CN106528476A - 一种可自动实现交叉直连串口切换的电路 - Google Patents

Abstract

一种交叉直连串口的切换电路，包括两组通过可编程器件控制的MOS开关，两组MOS开关分别负责直连和交叉两种数据端的连接方式。每组MOS开关分别由两个MOS管构成，分别负责两个数据端的导通和断开。本发明通过数据端口对测试串口数据的反馈自动地判断当前连接方式是否正确，并通过可编程器件控制对应MOS管的导通状态，来控制电路实现数据端的直连连接或交叉连接。本发明通过可编程器件和MOS开关的配合，自动将电路切换为需要的连接方式，省去了人工调换连接线的麻烦。同时，本发明所述的电路结构简单，可以直接设置于连接线的端口转板上，外部结构与常规连接线无异。

Description

一种可自动实现交叉直连串口切换的电路

技术领域

本发明涉及通信串口技术领域，尤其涉及一种交叉直连一体串口线。

背景技术

串行通信接口，简称串口，通常指COM接口，是采用创新通信方式的扩张接口。创新接口按电器标准及协议可分为RS-232-C、RS-422、RS-485等。

常用的串口线的一端通常使用标准的9针串口头，另一端采用有4个头的接插件。接插件的端口引脚按照从引脚1至引脚4的顺序分别定义为GND，RX，TX，GND。其中插件的两个GND端通过导线相连后连接到9针串口头的5针，插件的RX端通过导线连接到9针串口头的2针，插件的TX端通过导线连接到9针串口头的3针。

现有的串口线可以通过上述的4头（4PIN）接插件实现与串口定义顺序不同的嵌入式设备进行通信。但实际使用时，4PIN插头还是得调换方向才可以兼容不同的串口定义顺序。例如，一对公插头与母座，当其两侧串口，一侧为直连方式、一侧为交叉方式时，必须将公插头旋转180°插入母座才能实现通信连接。

并且，不是所有的设备都有预留4PIN接头，也不是所有预留了4PIN接头的连接器都可以实现正反向插入。有的母座只允许公插头从一个方向插入。这样就没办法通过将公插头旋转180度插入母座。这种情况下，现有的技术就没办法实现交叉直连的切换。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可自动实现交叉直连串口切换的电路。

首先，本发明提供一种交叉直连串口的切换电路，包括第一发送数据端、第二发送数据端、第一接收数据端和第二接收数据端，其特征在于，第一发送数据端和第二发送数据端之间、第一接收数据端和第二接收数据端之间分别串接有直连开关装置，第一发送数据端和第二接收数据端之间、第一接收数据端和第二发送数据端之间分别串接有交叉开关装置；所述直连开关装置和交叉开关装置分别与可编程器件连接；

所述第二发送数据端和第二接收数据端分别与可编程器件的检测口连接；

所述可编程器件用于通过一个检测口向第二发送数据端或第二接收数据端发送测试串口数据，并通过另一检测口接收反馈的校验值信号；若可编程器件接收到对应连接状态下反馈的校验值信号，则保持当前直连开关装置和交叉开关装置的开关状态；否则，可编程器件控制直连开关装置和交叉开关装置的开关状态翻转。这里的翻转是指将原先开关装置的导通状态转换为断开状态，将原先开关装置的断开状态转换为断开状态。而且，所述直连开关装置的开关状态和交叉开关装置的开关状态始终保持相反。

关于直连开关装置的开关状态和交叉开关装置的开关状态始终保持相反这一点，本领域技术人员可以理解，在采用串口方式通信时，串口只有这两种状态。通常的产品中，软体均会对产品的串口输出进行关闭，即保证仅可以通过交叉方式或直连方式中的一种进行通信，防止非专业人员进行误操作。

这里的可编程器件用于向第二发送数据端或第二接收数据端发送测试串口数据，并通过第二接收数据端或第二发送数据端反馈的校验值信号判断开关装置的状态是否正确（可编程器件接收到反馈信号说明开关的连接状态正确，否则错误，需要转换开关状态），并控制开启或关闭相应的MOS开关。

因此，这里的可编程器件可以选择单片机或RAM芯片等。

进一步的，所述切换电路中，所述的直连开关装置和交叉开关装置均采用MOS开关，所述MOS开关的栅极（G极）与可编程器件连接。同时，所述的直连开关装置和交叉开关装置也可以采用三极管，此时的三极管需要置于开关状态，三极管的基极与可编程器件连接。

进一步的，所述切换电路中，所述的直连开关装置的栅极（采用三极管时对应为基极）与可编程器件的直连控制接口连接，所述的交叉开关装置的栅极（采用三极管时对应为基极）与可编程器件的交叉控制接口连接。

进一步，如上所述的切换电路中，所述的直连开关装置和交叉开关装置与可编程器件之间均分别设有防护电阻。

进一步，如上所述的切换电路中，所述的防护电阻阻值为1~4.7kΩ。

进一步，如上所述的切换电路中，所述的直连开关装置、交叉开关装置、防护电阻和可编程器件设置于端口转板上。

进一步，如上所述的切换电路中，所述的可编程器件默认通过直连控制接口控制直连开关装置保持开启，通过交叉控制接口控制交叉开关装置保持关闭；若可编程器件的直连检测口向第二发送数据端发送过测试串口数据后，未在交叉检测口接收到第二接收数据端反馈的校验信号，则可编程器件通过直连控制接口将直连开关装置的状态转换为关闭，通过交叉控制接口将交叉开关装置的状态转换为开启。

并列的，也可以将所述可编程器件默认通过交叉控制接口控制交叉开关装置保持开启，通过直连控制接口控制直连开关装置保持关闭；若可编程器件的交叉检测口向第二接收数据端发送过测试串口数据后，未在直连检测口接收到第二发送数据端反馈的校验信号，则可编程器件通过交叉控制接口控制交叉开关装置的状态转换为关闭，通过直连控制接口控制直连开关装置的状态转换为开启。

进一步，如上所述的切换电路中，所述的第一MOS开关、第二MOS开关、第三MOS开关、第四MOS开关和可编程器件集成为专门的集成电路芯片。

本发明同时提供一种交叉直连串口线，包括由数据连接线连接的公插头和母座，公插头或母座中设有端口转板，其特征在于，所述端口转板上设置有如上所述的交叉直连串口的切换电路。

本发明还提供一种交叉直连串口的切换方法，切换步骤如下：

第一步，控制串口之间按照直连方式或交叉方式导通连接；

第二步，向当前的发送数据端口发送测试串口数据，若当前的接收数据端口反馈校验值信号，则保持当前开关装置的导通状态，否则跳转至第三步；

第三步，控制串口之间按照另一种方式导通连接。

并列的，在进行直连交叉串口切换时，同样可以向接收数据端口发送测试串口数据，并相应地改变当前开关装置的导通状态。具体步骤如下：

步骤a，控制串口之间按照直连方式或交叉方式导通连接；

步骤b，向当前导通方式下的接收数据端口发送测试串口数据，若当前导通方式下的发送数据端口反馈校验值信号，则跳转至第三步，否则保持当前开关装置的导通状态；

步骤c，控制串口之间切换成交叉方式或直连方式中的另一种方式导通连接。

这里，“当前的发送数据端口”是指在当前按照直连方式（或者交叉方式）导通连接的状态下，所对应的发送数据端口。在确定当前采用具体那种导通连接的方式后，本领域技术人员可以根据串口的排线唯一的确定一个具体的发送数据端口。这里“当前的接收数据端口”也类似。

进一步的，本方法中，所述的第三步中，在控制串口之间的开关装置转换为按照另一种方式导通连接后，还包括如下步骤：

第1步，向新的导通方式下的发送数据端口或接收数据端口发送测试串口数据；

第2步，若向新的导通方式下的发送数据端口发送测试串口数据后，新的导通方式下的接收数据端口反馈校验值信号，则保持当前开关装置的导通状态，否则报错。

在其他外设及串口正常的情况下，通过增加一次测试-反馈的判断，可以辅助判断串口线自身的故障。在其他外设及串口正常的情况下，如果两次测试都无法得到正确的反馈（即在由发送数据端口发送测试串口数据后能够在对应的接收数据端口收到反馈的校验值信号，或者，在由接收数据端口发送测试串口数据后无法在对应的发送数据端口收到反馈的校验值信号），则能够判断当前的串口线故障。

进一步的，如上所述的切换方法中，所述的开关装置为四个通过可编程器件控制导通状态的MOS管，其中两个MOS管导通后将串口的两边按照直连方式连接，另外两个MOS管导通后将串口的两边按照交叉方式连接。或者，由三极管构成上述的开关装置。由三极管充当开关装置时，三极管接口的具体连接方式需要根据三极管的特性进行调整。当然，开关装置具体硬件的选择并不局限于以上两种方式，只要能实现对电路导通状态的控制就可以。

有益效果

本发明通过可编程器件对串口线的一端发送测试串口数据，并检测端口反馈的校验值信号来自动判断目前的串口接法是否正确，判断当前接口是应该使用交叉接法还是直连接法。本发明电路及串口线自动根据反馈的校验信号，将线路的连接方式修正为正确的连接方式。

本发明通过MOS开关实现电路中两端接口之间的同断。分别在第一发送数据端和第二发送数据端之间串接第一MOS开关，在第一接收数据端和第二接收数据端之间串接第二MOS开关，通过这两个MOS开关实现直连方式的导通或断开；同时，为实现交叉方式的导通和断开，本发明还在第一发送数据端和第二接收数据端之间串接了第三MOS开关，在第一接收数据端和第二发送数据端之间串接了第四MOS开关。通过可编程器件的直连控制接口和交叉控制接口，控制两组MOS开关（第一MOS开关和第二MOS开关为一组，第三MOS开关和第四MOS开关为一组，共计两组，4个MOS开关）的开启和关闭状态，以此实现电路上直连连接和交叉连接之间的转换。

进一步的，为了对本发明中可编程器件的I/O口进行ESD（Electro-Staticdischarge，静电释放）防护，电路中还在MOS开关的G级设置了防护电阻。并根据具体选择的开关元器件选择防护电阻的阻值，以此在保证MOS管开关状态不受影响的状况下，同时确保了可编程器件的安全。

进一步的，本装置中的电路结构简单，因而可以直接设置于连接线插口内部的端口转板上，也可集成为专门的集成电路芯片，更便于安装与使用。由于本发明提供的串口线能够直接根据反馈的校验值信号判断电路状态是否正确、适用，因而可以省去替换、调整接线的麻烦，使得接口的连接更为便捷、高效。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明所述串口电路图；

图2为现有串口的连接图；

图3为串口数据连接线的结构图；

图4为接头连接方式示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为发明所述串口电路图，主要通过当中的可编程器件（MCU）来自动判断目前的串口接法是交叉接法还是直连接法，并自动完成正确联接。电路由一个MCU可编程器件（U1），两路开关电路组成，实现自动切换，提高工作效率，不必再去纠结串口是哪种接法。

具体电路结构如下：一种交叉直连串口的切换电路，包括第一发送数据端TX、第二发送数据端TX1、第一接收数据端RX和第二接收数据端RX1，其特征在于，第一发送数据端TX和第二发送数据端TX1之间串接有第一MOS开关Q1，第一接收数据端RX和第二接收数据端RX1之间串接有第二MOS开关Q2，第一发送数据端TX和第二接收数据端RX1之间串接有第三MOS开关Q3，第一接收数据端RX和第二发送数据端TX1之间串接有第四MOS开关Q4；

第一MOS开关Q1和第二MOS开关Q2的Q级连接可编程器件的直连控制接口；第三MOS开关Q3和第四MOS开关Q4的Q级连接可编程器件的交叉控制接口；可编程器件的直连检测口与第二发送数据端TX1连接，可编程器件的交叉检测口与第二接收数据端RX1连接；

所述可编程器件用于向第二发送数据端TX1或第二接收数据端RX1发送测试串口数据，并通过第二接收数据端RX1或第二发送数据端TX1反馈的校验值信号判断四个MOS开关的状态是否正确，并控制开启或关闭相应的MOS开关。

上述可编程器件的直连检测口为MCU PIN7口。上述可编程器件的MCU PIN2口，即Mode A口为可编程器件的直连控制接口，控制Q1,Q2工作状态为开，Q3,Q4工作状态为关，实现TX与TX1接通，RX与RX1接通;TX到RX1断开，RX到TX1断开。

上述可编程器件的交叉检测口为MCU PIN6口。上述可编程器件的MCU PIN3口，即Mode B口为可编程器件的直连控制接口，控制Q1,Q2工作状态为关，Q3,Q4工作状态为开，实现TX与RX1接通，RX与TX1接通;TX到TX1断开，RX到RX1断开。

为对MCU进行ESD防护，本发明中，所述的第一MOS开关Q1、第二MOS开关Q2、第三MOS开关Q3和第四MOS开关Q4的Q级分别通过防护电阻R1、R2、R3和R4与可编程器件的对应接口连接。防护电阻R1、R2、R3和R4的阻值为1~4.7kΩ。

由于上述电路结构简单，因而可以灵活地将所述的第一MOS开关（Q1）、第二MOS开关（Q2）、第三MOS开关（Q3）、第四MOS开关（Q4）和可编程器件设置于端口转板上。

更进一步，为了更进一步减少零件，简化接线，还可以将所述的第一MOS开关（Q1）、第二MOS开关（Q2）、第三MOS开关（Q3）、第四MOS开关（Q4）和可编程器件集成为专门的集成电路IC芯片模块。

使用本电路的串口线接口连接关系如图4所示。直连状态下的连接关系如图2，交叉状态下将图2中间两根连接线的连接关系对调交叉即可。

本发明同时还提供一种交叉直连串口的切换方法，切换步骤如下：

第一步，控制串口之间的开关装置按照直连方式或交叉方式导通连接；

第二步，向当前的发送数据端口发送测试串口数据，若当前的接收数据端口反馈校验值信号，则保持当前开关装置的导通状态，否则跳转至第三步；

第三步，控制串口之间的开关装置转换为按照另一种方式导通连接，并向转换后的发送数据端口发送测试串口数据，若转换后的接收数据端口反馈校验值信号，则保持开关装置的导通状态，否则报错。

这种切换方法中的开关装置即为上述的四个通过可编程器件控制导通状态的MOS管，其中两个MOS管导通后将串口的两边按照直连方式连接，另外两个MOS管导通后将串口的两边按照交叉方式连接。所述开关装置也可以通过如三极管等具备开关两种工作状态的元器件实现。由三极管或其他元器件充当开关装置时，它们接口的具体连接方式需要根据元器件的特性进行调整。

根据该方法对MCU进行编程。这里，MCU的供电不用单独配置供电线路，直接接串口工具的USB 5V就可以。此处的MCU不限定具体型号，只要是可编程的可编程器件就可以。上电后，MCU可编程器件先默认给Mode A(直连方式)高电平，打开Q1，Q2两个MOS开关。Mode B此时处于低电平，通过MCU来控制向TX(MCU PIN7)发送测试串口数据（测试串口数据是发送给测试设备的，即一个测试信号），检测RX(MCU PIN6)是否有CHECK校验值信号（ CHECK校验值信号，根据串口协议规定，在测试设备接收响应MCU发送校验的信号后才能从RX接口得到反馈）。如果有校验值信号，且正确，则目前的串口连接方式为ModeA(直连方式)。

如果没有收到CHECK信号，则将Mode A置低电平，关闭Q1,Q2两个MOS开关。然后将Mode B（交叉方式）置高电平，打开Q3，Q4两个MOS开关。同样，再做一次测试，在RX(MCUPIN6)发送测试串口数据，检测TX(MCU PIN7)是否有CHECK校验值信号。如果有，且正确，则目前的串口连接方式为ModeB(交叉方式)。否则说明串口错误。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交叉直连串口的切换电路，包括第一发送数据端（TX）、第二发送数据端（TX1）、第一接收数据端（RX）和第二接收数据端（RX1），其特征在于，第一发送数据端（TX）和第二发送数据端（TX1）之间、第一接收数据端（RX）和第二接收数据端（RX1）之间分别串接有直连开关装置（Q1、Q2），第一发送数据端（TX）和第二接收数据端（RX1）之间、第一接收数据端（RX）和第二发送数据端（TX1）之间分别串接有交叉开关装置（Q3、Q4）；所述直连开关装置（Q1、Q2）和交叉开关装置（Q3、Q4）分别与可编程器件连接；

所述第二发送数据端（TX1）和第二接收数据端（RX1）分别与可编程器件的检测口（7、6）连接；

所述可编程器件通过一个检测口向第二发送数据端（TX1）或第二接收数据端（RX1）发送测试串口数据，并通过第二接收数据端（RX1）或第二发送数据端（TX1）中的另一检测口接收反馈的校验值信号；若可编程器件接收到对应连接状态下反馈的校验值信号，则保持当前直连开关装置（Q1、Q2）和交叉开关装置（Q3、Q4）的开关状态；否则，可编程器件控制直连开关装置（Q1、Q2）和交叉开关装置（Q3、Q4）的开关状态翻转；

所述直连开关装置（Q1、Q2）的开关状态和交叉开关装置（Q3、Q4）的开关状态始终保持相反。

2.如权利要求1所述的交叉直连串口的切换电路，其特征在于，所述的直连开关装置（Q1、Q2）和交叉开关装置（Q3、Q4）采用MOS开关或三极管开关，所述MOS开关的栅极与可编程器件连接；所述三极管置于开关状态，三极管的基极与可编程器件连接。

3.如权利要求2所述的交叉直连串口的切换电路，其特征在于，所述直连开关装置（Q1、Q2）的栅极或基极与可编程器件的直连控制接口（2）连接，所述的交叉开关装置（Q3、Q4）的栅极或基极与可编程器件的交叉控制接口（3）连接。

4.如权利要求2至权利要求3所述的交叉直连串口的切换电路，其特征在于，所述的直连开关装置（Q1、Q2）和交叉开关装置（Q3、Q4）与可编程器件之间均分别设有防护电阻（R1、R2、R3和R4）。

5.如权利要求1至权利要求4所述的交叉直连串口的切换电路，其特征在于，所述的直连开关装置（Q1、Q2）、交叉开关装置（Q3、Q4）、防护电阻和可编程器件设置于端口转板上。

6.如权利要求3至权利要求5所述的交叉直连串口的切换电路，其特征在于，所述可编程器件默认通过直连控制接口（2）控制直连开关装置（Q1、Q2）保持开启，通过交叉控制接口（3）控制交叉开关装置（Q3、Q4）保持关闭；若可编程器件的直连检测口（7）向第二发送数据端（TX1）发送过测试串口数据后，未在交叉检测口（6）接收到第二接收数据端（RX1）反馈的校验信号，则可编程器件通过直连控制接口（2）将直连开关装置（Q1、Q2）的状态转换为关闭，通过交叉控制接口（3）将交叉开关装置（Q3、Q4）的状态转换为开启；

或者，所述可编程器件默认通过交叉控制接口（3）控制交叉开关装置（Q3、Q4）保持开启，通过直连控制接口（2）控制直连开关装置（Q1、Q2）保持关闭；若可编程器件的交叉检测口（6）向第二接收数据端（RX1）发送过测试串口数据后，未在直连检测口（7）接收到第二发送数据端（TX1）反馈的校验信号，则可编程器件通过交叉控制接口（3）控制交叉开关装置（Q3、Q4）的状态转换为关闭，通过直连控制接口（2）控制直连开关装置（Q1、Q2）的状态转换为开启。

7.如权利要求6所述的交叉直连串口的切换电路，其特征在于，所述的四个直连开关装置（Q1、Q2）、交叉开关装置（Q3、Q4）和可编程器件均集成为专门的集成电路芯片。

8.一种交叉直连串口的切换方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，控制串口之间按照直连方式或交叉方式导通连接；

第二步，向当前导通方式下的发送数据端口或接收数据端口发送测试串口数据，若向当前导通方式下的发送数据端口发送测试串口数据后，当前导通方式下的接收数据端口反馈校验值信号；或者，当向当前导通方式下的接收数据端口发送测试串口数据后，当前导通方式下的发送数据串口没有反馈校验值信号，则保持当前开关装置的导通状态；否则跳转至第三步；

第三步，控制串口之间切换成交叉方式或直连方式中的另一种方式导通连接。

9.如权利要求8所述的交叉直连串口的切换方法，其特征在于，在控制串口之间切换成交叉方式或直连方式中的另一种方式导通连接后，还包括如下步骤：

第1步，向新的导通方式下的发送数据端口发送测试串口数据；

第2步，若向新的导通方式下的发送数据端口发送测试串口数据后，新的导通方式下的接收数据端口反馈校验值信号，则保持当前开关装置的导通状态，否则报错。

10.一种交叉直连串口线，包括由数据连接线连接的公插头和母座，公插头或母座中设有端口转板，其特征在于，所述端口转板上设置有如权利要求1所述的交叉直连串口的切换电路。