CN109815185A - 一种实现两线制总线的主机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种实现两线制总线的主机，主机和至少一个分机通过两线制总线连接，主机包括数据转换发送电路和数据转换接收电路；数据转换发送电路，用于将所述主机的串口数据信号转换为总线电平信号，并通过两线制总线发送给至少一个分机，以便至少一个分机根据总线电平信号进行处理后得到工作电压；数据转换接收电路，用于通过两线制总线接收所述至少一个分机发送的电流码信号，并从电流码中接收至少一个分机发送的数据信号；其中，至少一个分机是基于总线电平信号而得到的工作电压下，而得到的电流码信号。本申请有效地解决了串口数据与电源电路分开连接的复杂现象，节约了成本同时电路设计简单，便于投入使用。

Description

一种实现两线制总线的主机

技术领域

本说明书涉及设备通讯技术领域，尤其涉及一种实现两线制总线的主机。

背景技术

目前,设备供电接口与设备串口常常是分开连接的。在接线过程中，经常会出现电源线序接错的情况，从而导致设备不能正常工作，甚至会烧毁设备；设备串口的接线连接错误时，也无法实现数据发送和接收。

此外，对于小功率的场景下的主机和分机来说，主机给多个分机发送数据且为多个分机供电，多个分机只需要给主机发送数据。然而，按照目前常用的接线方式，布线的线路复杂，且容易出错。

因此，需要采用两线制总线的接线方式，不仅布线线路简单，设备接线也不容易出错。也就是，仅仅需要两根线来实现主机给多个分机供电，同时还要可以与多个分机进行串口数据通讯。

此时，如何在主机上设计电路来实现两线制总线，成为亟待解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本说明书提供一种实现两线制总线的主机。

本申请的提供一种实现两线制总线的主机，主机和至少一个分机通过两线制总线连接，所述主机包括数据转换发送电路和数据转换接收电路；其中，

所述数据转换发送电路，用于将所述主机的串口数据信号转换为总线电平信号，并通过两线制总线发送给所述至少一个分机，以便所述至少一个分机根据所述总线电平信号进行处理后得到工作电压；

所述数据转换接收电路，用于通过所述两线制总线接收所述至少一个分机发送的电流码信号，并从所述电流码中接收所述至少一个分机发送的数据信号；其中，所述至少一个分机是基于所述总线电平信号而得到的工作电压下，而得到的所述电流码信号。

在一种可能的实施方式中，所述数据转换发送电路为：第一芯片的第一引脚OUT1和第二引脚OUT2连接总线；所述第一芯片的第三引脚REV接收主机的PA0_USART4_TX端的输入数据；所述第一芯片的第四引脚FWD引脚与第一三极管Q31的集电极相连；所述第一三极管Q31的基极通过第一电阻R34接收主机PA0_USART4_TX端的输入数据信号，其发射极接地。

在一种可能的实施方式中，所述第一芯片的型号为ZXBM5210-SP-13，所述第一三极管Q31的型号为9013，第一电阻R34的型号为1KΩ。

在一种可能的实施方式中，所述数据转换接收电路为：第二芯片的第一引脚RS+引脚接VCC_15V的电压，且通过第二电阻R21与所述第一芯片的第五引脚VCC_VM相连；所述第二芯片的第二引脚RS-引脚与所述第一芯片的第五引脚VCC_VM相连；

所述第二芯片的第三引脚OUT通过第二电阻R22连接比较器正输入端；

所述比较器的负输入端通过第三电阻R23接系统电压VCC_SYS，其电源正极接系统电压VCC_SYS，其电源负极接地，其输出端通过第四电阻R26与第二三极管Q22的基极相连；

所述第二三极管Q22的集电极通过第五电阻R27后，将数据发送给所述主机的PA1_USART4_RX端。

在一种可能的实施方式中，所述第二芯片型号为MAX4080TASA，比较器的型号为LM358AD，第二三极管Q22的型号为9013。

本说明书的主机，能够让主机实现两线制总线的接线，主机进行串口数据发送以及接收，同时总线提供分机的电源供应，有效地解决了串口数据与电源电路分开连接的复杂现象，节约了成本同时电路设计简单，便于投入使用。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请本说明书实施例。

此外，本申请本说明书实施例中的任一实施例并不需要达到上述的全部效果。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本说明书实施例示出的一种实现两线制的框架结构示意图；

图2是本说明书实施例示出的一种主机的数据转换发送电路的示意图；

图3是本说明书实施例示出的一种分机的数据转换接收电路的示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本说明书使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明书。在本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

如图1所示，主机和至少一个分机通过两线制总线连接；所述主机包括数据转换发送电路和数据转换接收电路。

如图1所示，总机与分机采用两线制总线接线，总机通过总线发送数据给多个分机，并为多个分机供电；分机通过总线发送数据给总机。

需要说明的是，图1中仅仅示出了三个分机，但是本申请的方法并不以此为限。本说明书实施例中为了描述方便，总机也可以称为主机，分机也可以称为从机。

如图1所示，主机包括数据转换发送电路以及数据转换接收电路。

数据转换发送电路，用于将所述主机的串口数据信号转换为总线电平信号，并通过两线制总线发送给所述至少一个分机，以便所述至少一个分机根据所述总线电平信号进行处理后得到工作电压。

数据转换接收电路，用于通过所述两线制总线接收所述至少一个分机发送的电流码信号，并从所述电流码中接收所述至少一个分机发送的数据信号；其中，所述至少一个分机是基于所述总线电平信号而得到的工作电压下，而得到的所述电流码信号。

在一个示例中，第一芯片的第一引脚OUT1和第二引脚OUT2连接总线；所述第一芯片的第三引脚REV接收主机的PA0_USART4_TX端的输入数据；所述第一芯片的第四引脚FWD引脚与第一三极管Q31的集电极相连；所述第一三极管Q31的基极通过第一电阻R34接收主机PA0_USART4_TX端的输入数据信号，其发射极接地。

在一个示例中，具体来说，如图2所示，第一集成电路芯片ZXBM5210-SP-13的OUT1引脚、OUT2引脚连接总线，其VM引脚伸出VCC_VM引脚，VCC_VM引脚通过电容C31接地；该芯片的VDD引脚伸出VCC_IO引脚，VCC_IO引脚通过电容C32接地；该芯片的VREF引脚通过电阻R32接地，且通过电阻R31与VCC_IO引脚相连；该芯片的GND引脚、EP引脚相连且接地。

该芯片的REV引脚接收分机的PA0_USART4_TX的输入数据。

该芯片的FWD引脚通过电阻R33与VCC_IO引脚相连，并与三极管Q31的集电极相连；三极管Q31的基极通过电阻R34接收主机的PA0_USART4_TX端的输入数据信号，其发射极接地。

在一个示例中，第一芯片选用ZXBM5210-SP-13，电容C32选用0.1uF；电容C31为NC，NC表示备用，可不使用；电阻R31为4.7KΩ，电阻R32为NC；电阻R33为4.7KΩ，三极管Q31选用9013型号，电阻R34选用1KΩ。

图2所示电路的工作流程：主机的PA0_USART4_TX端的数据信号通过电阻R34、三极管Q31将电平进行反转后，连接到第一集成电路芯片ZXBM5210-SP-13的FWD引脚；主机的PA0_USART4_TX端的数据信号直接连接到该芯片的REV引脚；从而使驱动芯片的FWD以及REV为互补反向信号，此时VREF上拉到VDD，从而使OUT1、OUT2输出互补电平。

芯片ZXBM5210-SP-13的REV引脚、FWD引脚、OUT1引脚、OUT2引脚以及VREF引脚的关系如下表1所示。

表1

FWD	REV	Vref	OUT1	OUT2	Operating mode
						L	L	X	Open	Open	备用模式；所有开关都断开
H	L	Vdd	H	L	正向模式：电流从OUT1流到OUT2；100％duty
						H	L	3v to Vdd	H	L	正向模式：电流从OUT1流到OUT2；Vref duty control
L	H	Vdd	L	H	反向模式：电流从OUT2流到OUT1；100％duty
						L	H	3v to Vdd	L	H	正向模式：电流从OUT2流到OUT1；Vref duty control
H	H	X	L	L	制动模式：低压侧开关短路

此时，主机串口给分机发送数据，主机串口数据通过芯片ZXBM5210-SP-13转换为15VDC的电平信号，通过两线制总线发送给分机。

在一个示例中，第二芯片的第一引脚RS+引脚接VCC_15V的电压，且通过第二电阻R21与所述第一芯片的第五引脚VCC_VM相连；所述第二芯片的第二引脚RS-引脚与所述第一芯片的第五引脚VCC_VM相连。

所述第二芯片的第三引脚OUT通过第二电阻R22连接比较器正输入端。

所述比较器的负输入端通过第三电阻(R23)接系统电压VCC_SYS，其电源正极接系统电压VCC_SYS，其电源负极接地，其输出端通过第四电阻(R26)与第二三极管(Q22)的基极相连。

所述第二三极管(Q22)的集电极通过第五电阻(R27)后，将数据发送给所述主机的PA1_USART4_RX端。

在一个示例中，具体来说，如图3所示，第二芯片MAX4080TASA的RS+引脚接VCC_15V的电压，并通过电阻R21与上述VCC_VM引脚相连；该芯片的RS-引脚与上述VCC_VM引脚相连；该芯片的VCC引脚连接系统电压VCC_SYS，并通过电容C21接地；该芯片的NC3引脚空置；该GND引脚与三极管Q21的集电极相连，该三极管Q21的发射极接地，其基极通过电阻R29连接系统电压VCC_SYS；该芯片的OUT引脚连接运算放大器的正极，并接地；该芯片的NC1引脚和NC2引脚相连，且NC1引脚接运算放大器的负极，NC2引脚接运算放大器的输出；该芯片的OUT引脚还通过电阻R22连接比较器正输入端。

比较器的负极通过R23接系统电压VCC_SYS，且通过电阻R24接地；该比较器的电源正极接系统电压VCC_SYS，且通过电容C22接地；该比较器的负极接地；该比较器的输出端通过电阻R25接地，并通过电阻R26与三极管Q22的基极相连。

三极管Q22的发射极接地，其集电极通过电阻R27与VCC_IO引脚相连，其集电极通过电阻R28后，将数据信号发送给主机的PA1_USART4_RX端。

如图3所示，数据转换接收电路的工作流程：分机发送的电码流通过总线发送给主机，由芯片MAX4080TASA的RS+引脚和RS-引脚接收；此时，会使总线上的电流的大小发生变化，流过电阻R21的电流也发生变化，从而引起VCC_VM的电压变化。例如：当总线上的电流变大时，流过R21的电流也变大，这时候VCC_VM相对于VCC_15V有比较大的电压差；同理总线电流小，R21的压降也小，VCC_V比VCC_15V相差不大；由于这两个电压有电压差经过MAX4080TASA放大输出给比较器，与比较器的负向输入端基准电压2.85V做比较，从而使比较器输出数据信号0V或VCC_SYS，从而使三极管Q22导通或者截止，然后将数据信号发给主机PA1_USART1_RX端。

此时，数据转换接收电路将从两线制主线接收到的电流码数据转换为电压数据信号。

需要说明的是，本说明书实施例中比较器的基准电压，可以根据实际需求设置；并且本说明书实施例的方案主要是在小功率场景下运用，例如：电压15V以内，功率10W以内，电流1A以内。

在一个示例中，芯片MAX4080TASA的放大作用说明：总线电流大约是0.2A，电阻R21的压降约为0.2V，此时芯片MAX4080TASA放大20倍后的电压是4V。

在一个示例中，电阻R27选用10KΩ，电阻R28选用1KΩ，三极管Q22选用型号9013，电阻R26为1KΩ，电阻R25为10KΩ，电容C22为0.1uF，比较器选用LM358AD，电阻R22选用1kΩ，电阻R23选用2KΩ，电阻R24选用3.6KΩ，运算放大器选用LM358AD，第二集成电路芯片选用MAX4080TASA，三极管Q21选用9013H，电容C21选用0.1uF，电阻R21选用1R/1％，电阻R29选用0603，20KΩ。

需要说明的是，两线制通信系统的应用非常广泛，例如：在医疗护理系统中，主机在护士室，每个病床或者每个输液位置都设置有一个分机；当病人或者病人家属需要呼叫护士室，就会在分机上进行操作。此时，一个主机对应N个分机，采用两线制接线后，主机能够给分机发送数据，同时给分机提供工作电压，分机不需要再去外接电源线；布线简单，此外接线简单，不容易出错。

本说明书的主机，能够让主机实现两线制总线的接线，主机进行串口数据发送以及接收，同时总线提供分机的电源供应，有效地解决了串口数据与电源电路分开连接的复杂现象，节约了成本同时电路设计简单，便于投入使用。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅是本说明书实施例的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本说明书实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本说明书实施例的保护范围。

Claims (5)

1.一种实现两线制总线的主机，其特征在于，主机和至少一个分机通过两线制总线连接，所述主机包括数据转换发送电路和数据转换接收电路；其中，

所述数据转换发送电路，用于将所述主机的串口数据信号转换为总线电平信号，并通过两线制总线发送给所述至少一个分机，以便所述至少一个分机根据所述总线电平信号进行处理后得到工作电压；

所述数据转换接收电路，用于通过所述两线制总线接收所述至少一个分机发送的电流码信号，并从所述电流码中接收所述至少一个分机发送的数据信号；其中，所述至少一个分机是基于所述总线电平信号而得到的工作电压下，而得到的所述电流码信号。

2.根据权利要求1所述的主机，其特征在于，所述数据转换发送电路为：

第一芯片的第一引脚(OUT1)和第二引脚(OUT2)连接总线；

所述第一芯片的第三引脚(REV)接收主机的PA0_USART4_TX端的输入数据；

所述第一芯片的第四引脚(FWD)引脚与第一三极管(Q31)的集电极相连；所述第一三极管(Q31)的基极通过第一电阻(R34)接收主机PA0_USART4_TX端的输入数据信号，其发射极接地。

3.根据权利要求2所述的主机，其特征在于，所述第一芯片的型号为ZXBM5210-SP-13，所述第一三极管(Q31)的型号为9013，第一电阻(R34)的型号为1KΩ。

4.根据权利要求1所述的主机，其特征在于，所述数据转换接收电路为：

第二芯片的第一引脚(RS+)引脚接VCC_15V的电压，且通过第二电阻(R21)与所述第一芯片的第五引脚(VCC_VM)相连；所述第二芯片的第二引脚(RS-)引脚与所述第一芯片的第五引脚(VCC_VM)相连；

所述第二芯片的第三引脚(OUT)通过第二电阻(R22)连接比较器正输入端；

所述比较器的负输入端通过第三电阻(R23)接系统电压VCC_SYS，其电源正极接系统电压VCC_SYS，其电源负极接地，其输出端通过第四电阻(R26)与第二三极管(Q22)的基极相连；

所述第二三极管(Q22)的集电极通过第五电阻(R27)后，将数据发送给所述主机的PA1_USART4_RX端。

5.根据权利要求4所述的主机，其特征在于，所述第二芯片型号为MAX4080TASA，比较器的型号为LM358AD，第二三极管(Q22)的型号为9013。