CN111427824A - 串口通信电路 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种串口通信电路，所述电路包括至少两个MCU、二极管和上拉电阻，其中：第一MCU的输出端与对应二极管的负极连接，所述对应二极管的正极连接有上拉电阻，所述对应二极管的正极和所述上拉电阻之间并联有其它MCU的输入端。与现有技术相比，本发明的串口通信电路，通过简单的电阻和二极管的特定组合形式即可实现MCU之间的正常通信，不需要收发器结构，且兼容级联型和总线型等常见的串口通信拓扑形式，支持串口通过UART、CAN、LIN等方式进行通信，电路简单、器件减少，有利于减小PCB板面积，同时由于不存在收发器，因此可以在改变电路的情况下实现不同通信速率的灵活调整，提升串口通信电路的应用灵活性。

Description

串口通信电路
技术领域
本发明涉及数据通信领域，尤其涉及一种串口通信电路。
背景技术
在MCU(Microcontroller Unit，微控制单元，包含ARM、DSP、FPGA等)通信电路中，串口通信因简单、易实现得到了广泛应用。串口通信系统的电路中，一般要在MCU串口外围增加专用的串口收发器实现电平转换，在不同供电系统中，还需另外增加数字隔离器实现电平匹配，才能实现通信。
但是，在每个MCU串口外围增加一个收发器，不但增加了成本，并且收发器电路还会占用PCB板面积，不利于整个电路设计的小型化。另外，串口通信可以通过软件灵活定义通信速率，可以实现较高的通信速率，而不同类型的收发器芯片均按照各自的标准协议设计通信速率，通信速率远低于MCU支持的最高通信速率，因此现有的通信系统在串口通信应用中的灵活性受到收发器通信速率的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种串口通信电路。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种串口通信电路，所述电路包括至少两个MCU、二极管和上拉电阻，其中：
第一MCU的输出端与对应二极管的负极连接，所述对应二极管的正极连接有上拉电阻，所述对应二极管的正极和所述上拉电阻之间并联有其它MCU的输入端，所述对应二极管在第一MCU的输出端处于高电平时截止，用于隔离所述输出端的高电平；所述对应二极管在第一MCU的输出端处于低电平时导通，用于将所述MCU的低电平传递给其它MCU的输入端。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述对应二极管的正极和所述上拉电阻之间还并联有所述第一MCU的输入端，用于在所述对应二极管处于导通状态时，将第一MCU的输出端的低电平传递给第一MCU的输入端。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述MCU的组网方式为级联型，相邻的两个MCU的连接结构为：
两个MCU的输出端都与对应二极管的负极直接连接，所述两个对应二极管的正极与两个MCU的输入端以及上拉电阻直接并联，每个对应二极管在截止时用于隔离与其对应的MCU的输出端的高电平，在导通时用于将对应的MCU的输出端的低电平传递给两个MCU的输入端。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述MCU的组网方式为级联型，相邻的两个MCU的连接结构为：
两个MCU的输出端直接连接对应二极管的负极，两个对应二极管的正极与对应上拉电阻以及另一个MCU的输入端直接并联，两个对应二极管的正极之间通过电路开关串联，所述电路开关在断开时，两个对应二极管能够分别将对应的MCU的输出端的低电平传递给另一个MCU的输入端；在所述电路开关闭合时，两个对应二极管能够分别将对应的MCU的输出端的低电平传递给两个MCU的输入端。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述MCU通过总线型组网方式进行连接，所述连接的结构为：
每个MCU的输出端直接连接对应二极管的负极，所有对应二极管的正极与所述上拉电阻、以及所有MCU的输入端直接并联，每个对应二极管在截止时用于隔离与其对应的MCU的输出端的高电平，在导通时用于将对应的MCU的输出端的低电平传递给所有MCU的输入端。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述电路包括一个主MCU和多个从MCU，所述主MCU的输出端直接与其它从MCU的输入端并联，每个从MCU的输出端与对应二极管的负极直接连接，所有对应二极管的正极与上拉电阻以及主MCU的输入端直接并联，每个对应二极管在截止时用于隔离与其对应的从MCU的输出端的高电平，在导通时用于将对应的从MCU的输出端的低电平传递给主MCU的输入端。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述电路包括一个主MCU和多个从MCU，所述主MCU的输出端通过电路开关S1与所有从MCU的输入端并联；
所述主MCU的输出端通过电路开关S2与主二极管的负极串联，所有从MCU的输出端与对应二极管的负极直接连接，所述主二极管的正极、所有对应二极管的正极、所述主MCU的输入端与上拉电阻直接并联；
所有从MCU的输入端通过电路开关S3与所述上拉电阻并联；
在所述S1闭合且S2和S3断开时，每个从MCU的对应二极管在截止时用于隔离与其对应的从MCU的输出端的高电平，在导通时用于将对应的从MCU的输出端的低电平传递给主MCU的输入端；
在所述S1断开且S2和S3闭合时，每个对应二极管在截止时用于隔离与其对应的MCU的输出端的高电平，在导通时用于将对应的MCU的输出端的低电平传递给所有MCU的输入端。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述对应二极管为肖特基二极管。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述上拉电阻连接的电源与所述MCU的电源相同。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述MCU的输入端和输出端是通过数字隔离器转换后的输入端与输出端。
与现有技术相比，本发明的串口通信电路，通过简单的电阻和二极管的特定组合形式即可实现MCU之间的正常通信，不需要收发器结构，且兼容级联型和总线型等常见的串口通信拓扑形式，支持串口通过UART、CAN、LIN等方式进行通信，电路简单、器件减少，有利于减小PCB板面积，同时由于不存在收发器，因此可以在改变电路的情况下实现不同通信速率的灵活调整，提升串口通信电路的应用灵活性。
附图说明
图1是现有技术中级联型的串口通信电路的结构示意图。
图2是现有技术中总线型的串口通信电路的结构示意图。
图3是本发明的串口通信电路的一个实施方式的信号传递示意图。
图4是本发明的串口通信电路的一个实施方式的结构示意图。
图5是本发明的串口通信电路的另一个实施方式的结构示意图。
图6是本发明的串口通信电路的又一个实施方式的结构示意图。
图7是本发明的串口通信电路的又一个实施方式的结构示意图。
图8是本发明的串口通信电路的又一个实施方式的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
在现有的MCU之间进行通信的串口通信电路方案中，MCU的组网方式一般包括级联型和总线型，请参考图1和图2所示，两个MCU之间进行通信时，每个MCU的串口外围都需要增加一个收发器，如果两个进行通信的MCU的电平关系不一致，还需要增加数字隔离器进行转换。另外，MCU之间的通信方式也有多种，包括基于UART(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发传输器)的通信方式和基于CAN(Controller AreaNetwork，控制器局域网络)或LIN(Local Interconnect Network，局域互连网络)的通信方式。当使用基于CAN或LIN的通信方式时，按照通讯标准定义，每个MCU发出的信息要进行回读(即输出端发出信息后，还需要将信息发送到本MCU的输入端，后续称这个方式为具有回传功能的通信方式)。
由于MCU之间进行通信可以不用电平转换，但是若要直接取消收发器，只有在级联型组网、且使用基于UART的通信方式时才行。其它情况下如果直接取消收发器，会导致不同MCU的输出端直接连接，由于不同MCU的输出端信号可能不一致(比如一个输出端为高电平，另一个输出端为低电平)，从而可能烧坏MCU的输出管脚。
如图3至图8所示，为了取消收发器同时保护MCU的管脚不被烧坏，本发明提供了一种串口通信电路，所述电路包括复数个MCU，其中第一MCU的输出端与对应二极管的负极连接，所述对应二极管的正极连接有上拉电阻，所述对应二极管的正极和所述上拉电阻之间并联有其它MCU的输入端。所述二极管用于阻隔所述第一MCU的输出端与其它MCU的输出端实现逻辑与门。所述上拉电阻用于在MCU的输出端处于阻隔状态时(即MCU输出高电平，对应二极管处于截止状态)，模拟MCU的输出端电压，并将电压信号传递出去。优选所述上拉电阻连接的电源与所述MCU的电源相同。另外，所述对应二极管需要选择导通压降小的类型，可以增强电路抗干扰能力，优选使用肖特基二极管。当MCU的输出端输出低电平时，对应二极管导通，由于对应二极管的导通压降小，可以忽略不计，从而MCU输出的低电平信号传递出去。
因此，在不使用收发器且能够有效保护MCU管脚的情况下，上述方案实现了将第一MCU的输出端信号传递给其它MCU的输入端。
需要说明的是，由于每个需要被阻隔的MCU输出端都串联有一个二极管，因此称这个二极管为与所述MCU对应的对应二极管。例如图3中MCU1的对应二极管为D1，MCU2的对应二极管为D2。另外，若两个进行通信的MCU的电平关系不一致，其中一个MCU的输入端和输出端信号是通过数字隔离器转换后的输入端与输出端信号。
具体MCU之间信号传递过程可以参考图3的线路1，由于开关S处于断开状态，MCU1的输出端串联二极管D1后与上拉电阻R1和MCU2的输入端并联，在MCU1的输出端为高电平时，二极管D1截止，上拉电阻R1将电压上拉到高电平状态，并将此高电平传递给MCU2的输入端。在MCU1的输出端为低电平时，二极管D1导通，MCU1的输出低电平直接传递给MCU2的输入端。
在一个具体的实施方式中，请参考图7所示，所述串口通信电路的MCU组网方式为总线型，包括一个主MCU(MCU1)和多个从MCU(MCU2-4)，所述主MCU的输出端直接与其它从MCU的输入端并联，每个从MCU的输出端与对应二极管的负极直接连接，所有对应二极管的正极与上拉电阻R1以及主MCU的输入端直接并联。从而实现了将主MCU的输出信号传递给所有从MCU的输入端，所有从MCU的输出信号也能够传递到主MCU的输入端，且从MCU的输出端相互隔离，避免与门导致管脚烧坏。另外，为增强信号的稳定性，优选在主MCU的输出端并联上拉电阻R2。
需要说明的是，本发明中提到的两个元件的直接连接，是指这两个元件之间通过连接线直接连接，或者通过只具有连接线功能的其它元件直接连接。
为了能够支持具有回传功能的通信方式(例如基于CAN或LIN的通信方式)，在一个优选的实施方式中，所述对应二极管的正极和所述上拉电阻之间还并联有所述第一MCU的输入端。
具体MCU之间信号传递过程可以参考图3的线路2，由于开关S处于闭合状态，MCU2的输出端串联二极管D2后与上拉电阻R2和MCU1的输入端、以及MCU2的输入端并联，在MCU2的输出端为高电平时，二极管D2截止，上拉电阻R2将电压上拉到高电平状态，并将此高电平传递给MCU1和MCU2的输入端。在MCU2的输出端为低电平时，二极管D2导通，MCU2的输出低电平直接传递给MCU1和MCU2的输入端。
因此，在支持具有回传功能的通信方式的级联型组网中，相邻的两个MCU的连接结构可以参考图4，所述结构包括：每个MCU的输出端与对应二极管的负极直接连接(MCU1的输出端与D1的负极连接，MCU2的输出端与D2的负极连接)，所述两个对应二极管的正极与两个MCU的输入端以及上拉电阻R1直接并联。从而实现了将MCU1和MCU2的输出信号传递给MCU1和MCU2的输入端，且阻隔MCU1和MCU2的输出端出现逻辑与门。
在支持具有回传功能的通信方式的总线型组网中，如图6所示，每个MCU的输出端直接连接对应二极管的负极，所有对应二极管的正极与所述上拉电阻、以及所有MCU的输入端直接并联。
为了增加本发明串口通信电路的灵活性，使其能兼容具有回传功能的通信方式(例如基于CAN/LIN的通信方式)和不具有回传功能的通信方式(例如基于UART的通信方式)，在级联型组网的一个具体实施方式中，请参考图5所示，相邻的两个MCU的连接结构包括：每个MCU的输出端直接连接对应二极管的负极，每个对应二极管的正极与对应上拉电阻以及另一个MCU的输入端直接并联，两个对应二极管的正极之间通过电路开关串联。请参考图5中MCU1和MCU2的连接电路，在电路开关S1断开时，所述电路支持不具有回传功能的通信方式，MCU1和MCU2之间可以相互传递信号。在电路开关S1闭合时，所述电路支持具有回传功能的通信方式，MCU1和MCU2在向对方传递信号的同时，能够将输出信号回传给自己。
需要说明的是，本发明中的电路开关，不仅仅是指电路元件中的电路开关，还包括具有电路开关功能(通断功能)的其它结构。比如可以使用跳线或选焊的方式作为电路开关，即连接跳线或者焊接一个小电阻(电阻值可以忽略)作为电路开关的闭合状态(或称导通状态)，去掉跳线或者小电阻作为电路开关的断开状态。另外，本发明中的级联型组网中，相邻的两个MCU是指在级联上相邻，比如图5中MCU1和MCU2相邻，MCU2和MCU3相邻。
在具有兼容性的总线型组网的串口通信电路的一个具体实施方式中，请参考图8所示，所述电路包括一个主MCU(MCU1)和多个从MCU(MCU2-4)，所述主MCU的输出端通过电路开关S1与所有从MCU的输入端并联。所述主MCU的输出端通过电路开关S2与主二极管(D1)的负极串联，所有从MCU的输出端与对应二极管(MCU2-4的对应二极管分别为D2-4)的负极直接连接，所述主二极管(D1)的正极、所有对应二极管(D2-4)的正极、所述主MCU的输入端与上拉电阻R1直接并联。所有从MCU的输入端通过电路开关S3与所述上拉电阻R1并联。
在S1闭合且S2和S3断开时，所述电路支持不具有回传功能的通信方式，主MCU可以与从MCU进行通信。在S1断开且S2和S3闭合时，所述电路支持具有回传功能的通信方式，各个MCU在相互传递信号的同时，能够将输出信号回传给自己。
综上所述，本发明的串口通信电路，通过简单的电阻和二极管的特定组合形式即可实现MCU之间的正常通信，不需要收发器结构，且兼容级联型和总线型等常见的串口通信拓扑形式，支持串口通过UART、CAN、LIN等方式进行通信，电路简单、器件减少，有利于减小PCB板面积，同时由于不存在收发器，因此可以在改变电路的情况下实现不同通信速率的灵活调整，提升串口通信电路的应用灵活性。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串口通信电路，其特征在于，所述电路包括至少两个MCU、二极管和上拉电阻，其中：
第一MCU的输出端与对应二极管的负极连接，所述对应二极管的正极连接有上拉电阻，所述对应二极管的正极和所述上拉电阻之间并联有其它MCU的输入端，所述对应二极管在第一MCU的输出端处于高电平时截止，用于隔离所述输出端的高电平；所述对应二极管在第一MCU的输出端处于低电平时导通，用于将所述MCU的低电平传递给其它MCU的输入端。
2.根据权利要求1所述的串口通信电路，其特征在于：
所述对应二极管的正极和所述上拉电阻之间还并联有所述第一MCU的输入端，用于在所述对应二极管处于导通状态时，将第一MCU的输出端的低电平传递给第一MCU的输入端。
3.根据权利要求2所述的串口通信电路，其特征在于，所述MCU的组网方式为级联型，相邻的两个MCU的连接结构为：
两个MCU的输出端都与对应二极管的负极直接连接，所述两个对应二极管的正极与两个MCU的输入端以及上拉电阻直接并联，每个对应二极管在截止时用于隔离与其对应的MCU的输出端的高电平，在导通时用于将对应的MCU的输出端的低电平传递给两个MCU的输入端。
4.根据权利要求2所述的串口通信电路，其特征在于，所述MCU的组网方式为级联型，相邻的两个MCU的连接结构为：
两个MCU的输出端直接连接对应二极管的负极，两个对应二极管的正极与对应上拉电阻以及另一个MCU的输入端直接并联，两个对应二极管的正极之间通过电路开关串联，所述电路开关在断开时，两个对应二极管能够分别将对应的MCU的输出端的低电平传递给另一个MCU的输入端；在所述电路开关闭合时，两个对应二极管能够分别将对应的MCU的输出端的低电平传递给两个MCU的输入端。
5.根据权利要求2所述的串口通信电路，其特征在于，所述MCU通过总线型组网方式进行连接，所述连接的结构为：
每个MCU的输出端直接连接对应二极管的负极，所有对应二极管的正极与所述上拉电阻、以及所有MCU的输入端直接并联，每个对应二极管在截止时用于隔离与其对应的MCU的输出端的高电平，在导通时用于将对应的MCU的输出端的低电平传递给所有MCU的输入端。
6.根据权利要求1所述的串口通信电路，其特征在于：
所述电路包括一个主MCU和多个从MCU，所述主MCU的输出端直接与其它从MCU的输入端并联，每个从MCU的输出端与对应二极管的负极直接连接，所有对应二极管的正极与上拉电阻以及主MCU的输入端直接并联，每个对应二极管在截止时用于隔离与其对应的从MCU的输出端的高电平，在导通时用于将对应的从MCU的输出端的低电平传递给主MCU的输入端。
7.根据权利要求2所述的串口通信电路，其特征在于：
所述电路包括一个主MCU和多个从MCU，所述主MCU的输出端通过电路开关S1与所有从MCU的输入端并联；
所述主MCU的输出端通过电路开关S2与主二极管的负极串联，所有从MCU的输出端与对应二极管的负极直接连接，所述主二极管的正极、所有对应二极管的正极、所述主MCU的输入端与上拉电阻直接并联；
所有从MCU的输入端通过电路开关S3与所述上拉电阻并联；
在所述S1闭合且S2和S3断开时，每个从MCU的对应二极管在截止时用于隔离与其对应的从MCU的输出端的高电平，在导通时用于将对应的从MCU的输出端的低电平传递给主MCU的输入端；
在所述S1断开且S2和S3闭合时，每个对应二极管在截止时用于隔离与其对应的MCU的输出端的高电平，在导通时用于将对应的MCU的输出端的低电平传递给所有MCU的输入端。
8.根据权利要求1所述的串口通信电路，其特征在于：
所述对应二极管为肖特基二极管。
9.根据权利要求1所述的串口通信电路，其特征在于：
所述上拉电阻连接的电源与所述MCU的电源相同。
10.根据权利要求1所述的串口通信电路，其特征在于：
所述MCU的输入端和输出端是通过数字隔离器转换后的输入端与输出端。
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