CN110412911B - 一种串口通信电平匹配电路和智能控制系统 - Google Patents

一种串口通信电平匹配电路和智能控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种串口通信电平匹配电路和智能控制系统，包括：第一电阻、第二电阻和三极管，所述第一电阻的一端连接第一单线串口，所述第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、三极管的发射极连接，所述三极管的基极分别与第二电阻的另一端、第二单线串口连接，所述三极管的集电极对地连接，所述第一单线串口的驱动能力强于第二单线串口的吸收能力。智能控制系统包括：单片机、传感器模块和上述的串口通信电平匹配电路。本发明解决强驱动接口连接弱吸收接口信号的电平匹配问题，实现了串口的稳定可靠通信。主要用于通信技术领域。

Description

一种串口通信电平匹配电路和智能控制系统
技术领域
本发明涉及通信电路领域，特别涉及一种串口通信电平匹配电路和智能控制系统。
背景技术
智能控制系统中，控制核心单片机需要通过控制传感器检测外部环境的参数，实现智能控制的目的。传感器一般制作成模块，与单片机通过串口通信方式进行连接。其中单线串口通信方式已广泛使用。为了实现单线串口通信，需要通过接口电路进行连接。
现有的通信中的单线串口电路，采用的是单片机的通信口与传感器模块的通信口直接连接或通过增加匹配电阻连接。这些方式虽然能够实现单片机与传感器模块之间的通信连接，但由于单片机芯片与传感器模块的接口驱动能力和吸收能力存在差异。其中，驱动能力在本领域内指的是输出电流的大小，吸收能力在本领域内指的是输入电流的大小，驱动能力与吸收能力的差异指的是输出电流和输入电流的差异。驱动能力强于吸收能力，指的是输出电流≥输入电流。
当驱动能力强的接口跟吸收能力弱的接口采用直接连接后，接口端的低电平电压值就会抬高到低电平值允许范围的高端，甚至超出了低电平允许范围，若串口电路中存在干扰，就会出现数据传输错误的问题，影响了通信的稳定性，甚至无法通信。因此，必须设计一款性能稳定的接口匹配电路。
发明内容
本发明的目的是：一方面，提供性能稳定的串口通信电平匹配电路，另一方面提供应用该串口通信电平匹配电路智能控制系统。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种串口通信电平匹配电路，包括：第一电阻、第二电阻和三极管，所述第一电阻的一端连接第一单线串口，所述第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、三极管的发射极连接，所述三极管的基极分别与第二电阻的另一端、第二单线串口连接，所述三极管的集电极对地连接，所述第一单线串口的驱动能力强于第二单线串口的吸收能力。
进一步，所述三极管为PNP三极管。
进一步，所述第一电阻和第二电阻的阻值相同。
进一步，所述第一电阻和第二电阻的阻值均为100Ω。
一种智能控制系统，包括单片机、传感器模块和上述技术方案任一项所述的串口通信电平匹配电路，所述第一单线串口为单片机的串口通信接口，所述第二单线串口为传感器模块的串口通信接口。
本发明的有益效果是：一方面，解决强驱动接口连接弱吸收接口信号的电平匹配问题，实现了串口的稳定可靠通信。另一方面，通过串口通信电平匹配电路使得智能控制系统在通信时更加可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是串口通信电平匹配电路的电路连接示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1，参考图1，现在以一种智能控制系统对本申请的技术方案进行描述，该智能控制系统包括：单片机100和传感器模块300，其中，单片机100与传感器模块300之间通过串口通信电平匹配电路200连接并进行通信电平匹配。所述串口通信电平匹配电路200包括：第一电阻R1、第二电阻R2和三极管Q1，所述第一电阻R1的一端连接单片机100的串口通信接口PA6，所述第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端、三极管Q1的发射极连接，所述三极管Q1的基极分别与第二电阻R2的另一端、传感器模块300的串口通信接口data连接，所述三极管Q1的集电极对地连接。其中，三极管Q1为PNP三极管。
单片机100的串口通信接口PA6内带上拉电阻，输出驱动能力强(输出电流大)，传感器模块300的串口通信接口data的吸收能力弱(输入电流小)，单片机100的串口通信接口PA6的驱动能力强于传感器模块300的串口通信接口data的吸收能力，即单片机100的串口通信接口PA6的输出电流≥传感器模块300的串口通信接口data的输入电流。
当传感器模块300的串口通信接口data作为输出时，输出高电平时，由于单片机100的串口通信接口PA6带上拉电阻，三极管Q1的Ve(节点)与Vb(节点)电压差小于三极管Q1的饱和导通值，三极管Q1截止，单片机100的串口通信接口PA6为高电平。当传感器模块300的串口通信接口data输出为低电平时，由于单片机100的串口通信接口PA6接上拉电阻，三极管Q1的Ve>Vb(对应节点电压之间比较)，三极管Q1饱和导通，电流通过第一电阻R1和第二电阻R2将单片机100的串口通信接口PA6拉到低电平，只要传感器模块300的串口通信接口data的低电平跟单片机100的串口通信接口PA6的电平差达到三极管Q1的饱和导通电压，三极管Q1的发射极就能可靠低钳位在0.7V以下，满足通信接口低电平的允许范围内。当单片机100的串口通信接口PA6作为输出时，输出高电平时，由于传感器模块300的串口通信接口data带上拉电阻，三极管Q1的基极也是高电位，三极管Q1的Ve与Vb电压差小于三极管Q1饱和导通值，三极管Q1截止，传感器模块300的串口通信接口data为高电平输入。当单片机100的串口通信接口PA6为低电平时，由于传感器模块300的串口通信接口data接上拉电阻，三极管Q1的Ve<Vb(对应节点电压之间比较)，三极管Q1截止，电流通过第一电阻R1和第二电阻R2将传感器模块300的串口通信接口data拉到低电平，因单片机100的串口通信接口PA6吸收电流强，只要适当调节第一电阻R1和第二电阻R2的值就可将传感器模块300的串口通信接口data电平拉低到允许值范围。
本申请以最小的空间和最少的元器件将串口电平稳定在可靠范围内，有效地抑制串口干扰信号及解决强驱动接口连接弱吸收接口信号的电平匹配问题，实现了串口的稳定可靠通信。
作为优化，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相同，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值均为100Ω。通过测试，对于常见的单片机100，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值为100Ω时，串口通信电平匹配电路200更加稳定，以至于智能控制系统也更加稳定。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种智能控制系统，包括单片机和传感器模块，其特征在于，还包括：串口通信电平匹配电路；
所述串口通信电平匹配电路包括第一电阻、第二电阻和三极管；
所述第一电阻的一端连接第一单线串口，所述第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、三极管的发射极连接，所述三极管的基极分别与第二电阻的另一端、第二单线串口连接，所述三极管的集电极对地连接，所述第一单线串口的驱动能力强于第二单线串口的吸收能力；
所述第一单线串口为单片机的串口通信接口，所述第二单线串口为传感器模块的串口通信接口；
当所述第二单线串口作为输出，且输出高电平时，所述第一单线串口接上拉电阻，所述三极管的发射极电压与基极电压的电压差小于三极管的饱和导通值，三极管截止，所述第一单线串口为高电平；
当所述第二单线串口作为输出，且输出为低电平时，所述第一单线串口接上拉电阻，所述三极管的发射极电压大于基极电压，所述三极管饱和导通，电流通过所述第一电阻和第二电阻将第一单线串口拉到低电平；
当所述第一单线串口作为输出，且输出高电平时，所述第二单线串口带上拉电阻，所述三极管的基极为高电位，所述三极管的发射极电压与基极电压的电压差小于三极管饱和导通值，三极管截止，所述第二单线串口为高电平输入；
当所述第一单线串口作为输出，且输出低电平时，所述第二单线串口接上拉电阻，所述三极管的发射极电压小于基极电压，所述三极管截止，电流通过所述第一电阻和第二电阻将第二单线串口拉到低电平；其中，调节所述第一电阻的阻值和第二电阻的阻值以将第二单线串口的电平拉低。
2.根据权利要求1所述的一种串口通信电平匹配电路，其特征在于，所述三极管为PNP三极管。
3.根据权利要求2所述的一种智能控制系统，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻的阻值相同。
4.根据权利要求3所述的一种智能控制系统，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻的阻值均为100Ω。
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