CN111209239A - 一种多路异步串行通信自动切换方法及其装置 - Google Patents

一种多路异步串行通信自动切换方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电子技术应用领域，具体为一种多路异步串行通信自动切换方法，包括以下步骤：将多个RS‑232通信电平转换成对应的TTL通信电平；将转换后的TTL通信电平传输给信号选择器，信号选择器由单片机控制器控制指令控制其引脚电平变化进而选择性输出所需要的TTL信号；将得到的TTL信号转换成RS‑232信号；将转换后的RS‑232信号通信传输至主设备。本发明还提供了一种多路异步串行通信自动切换装置，包括RS‑232转TTL器、信号选择器和TTL转RS‑232器。本发明实现RS‑232接口一路对多路的通信方式，有效避免了拓展CPU的外设资源，降低成本，具有通信信号稳定和传输功耗低的优点。

Description

一种多路异步串行通信自动切换方法及其装置
技术领域
本发明涉及电子技术应用领域，具体为一种多路异步串行通信自动切换方法及其装置。
背景技术
目前，异步串行通信RS-232是嵌入式系统中应用最为广泛的一种串行通信接口，其具有成本低和使用方便的优点，适合短距离通信。
由于传统RS-232接口存在仅能一对一通信的问题，无法根据用户需求进行从设备与主设备自动切换，造成在一些场景中无法适用。现有技术中部分设计人员采用拓展CPU外设，增加多路RS-232通信接口方式弥补以上缺陷，这一做法无形中增加了生产成本；也有设计人员通过转换RS-485或RS-422芯片将RS-232串口改为RS-485或RS-422串口采用总线的形式挂载多路传感器，这一做法也只是改变通信接口，没有解决RS-232无法进行一路对多路通信的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够进行通信自动切换的多路异步串行通信自动切换方法及其装置，以解决上述背景技术中提出的异步串行通信RS-232无法实现一路对多路的通信，更加无法实现通信自动切换的问题。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种多路异步串行通信自动切换方法，包括以下步骤：
S1、将多个RS-232通信电平转换成对应的TTL通信电平；
S2、将步骤S1中转换后的TTL通信电平传输给信号选择器，信号选择器由单片机控制器控制指令控制其引脚电平变化进而选择性输出所需要的TTL信号；
S3、将步骤S2中输出得到的TTL信号转换成RS-232信号；
S4、将步骤S3中转换后的RS-232信号通信传输至主设备。
本发明进一步设置为，单片机控制器采用轮询的方式控制信号选择器选择性输出所需要的TTL信号。
通过采用上述技术方案，异步串行通信RS-232能够实现主设备和外设之间一路对多路的通信方式，能够根据用户需求选择性切换外设通信，无须额外引入±15V电源，减少了CPU的外设资源，从而降低成本。
本发明进一步提供了一种多路异步串行通信自动切换装置，包括RS-232转TTL器、信号选择器和TTL转RS-232器；所述RS-232转TTL器的输出端与信号选择器的输入端相接，所述信号选择器的输出端与TTL转RS-232器的输入端相接；所述TTL转RS-232器的输出端连接至主设备。
本发明进一步设置为，所述自动切换装置还包括单片机控制器，所述单片机控制器的输出端连接至所述信号选择器的输入端。
与现有技术相比，本发明提供了一种多路异步串行通信自动切换方法及其装置，具备以下有益效果：
1、本发明实现RS-232接口一路对多路的通信方式，有效避免了拓展CPU的外设资源，降低成本。
2、由于RS-232的通信电平是±15V，而转换后的TTL的通信电平是0-3.3V，满足大部分芯片工作电压需求，因此在低频传输的条件下，本发明具有通信信号稳定和传输功耗低的优点。
附图说明
图1为本发明所提供的自动切换装置的原理图；
图2为本发明实施例中RS-232转TTL器的电路接线图；
图3为本发明实施例中信号选择器的电路接线图；
图4为本发明实施例中TTL转RS-232器的电路接线图；
图5为本发明实施例中单片机控制器的电路接线图。
图中：1、外设；2、RS-232转TTL器；3、信号选择器；4、TTL转RS-232器；5、单片机控制器；6、主设备。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
实施例：本发明提供一种技术方案：一种多路异步串行通信自动切换方法，包括以下步骤：
S1、将多个RS-232通信电平转换成对应的TTL通信电平；
S2、将步骤S1中转换后的TTL通信电平传输给信号选择器，信号选择器由单片机控制器控制指令控制其引脚电平变化进而选择性输出所需要的TTL信号；
S3、将步骤S2中输出得到的TTL信号转换成RS-232信号；
S4、将步骤S3中转换后的RS-232信号通信传输至主设备。
上述单片机控制器采用轮询的方式控制信号选择器选择性输出所需要的TTL信号。
请参阅图1-5，本发明进一步提供了一种多路异步串行通信自动切换装置，包括RS-232转TTL器2、信号选择器3、TTL转RS-232器4和单片机控制器5；RS-232转TTL器2的输出端和单片机控制器5的输出端均与信号选择器3的输入端相接，信号选择器3的输出端与TTL转RS-232器4的输入端相接；TTL转RS-232器4的输出端连接至主设备6。
其中，RS-232转TTL器2和TTL转RS-232器4的转换芯片选用MAX3232CSE芯片，信号选择器3的选择芯片选用74LS157芯片，单片机控制器5的控制芯片选用STM32F429IGT芯片；且MAX3232CSE芯片各引脚功能、74LS157芯片各引脚功能及其真值表分别见下列表1-3：
表1 MAX3232CSE芯片各个引脚的功能
引脚 标注 I/O 功能
1 C1+ - 倍压电荷泵电容的正端
2 V+ - 电荷泵产生的+5.5V接地
3 C1- - 倍压电荷泵电容的负端
4 C2+ - 反相电荷泵的正端
5 C2- - 反相电荷泵的负端
6 V- - 电荷泵产生的-5.5V，接地
7、14 T_OUT O RS-232发送端
8、13 R_IN I RS-232接收端
9、12 R_OUT O TTL发送端
10、11 T_IN I TTL接收端
15 GND - 接地端
16 Vcc - 电源端
表2 74LS157芯片各个引脚的功能
引脚 标注 I/O 功能
1 Select I 信号选择端
2、5、11、14 A I TTL电平输入端
3、6、10、13 B I TTL电平输入端
4、7、9、12 Y O TTL电平输出端
8 GND - 接地端
15 STROBE I 信号输出使能端
16 Vcc - 电源端
表3 74LS157芯片的真值表
Figure DEST_PATH_IMAGE002
请参阅图2并结合表1所示，将两块MAX3232CSE芯片接入到RS-232转TTL信号的转换电路中。MAX3232CSE芯片的GND引脚接地；Vcc引脚接+3.3V直流电源；C1+引脚和C1-引脚之间接入0.1uF的极性钽电容（U21_C1,U20_C1），作为倍压泵电容，C1+引脚接在钽电容的正极，C1-引脚接在钽电容的负极；C2+引脚和C2-引脚之间接入0.1uF的极性钽电容（U21_C1,U20_C1），作为反相电荷泵电容，C2+引脚接在钽电容的正极，C2-引脚接在钽电容的负极；V+引脚连接一个0.1uF的极性钽电容后接地；V-引脚接连一个0.1uF的极性钽电容后接地；T-OUT引脚为RS-232发送端，输出RS-232信号到传感器或外设；R_IN引脚为RS-232接收端，接收来自传感器或者外设的RS-232信号；R_OUT引脚为TTL发送端，输出转换后的TTL信号，连接到信号选择电路中的A引脚或B引脚；T_IN引脚为TTL接收端，接收TTL信号；通过该转换电路完成±15V的RS-232信号电平转0-3.3V的TTL信号电平的转换过程。
请参阅图3并结合表2和表3所示，将一块74LS157芯片接入信号选择器的电路中，74LS157芯片的GND引脚接地；Vcc引脚连接+5V直流电源；STROBE引脚接地，该引脚是使能端，低电平有效；A引脚为TTL信号输入端，连接转换电路中MAX3232CSE的T_OUT引脚；B引脚也是TTL信号输入端，连接转换电路中MAX3232CSE的T_OUT引脚；Select引脚是输出信号选择端，连接到控制电路中STM32F429IGT的PA8引脚，根据表格3显示的真值表可得，当Select引脚输入高电平，则Y引脚输出B引脚输入的TTL信号；当Select引脚输入低电平，则Y引脚输出A引脚输入的TTL信号。
请参阅图4并结合表1所示，将一块MAX3232CSE芯片接入到TTL转RS-232信号的转换电路中。MAX3232CSE芯片的GND引脚接地；Vcc引脚接+3.3V直流电源；C1+引脚和C1-引脚之间接入0.1uF的极性钽电容（U21_C1,U20_C1），作为倍压泵电容，C1+引脚接在钽电容的正极，C1-引脚接在钽电容的负极；C2+引脚和C2-引脚之间接入0.1uF的极性钽电容（U21_C1,U20_C1），作为反相电荷泵电容，C2+引脚接在钽电容的正极，C2-引脚接在钽电容的负极；V+引脚连接一个0.1uF的极性钽电容后接地；V-引脚接连一个0.1uF的极性钽电容后接地；T-OUT引脚为RS-232发送端，输出RS-232信号到主设备；R_IN引脚为RS-232接收端，接收来自主设备的RS-232信号；R_OUT引脚为TTL发送端，连接到信号选择电路中的Y引脚；T_IN引脚为TTL接收端，接收TTL信号，连接到信号选择电路中的Y引脚。
工作原理：请参阅图1所示，本发明通过MAX3232CSE芯片搭建的信号转换电路将四个外设中传感器的RS-232信号转成TTL信号，然后将转换后的TTL信号传输给通过74LS157信号二选一芯片搭建的信号转换电路，根据STM32F429IGT主控芯片控制指令，改变74LS157的Select引脚的电平，从而选择所需要输出信号，若74LS157的Select引脚为高电平，STROBE引脚为低电平，则输出B类型信号；Select引脚为低电平，STROBE引脚为低电平，则输出A类型信号。然后再次通过MAX3232CSE芯片构成的信号转换电路将TTL信号转成RS-232信号。STM32F429IGT的程序通过不断改变74LS157的Selcet引脚电平，以轮询的方式采集四个传感器的数据，这就实现了异步串行通信RS-232的一对多的通信，而且用户可以根据需求改变STM32F429IGT输出的控制指令，选择所需的传感器数据，达到了自动切换的传感器的目的。
本实用发明不仅仅避免了因为设计需求需要控制RS-232通信切换而不得不多加±15V的电源模块电路，而且还很好的解决了平流层卫星，无人机等因为RS-232的点对点通信而导致无法进行冷热备份的问题。该电路运用在平流层卫星上，经过多次长时间低温环境测试，多路RS-232一路对多路通信稳定，在低频传输上取得了很好的效果。该电路很好的解决了异步串行通信RS-232无法一路对多路通信的问题，而且能进一步根据用户需求切换从设备与主设备的通信。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种多路异步串行通信自动切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将多个RS-232通信电平转换成对应的TTL通信电平；
S2、将步骤S1中转换后的TTL通信电平传输给信号选择器，信号选择器由单片机控制器控制指令控制其引脚电平变化进而选择性输出所需要的TTL信号；
S3、将步骤S2中输出得到的TTL信号转换成RS-232信号；
S4、将步骤S3中转换后的RS-232信号通信传输至主设备。
2.根据权利要求1所述的一种多路异步串行通信自动切换方法，其特征在于，单片机控制器采用轮询的方式控制信号选择器选择性输出所需要的TTL信号。
3.一种多路异步串行通信自动切换装置，其特征在于，包括RS-232转TTL器(2)、信号选择器(3)和TTL转RS-232器(4)；所述RS-232转TTL器(2)的输出端与信号选择器(3)的输入端相接，所述信号选择器(3)的输出端与TTL转RS-232器(4)的输入端相接；所述TTL转RS-232器(4)的输出端连接至主设备(6)。
4.根据权利要求3所述的一种多路异步串行通信自动切换装置，其特征在于，还包括单片机控制器(5)，所述单片机控制器(5)的输出端连接至所述信号选择器(3)的输入端。
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WO2023202440A1 (zh) * 2022-04-22 2023-10-26 合肥市芯海电子科技有限公司 一种适用于多电平通信的io电路及其控制方法

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