I1、 I2、I4、I7一对一连接，即UART0的发送端Tx0与8选1数据选择器的输入端I1连接、UART1的发送端Tx1与8选1数据选择器的输入端I2连接、UART2的发送端Tx2与8选1数据选择器的输入端I4连接、UART3的发送端Tx3与8选1数据选择器的输入端I7连接，（也可根据实际需要从I0、I1、 I2、I3、I4、I5、 I6、I7八个输入端选择四个进行对应连接），再通过8选1数据选择器的输出端Y与主UART的接收端Rx连接；

所述多串口通讯控制器MCU的第一从UART设备通讯选通控制端口P0分别与第一2输入或门的一个输入端0A、8选1数据选择器的地址选择信号端S0连接；第二从UART设备通讯选通控制端口P1分别与第二2输入或门的一个输入端1A、8选1数据选择器的地址选择信号端S1连接；第三从UART设备通讯选通控制端口P2分别与第三2输入或门的一个输入端2A、8选1数据选择器的地址选择信号端S2连接；第四从UART设备通讯选通控制端口P3与第四2输入或门的一个输入端3B连接。

实施例1-3：

本实施例提供了从UART的个数等于或小于多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口的个数的主从式串口设备集线器的不同于实施例1-2的接法；亦可实现不同功能作用的一个主UART设备同时连接4个从UART设备；

如图4所示，本实施例中的主从式多串口设备集线器包括多串口通讯控制器MCU M，所述多串口通讯控制器MCU至少具有一个可作为主UART的设备接口，所述具有选通功能的电路与实施例1-2相同：包括4个2输入或门OR电路（2输入或门的个数与从UART的个数相等）和8选1数据选择器电路F；

其中本实施例中UART0、UART1、UART2与实施例1-2中的UART0、UART1、UART2的接法相同，不同之处在于：UART3与主UART的接法；具体连接方式为：

其中UART3的发送端Tx3与一个2输入或门（在本实施例中也可称为第四2输入或门）的其中一个输入端3A连接，再通过该2输入或门的输出端O3连接到主UART的接收端Rx，该2输入或门的另一输入端3B则直接与微控制器MCU的第四从UART设备通讯选通控制端口 P3相连；UART3的接收端Rx3与8选1数据选择器F的输出端Y连接；

其余从UART （UART0、UART1、UART2）的发送端Tx0、Tx1、Tx2则相应地连接到对应的8选1数据选择器F的输入端I1、 I2、I4，即UART0的发送端Tx0与8选1数据选择器F的输入端I1连接、UART1的发送端Tx1与8选1数据选择器的输入端I2连接、UART2的发送端Tx2与8选1数据选择器的输入端I4连接（也可根据实际需要从I0、I1、I2、I3、I4、I5、 I6、I7八个输入端选择三个进行对应连接），从UART（UART0、UART1、UART2）的接收端Rx0、Rx1、Rx2分别与三个2输入或门输出端O0、O1、O2对应连接，即UART0的接收端Rx0与第一2输入或门的输出端O0连接、UART1的接收端Rx1与第二2输入或门的输出端O1连接、UART2的接收端Rx2与第三2输入或门的输出端O2连接；

所述多串口通讯控制器MCU的第一从UART设备通讯选通控制端口P0分别与第一2输入或门的一个输入端0A、8选1数据选择器F的地址选择信号端S0对应连接；第二从UART设备通讯选通控制端口P1分别与第二2输入或门的一个输入端1A、8选1数据选择器的地址选择信号端S1对应连接；第三从UART设备通讯选通控制端口P2与第三2输入或门的一个输入端2A、8选1数据选择器的地址选择信号端S2对应连接。

主UART的发送端Tx分别与第一2输入或门中的输入端0B、第二2输入或门中的输入端1B、第三2输入或门中的输入端2B对应连接，主UART的发送端Tx还与8选1数据选择器F的输入端I7连接（可根据实际需要从I0、I1、 I2、I3、I4、I5、 I6、I7八个输入端选择一个进行对应连接）。

实施例1-4：

含有数据分配器的主从式串口设备集线器：

如图5所示，本实施例中的主从式串口设备集线器包括多串口通讯控制器MCU M，所述多串口通讯控制器MCU至少具有一个可作为主UART的设备接口，所述主从式串口设备集线器的具有选通功能的电路包括一个1对4数据分配器E和一个4选1数据选择器C，可实现一个主UART设备同时连接4个从UART设备，它们的连接关系为：

所述主UART的发送端Tx与数据分配器E的数据输入端Di连接，再通过数据分配器E的数据输出端Q0、Q1、Q2、Q3与相应的从UART接收端Rx0、Rx1、Rx2、Rx3一对一连接（参见图5）；

所述从UART（UART0、UART1、UART2、UART3）的发送端Tx0、Tx1、 Tx2、Tx3对应地连接到相应的4选1数据选择器C的输入端I0、I1、 I2、I3（参见图5）；通过4选1数据选择器C的输出端Y与主UART的接收端Rx连接；

所述多串口通讯控制器MCU的第一从UART设备通讯选通控制端口P0分别与1对4数据分配器E的通道选择地址输入端K0、4选1数据选择器C的地址选择信号端S0对应连接；第二从UART设备通讯选通控制端口P1分别与1对4数据分配器E的通道选择地址输入端K1、4选1数据选择器C的地址选择信号端S1对应连接。

作为本实施例的一种变化，当多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口等于或大于3个时，可选用1对8数据分配器R和8选1数据选择器F作为具有选通功能的电路，参照本实施例的接法实现一个主UART设备同时连接8个从UART设备（参见图6）。

本实施例中的所述数据分配器E、R或是根据译码器的性能而只使用译码器工作在分配器状态而直接构成的单芯片数据分配器，或是使用由译码器和或门逻辑器件共同构成的多芯片组合式数据分配器。

根据具体应用的实际需要，无外接译码器控制的主从式一对多异步串行通讯应用系统的各设备之间还可以仿照上述原理进行不完全与本发明实施例相同的其它接法，但这是因为实施例只列举那些比较容易令人理解的连接方法的例子，而不是完全枚举各种实施。所以只要原理相同，都应视为在本发明权利要求的保护范围之内。

在本发明中,2输入或门是被用于作信号选通使用的（参见表1），在实施例1-1中与相应的2-4译码器、3-8译码器配合，在实施例1-2、实施例1-3中与多串口通讯控制器MCU配合，作为主UART通讯控制器的多串口通讯控制器MCU的通讯输出端信号Tx的分配器，其选通工作原理见表2所示，也就是说，本发明中所述的或门陈列器件（如四-2输入或门器件）与地址译码器件可以被工作在数据分配器状态的单独一个译码器所代替，当用译码器替换多个2输入或门与独立应用的译码器（2-4译码器， 3-8译码器）构成的数据分配器后，2输入或门器件就可以省掉了，例如实施例1-4。为了更方便理解本发明之具有选通功能的电路的工作原理，本发明还提供了实施例1中使用到的译码器、数据选择器和数据分配器的真值表（参见表3～表8）；各表格中的H表示高电平，L表示低电平。

实施例2：

一种异步双工一对多串行通讯方法,该异步双工一对多串行通讯方法是实施例1中所述的主从式串口设备集线器实现异步双工一对多串行通讯方法，分为三种：

一种是轮巡式存储转发通讯方法：这方法的通讯过程只能由多串口通讯控制器MCU发起，当主UART设备需要与某个从UART设备通讯时，由多串口通讯控制器MCU发出一个对应于需要参与通讯过程的从UART设备通道选择信号，从而使主从UART设备建立起全双工异步通讯链路，实现需要的通讯过程；

当两个从UART设备需要进行数据交换时，首先是通过主UART设备获取从UART设备的请求，然后再通过存储转发的方法来把从UART设备的请求传输到相应的目标从UART设备。

另一种是中断式存储转发通讯方法： 该方法允许存在有两个主UART设备，一个是发起通讯请求的设备，任何一个从UART设备（参见图1～图3、图5、图6所示）根据需要都能主动发起通讯请求，另一个是工作在接收中断方式的多串口通讯控制器MCU，在各图中标记为M。在这种方式下，能够得到多串口通讯控制器响应的发起通讯请求的设备是由多串口通讯控制器决定的，此通讯请求会导致工作在接收中断方式的多串口通讯控制器M产生接收中断，从而完整地接收到相应的请求，之后再把所接收到的请求转发到相应的目标从UART设备；

在这种方式下，目标从UART设备的回应需要通过多串口通讯控制器MCU进行存储转发，才能到达通讯请求发起者。实施例1-1、实施例1-2、实施例1-4所述的主从式串口设备集线器可采用此方式实现异步双工一对多串行通讯方法；

第三种是半存储转发通讯方法：该方法既支持中断式又支持轮巡式存储转发通讯的方法，这种方法允许存在有两个主UART设备（参见图4所示），一个是发起通讯请求的设备（如图4中标记为UART3），另一个是工作在接收中断方式的多串口通讯控制器MCU，在图4中也标记为M。在这种方式下，发起通讯请求的设备会导致工作在接收中断方式的多串口通讯控制器产生接收中断，从而完整地接收到相应的请求，之后再把所接收到的请求转发到相应的目标从UART设备；

在这种方式下，目标从UART设备的回应不需要通过多串口通讯控制器MCU进行存储转发，从而可以减少多串口通讯控制器MCU的负担。实施例1-3所述的主从式串口设备集线器可采用此方式实现异步双工一对多串行通讯方法。

表1: 2输入或门真什表

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表2: 2输入或门作为选通器的原理

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表3: 2-4译码器的真值表

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表4: 3-8译码器的真值表

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表5: 4选1数据选择器的真值表

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表6: 8选1数据选择器的真值表

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表7: 1对4数据分配器的真值表

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表8:1对8数据分配器的真值表

Claims (9)

1.一种主从式串口设备集线器，包括多串口通讯控制器MCU（M），所述多串口通讯控制器MCU至少具有一个可作为主UART的设备接口，其特征在于：所述主从式串口设备集线器还包括多个与具有UART接口的设备相连接的信号传输通道，从而构成主从式串口设备集线器，实现主UART通过信号传输通道与多个从UART设备连接；所述信号传输通道是具有选通功能的电路，所述具有选通功能的电路包括数据选择器和具有两个输入端的2输入或门（OR）、译码器、数据分配器中的一种或几种的电路；

所述多串口通讯控制器MCU作为主UART通讯管理器，通过其从UART设备通讯选通控制端口控制线来对具有选通功能电路的信号进行相应的通断控制从而进行对从UART设备的选择；

所述译码器，其输入端与多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口连接，通过从UART设备通讯选通控制端口控制线把译码器输入端的编码信号变成对应的单一输出的选通信号；

所述2输入或门，有两个输入端和一个输出端，工作于信号选通模式，与译码器或主UART通讯管理器配合作为主UART发送端Tx信号的分配器；

所述数据选择器，其地址选择信号端与译码器编码输入端一一对应连接，都是直接或间接地与多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口连接，输入端与从UART发送端连接，作为主UART接收端的信号选择器；

所述数据分配器，其数据输入端与主UART发送端连接，作为主UART发送端Tx信号发送到各被选通了的从UART通讯设备的分配器。

2.根据权利要求1所述的主从式串口设备集线器，其特征在于：当多串口通讯控制器的从UART设备通讯选通控制端口的个数小于从UART的个数时，主从式串口设备集线器的具有选通功能的电路包括2输入或门（OR）、译码器和数据选择器的电路；所述2输入或门的个数与从UART的个数相等；

所述主UART的发送端Tx与多个2输入或门（OR）的其中一个输入端口B对应连接，再通过各个2输入或门（OR）的输出端口与多个从UART的接收端Rxn对应连接；

各个从UART的发送端Txn分别与数据选择器的一个输入端对应连接，再通过数据选择器的输出端Y与主UART的接收端Rx连接；

多个2输入或门（OR）的输入端A与译码器的一个输出端相应连接；

所述2输入或门（OR）与译码器共同构成一种组合式数据分配器；

所述多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口分别与译码器相应的输入端、数据选择器相应的地址选择信号端对应连接；

所述n的取值为：0、1、2、3、4、5、6、7。

3.根据权利要求1所述的主从式串口设备集线器，其特征在于：当多串口通讯控制器的从UART设备通讯选通控制端口的个数大于或等于从UART的个数时，主从式串口设备集线器的具有选通功能的电路包括2输入或门（OR）电路和数据选择器电路；所述2输入或门的个数与从UART的个数相等；

所述主UART的发送端Tx连接到多个2输入或门（OR）的其中一个输入端口B，再通过各个2输入或门（OR）的输出端与相应的一个从UART的接收端Rxn连接；

各从UART的发送端Txn与数据选择器的其中一个输入端对应连接，再通过数据选择器的输出端Y与主UART的接收端Rx连接；

所述多串口通讯控制器MCU的控制端口分别与2输入或门（OR）的另一个输入端A和数据选择器相应的地址选择信号端对应连接；

所述n的取值为：0、1、2、3、4、5、6、7。

4.根据权利要求1所述的主从式串口设备集线器，其特征在于：当多串口通讯控制器的从UART设备通讯选通控制端口的个数大于或等于从UART的个数时，主从式串口设备集线器的具有选通功能的电路包括2输入或门（OR）电路和数据选择器电路；所述2输入或门（OR）的个数与从UART的个数相等；

其中的一个从UART的发送端Tx3与一个2输入或门的其中一个输入端A连接，再通过该2输入或门（OR）的输出端连接到主UART的接收端Rx，该2输入或门的另一个输入端B则直接与多串口通讯控制器MCU的1个从UART设备通讯选通控制端口P3相连；该从UART的接收端Rx3与数据选择器的输出端Y连接；

其余从UART的发送端Txn则相应地连接到数据选择器各相应的输入端，各从UART接收端Rxn与相应的一个2输入或门（OR）的输出端对应连接；

主UART的发送端Tx分别与多个2输入或门的其中一个输入端B及数据选择器相应的一个输入端对应连接；该多个2输入或门不包括与主UART的接收端Rx连接的2输入或门；

所述多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口分别与相应的2输入或门的另一个输入端A、数据选择器相应的地址选择信号端连接。

5.根据权利要求1所述的主从式串口设备集线器，其特征在于：主从式串口设备集线器的具有选通功能的电路包括数据分配器和数据选择器；

所述主UART的发送端Tx与数据分配器的数据输入端连接，再通过数据分配器的数据输出端Qn与对应的从UART接收端Rxn连接；

所述从UART的发送端Txn对应地连接到数据选择器相应的输入端In；通过数据选择器的输出端Y与主UART的接收端Rx连接；

所述多串口通讯控制器MCU的从UART设备通讯选通控制端口分别与数据分配器相应的通道选择地址输入端、数据选择器相应的地址选择信号端连接；

所述n的取值为：0、1、2、3、4、5、6、7。

6.根据权利要求1所述的主从式串口设备集线器，其特征在于：所述译码器为2-4译码器或是3-8译码器；所述数据选择器为4选1数据选择器或是8选1数据选择器；所述数据分配器为1对4数据分配器或是1对8数据分配器，所述的多串口通讯控制器MCU或是具有UART通讯接口的微控制器构成的单芯片通讯控制器，或是由单片机和UART通讯接口电路构成的多芯片通讯控制器。

7.一种异步双工一对多串行通讯方法，其特征在于：该异步双工一对多串行通讯方法是通过权利要求1-6任一所述的主从式串口设备集线器实现异步双工一对多串行通讯方法，该方法为轮巡式存储转发通讯方法：该方法的主UART设备是多串口通讯控制器MCU，其余的UART设备都是从UART设备；通讯过程由多串口通讯控制器MCU发起，当主UART设备需要与某个从UART设备通讯时，由多串口通讯控制器MCU发出一个对应于需要参与通讯过程的从UART设备通道选择信号，从而使主从UART设备建立起全双工异步通讯链路，实现需要的通讯过程；

当两个从UART设备需要进行数据交换时，首先是通过主UART设备获取发起请求的从UART设备的请求，然后再通过存储转发的方法来把发起请求的从UART设备的请求传输到被请求的目标从UART设备以及把被请求的目标从UART设备的回应传输给发起请求的从UART设备。

8.一种异步双工一对多串行通讯方法，其特征在于：该异步双工一对多串行通讯方法是通过权利要求2、3或5所述的主从式串口设备集线器实现的异步双工一对多串行通讯方法，该方法为中断式存储转发通讯方法：该方法允许存在有两个主UART设备，一个是发起通讯请求的设备，任何一个从UART设备根据需要都能主动发起通讯请求，另一个是工作在接收中断方式的多串口通讯控制器；在这种方式下，能够得到多串口通讯控制器响应的发起通讯请求的设备是由多串口通讯控制器决定的，此通讯请求会导致工作在接收中断方式的多串口通讯控制器产生接收中断，从而完整地接收到相应的请求，之后再把所接收到的请求转发到相应的目标从UART设备；

在这种方式下，目标从UART设备的回应需要通过多串口通讯控制器MCU进行存储转发，才能到达通讯请求发起者。

9.一种异步双工一对多串行通讯方法，其特征在于：该异步双工一对多串行通讯方法是通过权利要求4所述的主从式串口设备集线器实现的异步双工一对多串行通讯方法，该方法为半存储转发通讯方法：该方法允许存在有两个主UART设备，一个是发起通讯请求的设备，另一个是工作在接收中断方式的多串口通讯控制器；在这种方式下，发起通讯请求的设备会导致工作在接收中断方式的多串口通讯控制器产生接收中断，从而完整地接收到相应的请求，之后再把所接收到的请求转发到相应的目标从UART设备；

在这种方式下，目标从UART设备的回应不需要通过多串口通讯控制器MCU进行存储转发而是直接到达请求发起通讯的主UART设备，从而可以减少多串口通讯控制器MCU的负担。