CN107942829A - 一种兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统 - Google Patents

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CN107942829A CN201711421101.6A CN201711421101A CN107942829A CN 107942829 A CN107942829 A CN 107942829A CN 201711421101 A CN201711421101 A CN 201711421101A CN 107942829 A CN107942829 A CN 107942829A
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柴智
魏肃
刘双春
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Abstract

本发明提供一种兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，包括第一单片机、第二单片机、电源输入模块、第一降压稳压模块、第二降压稳压模块以及连接线。本发明提供的兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，通过在第一单片机和第二单片机的连接线上连接一个输出电压高于单片机工作电压的直流电源，并在连接线与第二单片机的电源输入端之间设置降压稳压电路，在保证连接线上连接的直流电源能够为第二单片机供电的同时，使两个单片机间传输的信号具有更大的电压和电流，减少连接线上传输的信息受到外界干扰的影响，提高单片机之间信息传递的准确性；且仅利用一条连接线即可实现电源传输和信号传输的功能，线路简单，生产成本低。

Description

一种兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统。
背景技术
现有单片机一般通过内置的UART功能模块、SPI功能模块或者I2C功能模块进行通讯，或者通过单片机的I/O口直接串行通讯。由于内置UART功能模块、SPI功能模块或者I2C功能模块的单片机价格较高，为降低生产成本一般使用单片机的I/O口直接串行通讯的方法。现有的单片机I/O口直接串行通讯时，两个单片机模块之间需要一条信号线进行通讯，同时需要在在两个单片机模块之间设置一条电源线进行供电，或者是在两个单片机模块上分别设置一个独立的供电电源为单片机供电，而这两者供电方式的成本都较高。同时单片机的工作电压较小(一般为5V)，I/O口驱动电流小，使得单片机的I/O口直接串行通讯传输的信号较弱，容易受到外界干扰，尤其是当传输的信号跟交流高压绕在一起时，容易导致信号传输发生错误，无法正常通讯。
发明内容
为解决上述现有技术中提到的不足，本发明提供一种兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，包括第一单片机、第二单片机、电源输入模块、第一降压稳压模块、第二降压稳压模块以及连接线；
所述电源输入模块的输出端通过所述第一降压稳压模块连接至第一单片机的电源输入端；所述第一单片机的电源输入端还通过电容C1连接至地线；所述电源输入模块的输出端还通过电阻R1连接至所述连接线；所述连接线通过所述第二降压稳压模块连接至所述第二单片机的电源输入端；所述第二单片机的电源输入端还通过电容C2连接至地线；
所述第一单片机的信号输出端连接至三极管N1的基极，所述三极管N1的集电极连接至所述连接线，所述三极管N1的发射极连接至地线；
所述第一单片机的信号接收端连接至三极管N2的集电极，所述三极管N2的发射极连接至地线，所述三极管N2的基极连接至稳压管ZD1的正极，所述稳压管ZD1的负极连接至所述连接线；所述三极管N2的集电极还通过电阻R2连接至第一单片机的电源输入端；
所述第二单片机的信号输出端连接至三极管N3的基极，所述三极管N3的集电极连接至所述连接线，所述三极管N3的发射极连接至地线；
所述第二单片机的信号接收端连接至三极管N4的集电极，所述三极管N4的发射极连接至地线，所述三极管N4的基极连接至稳压管ZD2的正极，所述稳压管ZD2的负极连接至所述连接线；所述三极管N4的集电极还通过电阻R3连接至第二单片机的电源输入端。
进一步地，所述第一降压稳压模块包括第一稳压芯片、电容E1、电容E2以及二极管D1；所述第一稳压芯片的型号为78L05；
所述二极管D1的正极连接至所述电源输入模块的输出端，所述二极管D1的负极连接至所述第一稳压芯片的输入端，所述第一稳压芯片的输出端连接至所述第一单片机的电源输入端；所述第一稳压芯片的接地端连接至地线；所述电容E1连接在所述第一稳压芯片的输入端与地线之间；所述电容E2连接在所述第一稳压芯片的输出端与地线之间。
进一步地，所述第二降压稳压模块包括第二稳压芯片、电容E3、电容E4以及二极管D2；所述第二稳压芯片的型号为78L05；
所述二极管D2的正极连接至所述连接线，所述二极管D2的负极连接至所述第二稳压芯片的输入端，所述第二稳压芯片的输出端连接至所述第二单片机的电源输入端；所述第二稳压芯片的接地端连接至地线；所述电容E3连接在所述第二稳压芯片的输入端与地线之间；所述电容E4连接在所述第二稳压芯片的输出端与地线之间。
进一步地，所述稳压管ZD1的稳压值和所述稳压管ZD2的稳压值均为5.1V。
进一步地，所述三极管N1、三极管N2、三极管N3以及三极管N4均为NPN型三极管。
本发明提供的兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，通过在第一单片机和第二单片机的连接线上连接一输出电压高于单片机工作电压的直流电源，并在连接线与第二单片机的电源输入端之间设置稳压电路，在保证连接线上连接的直流电源能够为第二单片机供电的同时，使两个单片机间传输的信号具有更大的电压和电流，减少连接线上传输的信息受到外界干扰的影响，提高单片机之间信息传递的准确性。采用本发明的兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，单片机之间仅利用一条连接线即可实现电源传输和信号传输的功能，线路简单，生产成本低；同时能够有效提高单片机之间信息传递的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统的电路原理图；
图2为图1的部分电路原理图；
图3为图1的部分电路原理图。
附图标记：
10第一单片机 20第二单片机 30电源输入模块
40第一降压稳压模块 41第一稳压芯片 50第二降压稳压模块
51第二稳压芯片 60连接线
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用了区分不同的组成部分。
如图1所示，本发明提供一种兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，包括第一单片机10、第二单片机20、电源输入模块30、第一降压稳压模块40、第二降压稳压模块50以及连接线60；
所述电源输入模块30的输出端通过所述第一降压稳压模块40连接至第一单片机10的电源输入端；所述第一单片机10的电源输入端还通过电容C1连接至地线；所述电源输入模块30的输出端还通过电阻R1连接至所述连接线60；所述连接线60通过所述第二降压稳压模块50连接至所述第二单片机20的电源输入端；所述第二单片机20的电源输入端还通过电容C2连接至地线；
所述第一单片机10的信号输出端连接至三极管N1的基极，所述三极管N1的集电极连接至所述连接线60，所述三极管N1的发射极连接至地线；
所述第一单片机10的信号接收端连接至三极管N2的集电极，所述三极管N2的发射极连接至地线，所述三极管N2的基极连接至稳压管ZD1的正极，所述稳压管ZD1的负极连接至所述连接线60；所述三极管N2的集电极还通过电阻R2连接至第一单片机10的电源输入端；
所述第二单片机20的信号输出端连接至三极管N3的基极，所述三极管N3的集电极连接至所述连接线60，所述三极管N3的发射极连接至地线；
所述第二单片机20的信号接收端连接至三极管N4的集电极，所述三极管N4的发射极连接至地线，所述三极管N4的基极连接至稳压管ZD2的正极，所述稳压管ZD2的负极连接至所述连接线60；所述三极管N4的集电极还通过电阻R3连接至第二单片机20的电源输入端。
具体地，如图1～图3所示，电源输入模块30的输出端输出一直流电源，即第一直流电源，第一直流电源的输出电压大于第一单片机10和第二单片机20的工作电压，本发明实施例中第一直流电源的输出电压为+12V；电源输入模块30的输出端通过第一降压稳压模块40连接至第一单片机10的电源输入端；第一降压稳压模块40包括第一稳压芯片41、电容E1、电容E2以及二极管D1；二极管D1的正极连接至电源输入模块30的输出端，二极管D1的负极连接至第一稳压芯片41的输入端，较佳地，如图2所示，二极管D1的负极与第一稳压芯片41的输入端之间还设有并联连接的电阻R4和电阻R5；第一稳压芯片41的输出端连接至第一单片机10的电源输入端；第一稳压芯片41的接地端连接至地线；电容E1连接在第一稳压芯片41的输入端与地线之间；电容E2连接在第一稳压芯片41的输出端与地线之间。由电源输入模块30的输出端输出的第一直流电源通过第一降压稳压模块4040降压为第一单片机10可用的直流电源，为第一单片机10供电的同时，还为电容E2以及连接在第一单片机10的电源输入端与地线之间的电容C1充电；
电源输入模块30的输出端还通过电阻R1连接至连接线60；使得连接线60上具有与电源输入模块30的输出端相同的输出电压，连接线60通过第二降压稳压模块50连接至第二单片机20的电源输入端；第二降压稳压模块50包括第二稳压芯片51、电容E3、电容E4以及二极管D2；二极管D2的正极连接至连接线60，二极管D2的负极连接至第二稳压芯片51的输入端，较佳地，如图2所示，二极管D2的负极与第二稳压芯片51的输入端之间还设有并联连接的电阻R6和电阻R7；第二稳压芯片51的输出端连接至第二单片机20的电源输入端；第二稳压芯片51的接地端连接至地线；电容E3连接在第二稳压芯片51的输入端与地线之间；电容E4连接在第二稳压芯片51的输出端与地线之间。第一直流电源通过电阻R1和连接线60连接至第二降压稳压模块5050的输入端，通过第二温压模块中的第二稳压芯片51降压为第二单片机20可用的直流电源，为第二单片机20供电，同时为电容E4和电容C2充电。
优选地，第一稳压芯片41和第二稳压芯片51的型号均为78L05；电容E1、电容E2、电容E3以及电容E4均为极性电容，电容E1、电容E2、电容E3以及电容E4的负极均匀地线相连。
优选地，如图3所示，第一单片机10的信号输出端通过电阻R8连接至三极管N1的基极，三极管N1的集电极通过电阻R10连接至连接线60，三极管N1的发射极连接至地线；当第一单片机10的信号输出端向三极管N1的基极输出低电平时，三极管N1截止；当第一单片机10的信号输出端向三极管N1的基极输出高电平时，三极管N1导通，连接线60通过三极管N1连接至地线；较佳地，三极管N1的基极还通过电阻R9连接至地线，以确保在第一单片机10的信号输出端未输出高电平信号时，三极管N1的基极电压稳定维持在低电平，防止三极管N1误导通而导致信号传递错误。
优选地，如图3所示，第一单片机10的信号接收端连接至三极管N2的集电极，三极管N2的发射极连接至地线，三极管N2的基极通过电阻R11连接至稳压管ZD1的正极，稳压管ZD1的负极连接至连接线60；三极管N2的集电极还通过电阻R2连接至第一单片机10的电源输入端；当稳压管ZD1的负极电压，即连接线60上的电压低于稳压管ZD1的稳压值时，稳压管ZD1反向截止，三极管N2的基极电压为零，三极管N2的截止；当稳压管ZD1的负极电压，即连接线60上的电压高于稳压管ZD1的稳压值时，稳压管ZD1被击穿，三极管N2的基极电压为稳压管ZD1的稳压值，三极管N2的导通；较佳地，三极管N2的基极还通过电阻R12连接至地线，以够确保在第一单片机10的信号输出端未输出高电平信号时，三极管N1的基极电压维持在低电平，防止三极管N1误导通而导致信号传递错误。
优选地，如图3所示，第二单片机20的信号输出端通过电阻R13连接至三极管N3的基极，三极管N3的集电极通过电阻R15连接至连接线60，三极管N3的发射极连接至地线；当第二单片机20的信号输出端向三极管N3的基极输出低电平时，三极管N3截止；当第二单片机20的信号输出端向三极管N3的基极输出高电平时，三极管N3导通，连接线60通过三极管N3连接至地线；较佳地，三极管N3的基极还通过电阻R14连接至地线，以确保在第二单片机20的信号输出端未输出高电平信号时，三极管N3的基极电压稳定维持在低电平，防止三极管N3误导通而导致信号传递错误。
优选地，如图3所示，第二单片机20的信号接收端连接至三极管N4的集电极，三极管N4的发射极连接至地线，三极管N4的基极通过电阻R16连接至稳压管ZD2的正极，稳压管ZD2的负极连接至连接线60；三极管N4的集电极还通过电阻R3连接至第二单片机20的电源输入端；当稳压管ZD2的负极电压，即连接线60上的电压低于稳压管ZD2的稳压值时，稳压管ZD2反向截止，三极管N4的基极电压为零，三极管N4的截止；当稳压管ZD2的负极电压，即连接线60上的电压高于稳压管ZD2的稳压值时，稳压管ZD2被击穿，三极管N4的基极电压为稳压管ZD2的稳压值，三极管N4的导通；较佳地，三极管N4的基极还通过电阻R17连接至地线，以够确保在第二单片机20的信号输出端未输出高电平信号时，三极管N4的基极电压维持在低电平，防止三极管N4误导通而导致信号传递错误。
优选地，稳压管ZD1的稳压值和稳压管ZD2的稳压值均为5.1V。三极管N1、三极管N2、三极管N3以及三极管N4均为NPN型三极管。
本发明实施例提供的系统具体工作原理描述如下：
当第一单片机10与第二单片机20之间无通讯时：
第一单片机10的信号输出端和第二单片机20的信号输出端均输出为低电平，由电源输入模块30输入的直流电源通过第一降压稳压模块40给第一单片机10供电，并通过电阻R1、连接线60以及第二降压稳压模块5050为第二单片机20供电，同时对电容C1、电容C2、电容E2以及电容E4充电。
当第一单片机10向第二单片机20发送信号时：
若第一单片机10的信号输出端向三极管N1的基极输出高电平，三极管N1处于导通状态，连接线60通过三极管N1接地，连接线60上的电压值被拉低为零，稳压管ZD2上的反向电压小于稳压管ZD2稳压值，稳压管ZD2反向截止，此时三极管N4的基极电压为零，三极管N4处于截止状态，第二单片机2040的信号接收端检测到高电平；此时由于连接线60上的电压值为零，第二降压稳压模块5050的输入电压为零，第二单片机20由电容C1和电容E4放电供电。
若第一单片机10的信号输出端向三极管N1的基极输出低电平，三极管N1截止，连接线60的上电压值为+12V，稳压管ZD2上的反向电压大于稳压管ZD2稳压值，稳压管ZD2被击穿，三极管N4的基极电压大于三极管N4的发射极电压，三极管N4处于导通状态，第二单片机20的信号接收端检测到低电平。
当第二单片机20向第一单片机10发送信号时：
若第二单片机20的信号输出端向三极管N2的基极输出高电平，三极管N2处于导通状态，连接线60通过三极管N2接地,连接线60上的电压值被拉低为低电平，稳压管ZD1上的反向电压小于稳压管ZD1稳压值，稳压管ZD1反向截止，三极管N3的基极电压为零，三极管N3处于截止状态，第一单片机10的信号接收端检测到高电平；此时由于连接线60上的电压值为零，第二降压稳压模块5050的输入电压为零，第二单片机20由电容C1和电容E4放电供电。
若第二单片机20的信号输出端向三极管N2的基极输出低电平，三极管N2截止，连接线60上的电压值为+12V，稳压管ZD1上的反向电压大于稳压管ZD1稳压值，稳压管ZD1被击穿，三极管N3的基极电压大于三极管N3的发射极电压，三极管N3处于导通状态，第一单片机10的信号接收端检测到低电平。
优选地，设置一基准时间，基准时间的值为T，并设置每次第一单片机10与第二单片机20之间传输低电平信号的输出时间为3T，同时以两次低电平信号的间隔中，第一单片机10与第二单片机20之间传输的高电平信号的输出时间代表不同的数据，例如两次低电平之间输出的高电平时间为16T代表数据“1”，两次低电平之间输出的高电平时间为9T代表数据“0”的，两次低电平之间输出的高电平时间为60T代表数据“头码”，两次低电平之间输出的高电平时间为30T代表数据“结束码”。其中，基准时间的值T的具体数值可根据需要自行设置。具体实施时，通过设置输出的低电平为固定时间，以两次低电平之间输出的高电平时间代表不同的数据，进一步提高数据传输的准确性，同时，减少连接线60上的电压处于低压状态的时间，防止电容C2和电容E4存储的电能耗尽而未能及时得到补充，导致第二单片机20的供电停止。
本发明实施例提供的兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，通过在第一单片机和第二单片机的连接线上连接一输出电压高于单片机工作电压的直流电源，并在连接线与第二单片机的电源输入端之间设置稳压电路，在保证连接线上连接的直流电源能够为第二单片机供电的同时，使两个单片机间传输的信号具有更大的电压和电流，减少连接线上传输的信息受到外界干扰的影响，提高单片机之间信息传递的准确性。采用本发明的兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，单片机之间仅利用一条连接线即可实现电源传输和信号传输的功能，线路简单，生产成本低；同时能够有效提高单片机之间信息传递的准确性。
尽管本文中较多的使用了诸如单片机、直流电源稳压芯片、三极管、稳压管、二极管等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，其特征在于：包括第一单片机(10)、第二单片机(20)、电源输入模块(30)、第一降压稳压模块(40)、第二降压稳压模块(50)以及连接线(60)；
所述电源输入模块(30)的输出端通过所述第一降压稳压模块(40)连接至第一单片机(10)的电源输入端；所述第一单片机(10)的电源输入端还通过电容C1连接至地线；所述电源输入模块(30)的输出端还通过电阻R1连接至所述连接线(60)；所述连接线(60)通过所述第二降压稳压模块(50)连接至所述第二单片机(20)的电源输入端；所述第二单片机(20)的电源输入端还通过电容C2连接至地线；
所述第一单片机(10)的信号输出端连接至三极管N1的基极，所述三极管N1的集电极连接至所述连接线(60)，所述三极管N1的发射极连接至地线；
所述第一单片机(10)的信号接收端连接至三极管N2的集电极，所述三极管N2的发射极连接至地线，所述三极管N2的基极连接至稳压管ZD1的正极，所述稳压管ZD1的负极连接至所述连接线(60)；所述三极管N2的集电极还通过电阻R2连接至第一单片机(10)的电源输入端；
所述第二单片机(20)的信号输出端连接至三极管N3的基极，所述三极管N3的集电极连接至所述连接线(60)，所述三极管N3的发射极连接至地线；
所述第二单片机(20)的信号接收端连接至三极管N4的集电极，所述三极管N4的发射极连接至地线，所述三极管N4的基极连接至稳压管ZD2的正极，所述稳压管ZD2的负极连接至所述连接线(60)；所述三极管N4的集电极还通过电阻R3连接至第二单片机(20)的电源输入端。
2.根据权利要求1所述的兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，其特征在于：所述第一降压稳压模块(40)包括第一稳压芯片(41)、电容E1、电容E2以及二极管D1；所述第一稳压芯片(41)的型号为78L05；
所述二极管D1的正极连接至所述电源输入模块(30)的输出端，所述二极管D1的负极连接至所述第一稳压芯片(41)的输入端，所述第一稳压芯片(41)的输出端连接至所述第一单片机(10)的电源输入端；所述第一稳压芯片(41)的接地端连接至地线；所述电容E1连接在所述第一稳压芯片(41)的输入端与地线之间；所述电容E2连接在所述第一稳压芯片(41)的输出端与地线之间。
3.根据权利要求1所述的兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，其特征在于：所述第二降压稳压模块(50)包括第二稳压芯片(51)、电容E3、电容E4以及二极管D2；所述第二稳压芯片(51)的型号为78L05；
所述二极管D2的正极连接至所述连接线(60)，所述二极管D2的负极连接至所述第二稳压芯片(51)的输入端，所述第二稳压芯片(51)的输出端连接至所述第二单片机(20)的电源输入端；所述第二稳压芯片(51)的接地端连接至地线；所述电容E3连接在所述第二稳压芯片(51)的输入端与地线之间；所述电容E4连接在所述第二稳压芯片(51)的输出端与地线之间。
4.根据权利要求1所述的兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，其特征在于：所述稳压管ZD1的稳压值和所述稳压管ZD2的稳压值均为5.1V。
5.根据权利要求1所述的兼具电源传输功能的单片机串行通讯系统，其特征在于：所述三极管N1、三极管N2、三极管N3以及三极管N4均为NPN型三极管。
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