CN106383801A - 一种单线式uart通讯电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单线式UART通讯电路，包括第一通讯电路和第二通讯电路，第一通讯电路和第二通讯电路通过单线通讯连接，第一通讯电路包括第一发送电路和第一接收电路，第二通讯电路包括第二发送电路和第二接收电路，第一发送电路包括第一信号使能端口，第二发送电路包括第二信号使能端口；当第一信号使能端口处于发送状态时，第二信号使能端口处于接收状态；当第一信号使能端口处于接收状态时，第二信号使能端口处于发送状态。本发明提供一种单线式UART通讯电路，目的在于通过第一通讯电路、第二通讯电路并结合第一信号使能端口和第二信号使能端口的控制，解决了多线制通讯的方式，将TX和RX通过采用同一根线，即可实现UART的功能。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种单线式UART通讯电路。
背景技术
通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器。除此，UART也可以指一种通用串行数据总线，用于异步通信，该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。在嵌入式设计中，UART用来主机与辅助设备通信。
众所周知，串口的通讯必须具备以下端口：TX、RX和GND，TX对应单片机端口表示发送，RX对应单片机端口表示接收，在实际使用上述通讯方式时中，就必须采用三线制接线方式，即包括TX线、RX线和GND线，使用过程中，收发的两根线都是单独分开独立使用，但是在一些终端与外围设备通讯过程中，采用三线制通讯方式使设备之间接线方式变得复杂，同时造成成本的增加。
发明内容
本发明提供一种单线式UART通讯电路，目的在于通过第一通讯电路、第二通讯电路并结合第一信号使能端口和第二信号使能端口的控制，解决了多线制通讯的方式，将TX和RX通过采用同一根线，即可实现UART的功能。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种单线式UART通讯电路，包括第一通讯电路和第二通讯电路，所述第一通讯电路和所述第二通讯电路通过单线通讯连接，所述第一通讯电路包括第一发送电路和第一接收电路，所述第二通讯电路包括第二发送电路和第二接收电路，所述第一发送电路的输出端耦接所述第一接收电路的输入端、第二发送电路的输出端、以及所述第二接收电路的输入端，所述第一发送电路包括第一信号使能端口，第二发送电路包括第二信号使能端口；
当所述第一信号使能端口处于发送状态时，所述第二信号使能端口处于接收状态；当所述第一信号使能端口处于接收状态时，所述第二信号使能端口处于发送状态。
作为一种实施方式，所述第一发送电路、第一接收电路、第二发送电路以及第二接收电路均包括第一反向电路和第二反向电路，所述第一反向电路用于对发送信号/接收信号进行一次反向，所述第二反向电路用于对一次反向后的发送信号/接收信号进行二次反向。
作为一种实施方式，所述第一发送电路的第一反向电路采用NPN三极管，第一发送电路的第二反向电路的输入端耦接第一信号使能端口和第一发送电路的第一反向电路的输出端，所述第一发送电路的第二反向电路采用NPN三极管或PNP三极管。
作为一种实施方式，所述第二发送电路的第一反向电路采用NPN三极管，第二发送电路的第二反向电路的输入端耦接第二信号使能端口和第二发送电路的第一反向电路的输出端，所述第二发送电路的第二反向电路采用NPN三极管或PNP三极管。
作为一种实施方式，所述第一通讯电路还包括第一判断电路，所述第一判断电路耦接所述第一发送电路和第一接收电路，第一判断电路根据第一接收电路接收到的指令和第一信号使能端口的工作状态判断第一接收电路接收到的指令是第一通讯电路自身发出的还是第二通讯电路发出的。
作为一种实施方式，所述第二通讯电路还包括第二判断电路，所述第二判断电路耦接所述第二发送电路和第二接收电路，第二判断电路根据第二接收电路接收到的指令和第二信号使能端口的工作状态判断第二接收电路接收到的指令是第二通讯电路自身发出的还是第一通讯电路发出的。
作为一种实施方式，所述第一通讯电路从发送状态转化为接收状态过程中具有时间间隔。
作为一种实施方式，所述时间间隔为50MS。
本发明相比于现有技术的有益效果在于：本发明的单线式UART通讯电路改变了以往通讯电路结构，利用分时复用原理，通过同一根线，实现发送和接收，解决了多线制通讯的方式，完成UART功能；同时减少了硬件，电路简单化，可以改变VCC的工作电压，使得可以再大电压的工作状态下，实现串口通讯，提高了传输距离。
附图说明
图1为本发明的单线式UART通讯电路的结构框图；
图2为本发明的单线式UART通讯电路的电路连接图。
附图标注：11、第一通讯电路；12、第二通讯电路；21、第一发送电路；22、第二发送电路；31、第一接收电路；32、第二接收电路；41、第一判断电路；42、第二判断电路。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
如图1所示，一种单线式UART通讯电路，包括第一通讯电路11和第二通讯电路12，第一通讯电路11和第二通讯电路12通过单线MCU_TXD/RXD通讯连接，使用时，两个通讯电路分别连接于两个设备自带的单片机UART接口，并且两个设备必须符合主从关系，第一通讯电路11耦接主设备的UART接口，第二通讯电路12耦接从设备的UART接口。
如图2所示，第一通讯电路11包括第一发送电路21、第一接收电路31和第一判断电路41，第一发送电路21、第一接收电路31均包括第一反向电路和第二反向电路。第一发送电路21的第一反向电路采用NPN三极管，第二反向电路采用NPN三极管或PNP三极管，在本实施例中，第二反向电路采用NPN三极管。具体连接关系如下：第一反向电路的NPN三极管Q1的基极经电阻R3耦接MCU的TXD接口并通过电阻R4耦接发射极，发射极接地，集电极耦接第二反向电路的输入端。第二反向电路的NPN三极管Q2的基极耦接第一反向电路的输出端并通过电阻R2耦接第一信号使能端口MCU_TXD_EN，发射极接地，集电极经电阻R1耦接电源VCC并输出发送指令波形，第二反向电路的输出端还设置有滤波电容C1。第一接收电路31的第一反向电路和第二反向电路均采用NPN三极管。具体连接关系如下：第一反向电路的NPN三极管Q4的基极经电阻R7耦接单线MCU_TXD/RXD并经电阻R8耦接发射极，发射极接地，集电极耦接第二反向电路的输入端并经电阻R6耦接电源VCC_MCU。第二反向电路的NPN三极管Q3的基极耦接第一反向电路的输出端，发射极极低，集电极经电阻R5耦接电源VCC_MCU并输出接收指令波形。第一判断电路41耦接第一发送电路21和第一接收电电路，第一判断电路41根据第一接收电路31接收到的指令和第一信号使能端口MCU_TXD_EN的工作状态判断第一接收电路31接收到的指令是第一通讯电路11自身发出的还是第二通讯电路12发出的。
第二通讯电路12包括第二发送电路22、第二接收电路32和第二判断电路42，第二发送电路22、第二接收电路32均包括第一反向电路和第二反向电路。第二发送电路22的第一反向电路采用NPN三极管，第二反向电路采用NPN三极管或PNP三极管，在本实施例中，第二反向电路采用NPN三极管。具体连接关系如下：第一反向电路的NPN三极管Q5的基极经电阻R11耦接MCU的TXD接口并通过电阻R12耦接发射极，发射极接地，集电极耦接第二反向电路的输入端。第二反向电路的NPN三极管Q6的基极耦接第一反向电路的输出端并通过电阻R10耦接第一信号使能端口MCU_TXD_EN，发射极接地，集电极经电阻R9耦接电源VCC并输出发送指令波形，第二反向电路的输出端还设置有滤波电容C2。第二接收电路32的第一反向电路和第二反向电路均采用NPN三极管。具体连接关系如下：第一反向电路的NPN三极管Q8的基极经电阻R15耦接单线MCU_TXD/RXD并经电阻R16耦接发射极，发射极接地，集电极耦接第二反向电路的输入端并经电阻R14耦接电源VCC_MCU。第二反向电路的NPN三极管Q7的基极耦接第一反向电路的输出端，发射极极低，集电极经电阻R13耦接电源VCC_MCU并输出接收指令波形。第二判断电路42耦接第二发送电路22和第二接收电电路，第二判断电路42根据第二接收电路32接收到的指令和第二信号使能端口MCU_TXD_EN的工作状态判断第二接收电路32接收到的指令是第二通讯电路12自身发出的还是第一通讯电路11发出的。
第一通讯电路11和第二通讯电路12使用时分别配合主设备和从设备的MCU工作，因此，第一判断电路41和第二判断电路42的逻辑判断功能可直接通过主设备和从设备的MCU实现，可减少生产成本。
当第一信号使能端口处于发送状态时，第二信号使能端口处于接收状态，即第一通讯电路11处于发送状态时，第二通讯电路12处于接收状态；当第一信号使能端口处于接收状态时，第二信号使能端口处于发送状态，即第一通讯电路11处于接收状态，第二通讯电路12处于发送状态，但是无论第一通讯电路11处于发送状态或接收状态，第一信号使能端口和第二信号使能端口均处于不同的工作状态，简单的说，当第一信号使能端口处于高电平时，第二信号使能端口处于低电平；当第一信号使能端口处于低电平时，第二信号使能端口处于高电平。
当主设备需要发送指令给从设备时，即第一通讯电路11发送指令给第二通讯电路12，第一通讯电路11的第一信号使能端口MCU_TXD_EN需要置高电平，第二通讯电路12的第二信号使能端口MCU_TXD_EN必须置低电平。
主设备内单片机的从MCU_TXD端口发送指令波形，经过电阻R3，电阻R4传输至NPN三极管Q1基极，经过NPN三极管Q1进行了波形反向，由于的第一信号使能端口MCU_TXD_EN置高电平，所以NPN三极管Q2处于开关状态，NPN三极管Q1集电极发送的波形，经过NPN三极管Q2再次进行波形反向，那么主设备从MCU_TXD端口输出的波形与单线MCU_TXD/RXD上的波形一致，且单线MCU_TXD/RXD上的波形幅度为VCC电平，此时，单线MCU_TXD/RXD上的指令波形会传输至第一接收电路31或第二接收电路32。传输至第一接收电路31时，单线MCU_TXD/RXD上的波形又经过电阻R7，电阻R8输入到NPN三极管Q4的基极，由于NPN三极管Q3和NPN三极管Q4都处于开关状态，且都处于波形反向工作，所以单线MCU_TXD/RXD上的波形经过NPN三极管Q4和NPN三极管Q3两级反向后，主设备MCU_RXD端口输入的波形和单线MCU_TXD/RXD上的波形一致，且波形幅度为VCC_MCU，与主设备MCU的工作电压一致，能够被主设备MCU接收。传输至第二接收电路32时，单线MCU_TXD/RXD上的波形又经过电阻R15，电阻R16输入到NPN三极管Q8的基极，由于NPN三极管Q7和NPN三极管Q8都处于开关状态，且都处于波形反向工作，所以单线MCU_TXD/RXD上的波形经过NPN三极管Q8和NPN三极管Q7两级反向后，从设备MCU_RXD端口输入的波形和单线MCU_TXD/RXD上的波形一致，且波形幅度为VCC_MCU，与从设备MCU的工作电压一致，能够被从设备MCU接收，从而从设备完成该指令功能，再将回复指令发送回主设备。
当从设备需要发送指令或将回复指令发送回主设备时，即第二通讯电路12发送指令或将回复指令发送回第一通讯电路11，第二通讯电路12的第二信号使能端口MCU_TXD_EN需要置高电平，第一通讯电路11的第一信号使能端口MCU_TXD_EN置低电平。 其过程需重复上述的电平转换过程：
从设备内单片机的从MCU_TXD端口发送指令波形或回复指令，经过电阻R11，电阻R22传输至NPN三极管Q5基极，经过NPN三极管Q5进行了波形反向，由于的第二信号使能端口MCU_TXD_EN置高电平，所以NPN三极管Q6处于开关状态，NPN三极管Q5集电极发送的波形，经过NPN三极管Q6再次进行波形反向，那么从设备从MCU_TXD端口输出的波形与单线MCU_TXD/RXD上的波形一致，且单线MCU_TXD/RXD上的波形幅度为VCC电平，此时，单线MCU_TXD/RXD上的指令波形会传输至第一接收电路31或第二接收电路32。传输至第二接收电路32时，单线MCU_TXD/RXD上的波形又经过电阻R15，电阻R16输入到NPN三极管Q8的基极，由于NPN三极管Q7和NPN三极管Q8都处于开关状态，且都处于波形反向工作，所以单线MCU_TXD/RXD上的波形经过NPN三极管Q8和NPN三极管Q7两级反向后，从设备MCU_RXD端口输入的波形和单线MCU_TXD/RXD上的波形一致，且波形幅度为VCC_MCU，与从设备MCU的工作电压一致，能够被从设备自身MCU接收。传输至第一接收电路31时，单线MCU_TXD/RXD上的波形又经过电阻R7，电阻R8输入到NPN三极管Q4的基极，由于NPN三极管Q3和NPN三极管Q4都处于开关状态，且都处于波形反向工作，所以单线MCU_TXD/RXD上的波形经过NPN三极管Q4和NPN三极管Q3两级反向后，主设备MCU_RXD端口输入的波形和单线MCU_TXD/RXD上的波形一致，且波形幅度为VCC_MCU，与主设备MCU的工作电压一致，能够被主设备MCU接收，从而接收从设备完成主设备发送指令后的回复指令或从设备发送的发送指令。
以上两个工作过程均存在MCU接收其自身发送出的发送指令，未避免信号干扰，第一判断电路41和第二判断电路42均会根据经过MCU_RXD接收到的指令和MCU_TXD_EN工作状态，判断该指令是MCU自行发送出来的还是其它设备发送过来的。
作为另一种实施方式，第一发送电路21和第二发送电路22内的第二反向电路均采用PNP三极管，相应的，第一信号使能端口、第二信号使能端口、第一判断电路41以及第二判断电路42进行改变，即若第一通讯电路11处于发送状态时，第一信号使能端口置低电平，第二信号使能端口置高电平；若第二通讯电路12处于发送状态是，第二信号使能端口置低电平，第一信号使能端口置高电平；第一判断电路41和第二判断电路42内依据信号使能端口工作状态部分与上一实施例相反。虽然该实例与上一实施例结构上稍有不同之处，但其工作过程和原理与上一实施例的相同。
第一通讯电路11从发送状态转化为接收状态过程中设置一定的时间间隔，以保证第一通讯电路11发送指令后，第二通讯电路12能够处理完成指令功能，并在将回复指令发送回主设备，在本实施中，时间间隔设置为50MS。
本发明相比于现有技术的有益效果在于：本发明的单线式UART通讯电路改变以往通讯电路结构，利用分时复用原理，通过同一根线，实现发送和接收，解决了多线制通讯的方式，完成UART功能；同时减少了硬件，电路简单化，可以改变VCC的工作电压，使得可以再大电压的工作状态下，实现串口通讯，提供传输距离。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种单线式UART通讯电路，其特征在于，包括第一通讯电路和第二通讯电路，所述第一通讯电路和所述第二通讯电路通过单线通讯连接，所述第一通讯电路包括第一发送电路和第一接收电路，所述第二通讯电路包括第二发送电路和第二接收电路，所述第一发送电路的输出端耦接所述第一接收电路的输入端、第二发送电路的输出端、以及所述第二接收电路的输入端，所述第一发送电路包括第一信号使能端口，第二发送电路包括第二信号使能端口；
当所述第一信号使能端口处于发送状态时，所述第二信号使能端口处于接收状态；当所述第一信号使能端口处于接收状态时，所述第二信号使能端口处于发送状态。
2.根据权利要求1所述的单线式UART通讯电路，其特征在于，所述第一发送电路、第一接收电路、第二发送电路以及第二接收电路均包括第一反向电路和第二反向电路，所述第一反向电路用于对发送信号/接收信号进行一次反向，所述第二反向电路用于对一次反向后的发送信号/接收信号进行二次反向。
3.根据权利要求2所述的单线式UART通讯电路，其特征在于，所述第一发送电路的第一反向电路采用NPN三极管，第一发送电路的第二反向电路的输入端耦接第一信号使能端口和第一发送电路的第一反向电路的输出端，所述第一发送电路的第二反向电路采用NPN三极管或PNP三极管。
4.根据权利要求2所述的单线式UART通讯电路，其特征在于，所述第二发送电路的第一反向电路采用NPN三极管，第二发送电路的第二反向电路的输入端耦接第二信号使能端口和第二发送电路的第一反向电路的输出端，所述第二发送电路的第二反向电路采用NPN三极管或PNP三极管。
5.根据权利要求1所述的单线式UART通讯电路，其特征在于，所述第一通讯电路还包括第一判断电路，所述第一判断电路耦接所述第一发送电路和第一接收电路，第一判断电路根据第一接收电路接收到的指令和第一信号使能端口的工作状态判断第一接收电路接收到的指令是第一通讯电路自身发出的还是第二通讯电路发出的。
6.根据权利要求1所述的单线式UART通讯电路，其特征在于，所述第二通讯
电路还包括第二判断电路，所述第二判断电路耦接所述第二发送电路和第二接收电路，第二判断电路根据第二接收电路接收到的指令和第二信号使能端口的工作状态判断第二接收电路接收到的指令是第二通讯电路自身发出的还是第一通讯电路发出的。
7.根据权利要求1所述的单线式UART通讯电路，其特征在于，所述第一通讯电路从发送状态转化为接收状态过程中具有时间间隔。
8.根据权利要求7所述的单线式UART通讯电路，其特征在于，所述时间间隔为50MS。
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