CN111182722A

CN111182722A - 一种模块化拼接的mcu应用电路板

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Publication number: CN111182722A
Application number: CN202010120938.2A
Authority: CN
Inventors: 王致刚; 王致强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: CN111182722B; WO2021169694A1

Abstract

本发明提供了一种模块化拼接的MCU应用电路板，包括相互独立的主控模板、至少一个功能模板；主控模板、功能模板均包括电源总线和串行通信总线；各模板的电源总线之间通过电源总线端子串联成连续的电源总线，实现电源供应；各模板的串行通信总线之间通过通信总线端子串联成连续的串行通信总线，实现主控模板控制信号发送；主控模板包括MCU模块以对信号进行分析处理；功能模板包括第一电气转换模块和用于连接待控制的电器设备的第一设备接口，以实现串行通信总线信号与设备接口信号的转换。该MCU应用电路板的通用性好，有利于降低成本。

Description

一种模块化拼接的MCU应用电路板

技术领域

本发明涉及显电子通信技术领域，特别涉及一种模块化拼接的MCU应用电路板。

背景技术

目前，一些电器设备的电路板是包括主电路板和一些具有特定控制或数据处理功能的功能性电路板的，其中主电路板用于实现电器设备的基本功能，功能性电路板用于实现一些扩展功能，例如，具有物联功能的电器，通过在主电路板上连接具有无线通信功能的电路板，从而实现无线通信。

目前，很多电器设备生产厂家是通过外包形式把功能性电路板的设计生产外包给专门的电路设计生产厂家。一般地，功能性电路板是针对每一种产品一对一地专门设计的，而实际上，不同种电器、同种但不同信号的电器、同种但不同品牌的电器，其主电路板的与功能性电路板之间的之间的接口信号和芯片电源要求常常不同，因此一般的功能性电路板不具有通用性。例如，对于实现无线通信功能的电路板（以下称为无线通信板），目前与无线通信板相关的芯片所需要的电源主要包括：3.3VDC、5VDC、12VDC等；接口信号包括：基于3.3VDC、5VDC、15VDC等电流容量的开关量信号，基于4-20mA、1-5VDC、0-5VDC、PMW（Pulse-Width Modulation）等模拟量信号，以及各种特殊规格的信号；每一种信号都需要专门的电路进行处理；因此需要根据电器设备与无线通信板之间的接口信号和芯片电源要求设计专门的无线通信板，通用性差。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种模块化拼接的MCU应用电路板，其通用性好。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种模块化拼接的MCU应用电路板，包括：独立的主控模板以及至少一个独立的功能模板；

所述主控模板包括一用于驱动控制串行通信总线的MCU模块；一将所述MCU模块支持的串行通信线转换为串行通信总线的总线转换模块；一为主控模板上各模块提供电源的电源总线,所述主控模板上设置有一对分别与其他模板连接的电源总线端子；一串行通信总线以及至少一个与各模板连接的通信总线端子；

所述功能模板包括一将MCU模块发出的串行信号转换为标准控制电信号的第一电气转换模块；一为功能模板上各模块提供电源的电源总线；一与第一电气转换模块连接的串行通信总线以及一与第一电气转换模块连接的第一设备接口，所述第一设备接口用于连接待控制的电器设备；所述功能模板上设置有一对分别与各模板连接的电源总线端子，以及一对与各模板连接的通信总线端子；

各模板的电源总线之间通过电源总线端子串联成连续的电源总线，实现电源供应；各模板的串行通信总线之间通过通信总线端子串联成连续的串行通信总线，实现主控模板控制信号发送。

进一步的，所述模块化拼接的MCU应用电路板，还包括独立的电源模板；

所述电源模板包括输出至少一种规格的电压值的电源回路和一电源总线，所述电源总线包括至少一路输出回路；所述电源总线与电源回路电连接，所述电源模板上设置有至少一个与各模板连接的电源总线端子。

在一些实施方式中，所述的模块化拼接的MCU应用电路板，其特征在于, 还包括至少一个接口模板；所述接口模板包括:

一将功能模板处理后的基本电气接口信号转换为非标准控制电信号的第二电气转换模块；

一为接口模板各模块提供电源的电源总线,所述接口模板上设置有与各模板连接的电源总线端子；

与第二电气转换模块连接的第一转接端口;

与第二电气转换模块通信连接的第二设备接口；

所述第二设备接口用于连接待控制的电器设备；所述功能模板上还设置有与第一电气转换模块连接的第二转接端口，所述第一转接端口用于与第二转接端口通信连接。

在一些实施方式中，至少一个功能模块连接有接口模板；

在另一些实施方式中，每个功能模板对应连接有一个接口模板。

其中, 所有模板固定设置在一个基板上，各模板的电源总线端子之间通过排线连接，各模板的通信总线端子之间通过排线连接，组成一个整板；

或者所述电源总线端子、通信总线端子固定设置在相应的模板上，各模板之间通过对应的端子直接对插拼接成一块整板。

当没有设置接口模块时,所述电源模板、主控模板和功能模板依次连接，当功能模板为多个时，各功能模板依次连接。

当设置有接口模块时, 所述电源模板、主控模板、功能模板和接口模块依次连接，当功能模板为多个时，对应的功能模板与接口模块形成一组整体电路后依次连接。

在一些实施方式中，当没有设置接口模块时,所述电源模板上设置有一对电源总线端子；所述主控模板上设置有一对通信总线端子；电源模板上还设置有一对与其他模板连接的通信总线端子，在一对端子间有串行通信总线；所述各模板之间任意组合连接。

在一些实施方式中，当设置有接口模块时, 所述电源模板上设置有一对电源总线端子；所述主控模板上设置有一对通信总线端子；电源模板上还设置有一对与其他模板连接的通信总线端子，在一对端子间有串行通信总线；所述接口模板上还设置有一对与其他模板连接的通信总线端子，在一对端子间有串行通信总线；所述各模板之间任意组合连接。

有益效果：

本发明提供的一种模块化拼接的MCU应用电路板，通过电源总线统一向主控模板和功能模板供电，主控模板通过串行通信总线统一向各功能模板发送下行信号和接收上行信号，上、下行信号通过功能模板的转换后可实现与电器设备的通信连接；由于各模板之间独立的并通过端子连接，因此是可分离的，可根据电器设备具体的接口数量和接口信号类型选用对应的功能模板、主控模板连接起来，即可成为对应的功能性电路板，通用性好，有利于降低成本。

附图说明

图1为本发明提供的一种模块化拼接的MCU应用电路板的原理图。

图2为本发明提供的模块化拼接的MCU应用电路板中，第一种电源模板的结构示意图。

图3为本发明提供的模块化拼接的MCU应用电路板中，第二种电源模板的结构示意图。

图4为本发明提供的模块化拼接的MCU应用电路板中，主控模板的结构示意图。

图5为本发明提供的模块化拼接的MCU应用电路板中，第一种功能模板的结构示意图。

图6为本发明提供的模块化拼接的MCU应用电路板中，第二种功能模板的结构示意图。

图7为本发明提供的模块化拼接的MCU应用电路板中，第一种接口模板的结构示意图。

图8为本发明提供的模块化拼接的MCU应用电路板中，第二种接口模板的结构示意图。

图9为本发明提供的一种模块化拼接的MCU应用电路板的结构示意图。

图10为本发明提供的一种示例性的模块化拼接的MCU应用电路板的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

一种模块化拼接的MCU应用电路板，本发明通过将MCU应用电路板中个各个电路模块拆分为独立的标准的模板，根据功能拆分为：电源模板（也就是电源电路板）、主控模板（也就是主控电路板）和功能模板（也就是功能电路板），各模板之间通过插接端子拼接为一个完整的应用电路板或通过设置在一个基板上，各模块之间通过排线连接拼接为一个完整的应用电路板。各种模板都有多种不同的规格型号，互相之间根据需求灵活组合成用户所需的MCU应用电路板。例如：电源模板备选有A、B和C三种型号，主控模板备选有X、Y和Z三种型号，功能模板备选有a、b、c、d和e五种型号。根据用户需求应用电路板可以组合成A+X+b型；也可以组合为A+X+b+c型，带有两种功能模板的应用电路板；也可以组合成B+Y+a+d+e型的应用电路板；也可采用外部设备直接供电，如X+a型。在特殊情况下有的功能模板需要配合接口模板一起使用，本发明还提供独立的接口模板（也就是接口电路板），接口电路也设置有多种型号与功能模板组合使用。采用该方式应用电路方案工厂就需要备选有限的几种标准模板就可适配很多种不同需求的用户。这样不仅节省开发时间，提高了适用性，而且降低生产物料成本。

实施例一

本实施例提供的模块化拼接的MCU应用电路板是采用电源模板200供电的；

该模块化拼接的MCU应用电路板包括：独立的电源模板200、独立的主控模板300以及至少一个独立的功能模板400。

如图2、3所示，电源模板200包括输出至少一种规格（可以但不限于是3.3VDC、5VDC、12VDC、15 VDC等）的电压值的电源回路201和一电源总线203，该电源总线203包括至少一路输出回路；该电源总线203与电源回路201电连接，电源模板上设置有至少一个与各模板连接的电源总线端子205。

如图4所示，主控模板300包括一用于驱动控制串行通信总线的MCU模块301；一将MCU模块支持的串行通信线转换为串行通信总线的总线转换模块302（即该总线转换模块302用于实现MCU模块输入/输出信号与串行通信总线信号的转换）；一为主控模板300上各模块提供电源的电源总线303,主控模板上设置有一对分别与其他模板连接的电源总线端子305；一串行通信总线304以及至少一个与各模板连接的通信总线端子306。

如图5、6所示，功能模板400包括一将MCU模块发出的串行信号转换为标准控制电信号的第一电气转换模块401；一为功能模板上各模块提供电源的电源总线403；一与第一电气转换模块401连接的串行通信总线402以及一与第一电气转换模块401连接的第一设备接口404，第一设备接口404用于连接待控制的电器设备；功能模板400上设置有一对分别与各模板连接的电源总线端子405，以及一对与各模板连接的通信总线端子406。其中，标准控制电信号为常用的控制电信号，主要包括数字量信号（干节点，低电压节点）、模拟量信号（4-20mA，0-5Vdc，0-10Vdc等）等低功率控制信号。

各模板的电源总线之间通过电源总线端子串联成连续的电源总线101（如图1所示），实现电源供应；各模板的串行通信总线之间通过通信总线端子串联成连续的串行通信总线102（如图1所示），实现主控模板控制信号发送。

工作时，由电源模板200通过电源总线101统一向主控模板300和功能模板400供电，主控模板300通过串行通信总线102统一向各功能模板400发送下行信号（如控制信号）和接收上行信号（如电器设备的状态信号），功能模板400起通信信号转换的作用，把串行通信总线信号（即串行通信总线102中传输的信号）和第一设备接口信号（即第一设备接口404与电器设备之间的信号）相互转换，信号通过功能模板400的转换后可实现与电器设备的通信连接；由于各模板之间是通过端子连接的，因此是可分离的，可根据电器设备具体的接口数量和接口信号类型选用对应的功能模板、主控模板、电源模板连接起来，即可成为对应的功能性电路板，通用性好，有利于降低成本（包括设计开发成本和生产成本）。

作为常识，本领域技术人员应该知道，电源模板200是还包括与电源回路201电连接的外部供电电源接口202的，该外部供电电源接口202通过与外部电源连接以向电源回路201提供电源；功能模板400中，第一电气转换模块401是通过接口407与串行通信总线402连接的。

需要说明的是，各模板的电源总线的规格是相同的，各模板的串行通信总线的规格也是相同的。

在一些实施方式中，电源总线中对应电源模板200输出的每一规格的电压各设置一组电线，其中每一组电线包括地线和供电线，每一组电线构成一路输出回路，用于输出对应电压的电源；

在另一些实施方式中，电源总线中包括一根公共地线和对应每一规格电压分别设置的供电线，每根供电线与公共地线构成一路输出回路，用于输出对应电压的电源；当各模板的工作电压相同时，电源模板200只需输出一种规格的电源电压，此时，电源总线可只有一路输出回路。

串行通信总线可以但不限于是一根线、I2C总线、SPI总线等。

主控模板300中的MCU模块301可根据实际需要选取现有技术中的具体型号, 例如，当电器设备需要使用该模块化拼接的MCU应用电路板来实现物联功能，则MCU模块301为具有无线通信功能的MCU模块（如ESP8266模块，可实现WIFI连接）。

实际上，从功能模板400的第一设备接口404输出的信号通常为弱电信号，且限于功能模板400的尺寸，第一设备接口404的尺寸通常较小，当电器设备接口信号为强电信号或功能模板400不支持的其他信号，或电器设备的接口尺寸较大时，需要加装相应的接口模板500以实现转接，从而进一步提高通用性。

因此，在一些实施方式中，该模块化拼接的MCU应用电路板，还包括至少一个接口模板500；见图7、8，接口模板500包括:

一将功能模板400处理后的基本电气接口信号转换为非标准控制电信号的第二电气转换模块501；其中，非标准控制电信号为需要专门电路处理的信号，通常为一些高功率信号；

一为接口模板各模块提供电源的电源总线502,接口模板上设置有与各模板连接的电源总线端子505；

与第二电气转换模块501连接的第一转接端口504;

与第二电气转换模块501通信连接的第二设备接口503；

第二设备接口503用于连接待控制的电器设备；功能模板400上还设置有与第一电气转换模块401连接的第二转接端口408（如图6所示），第一转接端口504用于与第二转接端口408通信连接（一般地，第一转接端口504与第二转接端口408之间连接通信线以实现连接）。

接口模板500的数量可根据实际需要设置；

例如，在一些实施方式中，至少一个功能模块400连接有接口模板500（此处的连接是指通信连接，即第一转接端口504与对应第二转接端口408之间的连接）；

又例如，在另一些实施方式中，每个功能模板400对应连接有一个接口模板500（此处的连接是指通信连接，即第一转接端口504与对应第二转接端口408之间的连接）。

其中，各模板之间可以但不限于通过以下方式1或2拼接为一个完整的应用电路板：

1. 所有模板固定设置在一个基板100上，各模板的电源总线端子之间通过排线连接，各模板的通信总线端子之间通过排线连接，组成一个整板；如图1所示的情况，采用这种结构时，各模板在基板100上的位置设置比较自由灵活，只需要保证相应端子之间的连接排线长度足够即可。

2.电源总线端子、通信总线端子固定设置在相应的模板上，各模板之间通过对应的端子直接对插拼接成一块整板；如图9、10所示的情况，此时，同一对端子中，一个为公端子，另一个为母端子，以保证相邻模板之间能够对接；通过端子直接对插拼接成一块整板，结构紧凑，占用空间较小。

对于采用方式2拼接成一块整板的情况，由于采用端子直接对插，为保证各串行通信总线和电源总线连续串联而不中断，对各模板之间的对插连接顺序是有要求的。

例如，当没有设置接口模块500时：

A.若电源模板200上设置有一个或一对电源总线端子205，主控模板300上设置有一个通信总线端子306（此时，主控模板300的串行通信总线304一端与通信总线端子306连接，另一端与总线转换模块302连接）；此时，电源模板200、主控模板300和功能模板400需依次连接；当功能模板400为多个时，为了保证各串行通信总线连续串联而不中断，各功能模板400需依次连接。

B.若电源模板200上设置有一对电源总线端子205；主控模板300上设置有一对通信总线端子306；电源模板200上还设置有一对与其他模板连接的通信总线端子206，在一对端子间有串行通信总线204（如图3）；各模板之间可以以任意顺序组合连接；均能保证所有电源总线连续串联不中断、所有串行通信总线连续串联不中断；

如，电源模板200和主控模板300先连接形成一组整体电路后，一端或两端再与功能模板400依次连接；或者至少一个功能模板400连接在电源模板200和主控模板300之间。

又例如，当设置有接口模块500时：

C.若电源模板200上设置有一个或一对电源总线端子205，主控模板300上设置有一个通信总线端子306；接口模块500不设置串行通信总线507（如图7）；此时，电源模板200、主控模板300、功能模板400和接口模块500依次连接；当功能模板400为多个时，功能模板400之间需依次连接成为第一组整体电路，接口模块500之间需依次连接成为第二组整体电路，电源模板200、主控模板300、第一组整体电路、第二组整体电路依次连接，以保证所有串行通信总线连续串联不中断。

D. 若电源模板200上设置有一个或一对电源总线端子205，主控模板300上设置有一个通信总线端子306；接口模块500还设置有一对与其他模板连接的通信总线端子506，在一对端子间有串行通信总线设置有串行通信总线507（如图8）；此时，电源模板200、主控模板300、功能模板400和接口模块500依次连接；当功能模板400为多个时，功能模板400可与接口模块500以任意顺序组合连接形成第一整体电路（优选情况是，对应的功能模板400与接口模块500对接形成一组第二整体电路后，各组第二整体电路依次连接形成第一整体电路），电源模板200、主控模板300、第一整体电路依次连接，以保证所有串行通信总线连续串联不中断。

E. 若电源模板200上设置有一个或一对电源总线端子205，主控模板300上设置有一对通信总线端子306；接口模块500不设置串行通信总线507（如图7）；此时，电源模板200、主控模板300、功能模板400和接口模块500依次连接，且主控模板300和功能模板400之间位置对换；当功能模板400为多个时，主控模板300与功能模板400之间可以以任意顺序组合连接形成第一整体电路，接口模块500之间需依次连接成为第二组整体电路，电源模板200、第一组整体电路、第二组整体电路依次连接，以保证所有串行通信总线连续串联不中断。

F.若电源模板200上设置有一对电源总线端子205，主控模板300上设置有一对通信总线端子306；电源模板200上还设置有一对与其他模板连接的通信总线端子206，在一对端子间有串行通信总线204（如图3）；接口模板500上还设置有一对与其他模板连接的通信总线端子506，在一对端子间有串行通信总线507（如图8）；则各模板之间任意组合连接，均能保证各串行通信总线和电源总线连续串联而不中断；

如，功能模板400依次连接形成第一组整体电路，接口模板500依次连接形成第二组整体电路，电源模板200、主控模板300、第一组整体电路、第二组整体电路依次连接，且三者之间的顺序任意组合；

或对应的功能模板400与接口模块500对接形成一组第二整体电路后，各组第二整体电路依次连接形成第一整体电路，电源模板200、主控模板300、第一整体电路依次连接，且三者之间的顺序任意组合；

但不限于此。

以下通过具体例子进一步说明：

如图10所示的模块化拼接的MCU应用电路板，包括电源模板200、主控模板300、功能模板400和接口模块500；其中功能模板400和接口模块500各设置有一个。

其中，电源模板200上设置有一对电源总线端子205，主控模板300上设置有一对通信总线端子306；电源模板200上设置有一对与其他模板连接的通信总线端子206，在一对端子间有串行通信总线204（如图3）；接口模板500上设置有一对与其他模板连接的通信总线端子506，在一对端子间有串行通信总线507。

电源总线端子、通信总线端子固定设置在相应的模板上，各模板之间通过对应的端子直接对插拼接成一块整板；且电源模板200、主控模板300、功能模板400和接口模块500依次连接。

实施例二

本实施例提供的模块化拼接的MCU应用电路板与实施例一的区别在于不设置电源模板200；而是通过外部设备直接供电，该外部设备通过端子与电源总线连接，并向电源总线提供所需规格的电压值的电源。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本发明实质上相同。

Claims

1.一种模块化拼接的MCU应用电路板，其特征在于，包括：独立的主控模板以及至少一个独立的功能模板；

2.根据权利要求1所述的模块化拼接的MCU应用电路板，其特征在于,还包括独立的电源模板；

3.根据权利要求2所述的模块化拼接的MCU应用电路板，其特征在于, 还包括至少一个接口模板；所述接口模板包括:

与第二电气转换模块连接的第一转接端口;

与第二电气转换模块通信连接的第二设备接口；

4.根据权利要求3所述的模块化拼接的MCU应用电路板，其特征在于,至少一个功能模块连接有接口模板。

5.根据权利要求3所述的模块化拼接的MCU应用电路板，其特征在于,每个功能模板对应连接有一个接口模板。

6.根据权利要求2或3所述的模块化拼接的MCU应用电路板，其特征在于, 所有模板固定设置在一个基板上，各模板的电源总线端子之间通过排线连接，各模板的通信总线端子之间通过排线连接，组成一个整板。

7.根据权利要求2或3所述的模块化拼接的MCU应用电路板，其特征在于, 所述电源总线端子、通信总线端子固定设置在相应的模板上，各模板之间通过对应的端子直接对插拼接成一块整板。

8.根据权利要求2所述的模块化拼接的MCU应用电路板，其特征在于,所述电源模板、主控模板和功能模板依次连接，当功能模板为多个时，各功能模板依次连接。

9.根据权利要求3所述的模块化拼接的MCU应用电路板，其特征在于, 所述电源模板、主控模板、功能模板和接口模块依次连接，当功能模板为多个时，对应的功能模板与接口模块形成一组整体电路后依次连接。

10.根据权利要求2所述的模块化拼接的MCU应用电路板，其特征在于,所述电源模板上设置有一对电源总线端子；所述主控模板上设置有一对通信总线端子；电源模板上还设置有一对与其他模板连接的通信总线端子，在一对端子间有串行通信总线；所述各模板之间任意组合连接。

11.根据权利要求3所述的模块化拼接的MCU应用电路板，其特征在于, 所述电源模板上设置有一对电源总线端子；所述主控模板上设置有一对通信总线端子；电源模板上还设置有一对与其他模板连接的通信总线端子，在一对端子间有串行通信总线；所述接口模板上还设置有一对与其他模板连接的通信总线端子，在一对端子间有串行通信总线；所述各模板之间任意组合连接。