CN111901008B - 单线通信设备、通信系统及单线通信方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种单线通信设备、通信系统及单线通信方法，该单线通信设备可以是一块芯片或者多块协同工作的芯片，包括数据发送模块、数据接收模块、第一电阻、驱动模块、开关模块、电流源、总线检测模块以及总线异常检测模块；驱动模块基于数据发送模块的输出控制开关模块的导通或者关断以控制通信总线的总线电压；总线检测模块基于总线电压检测通信总线的工作状态；总线异常检测模块基于总线检测模块的工作状态信号向数据发送模块和数据接收模块输出通信总线的工作状态是否为可用状态；数据发送模块在通信总线为可用状态时向通信总线发送数据；数据接收模块从通信总线上接收数据。采用本申请，可以实现数据的发送和接收，结构简单，适用性强。

Description

单线通信设备、通信系统及单线通信方法

技术领域

本申请涉及通信技术领域和芯片技术领域，尤其涉及一种单线通信设备、通信系统及单线通信方法。

背景技术

为了满足消费者对产品日益增加的需求，产品更加丰富的功能需要其中的各个功能模块（或称器件）之间进行频繁的通信，一种简单可靠的通信方案可以极大的减小设计复杂度，助力产品快速推出以抢占市场。

目前，多个器件之间的通信可采用单线通信，也可通过至少两条总线（双线或者多线）实现各器件之间的复杂通信。单线通信中主器件和从器件是固定的，单线通信系统中通常只有一个主器件，该主器件可以根据不同的需求和其它的从器件进行通信，然而从器件只能响应主器件的请求，不能实现器件之间即时的自由通信，适用性差。另外，各器件通过至少两条总线实现通信时，多条总线会占用器件上更多的引脚资源，同时还要在每个器件上设计具有主从功能的电路以确定主器件和从器件，设计复杂度高，成本高。

发明内容

本申请提供一种单线通信设备、通信系统及单线通信方法，既可以实现数据的接收也可以实现数据的发送，结构简单，适用性强。

第一方面，本申请提供了一种单线通信设备，其特征在于，单线通信设备包括数据发送模块、数据接收模块、第一电阻、驱动模块、开关模块、电流源、总线检测模块以及总线异常检测模块；

数据发送模块的输出端连接驱动模块的输入端，驱动模块的输出端连接开关模块的输入端，开关模块的输出端连接电流源的一端，电流源的另一端连接通信总线，通信总线通过第一电阻连接电源，总线检测模块的输入端连接通信总线，总线检测模块的第一输出端连接总线异常检测模块的输入端，总线检测模块的第二输出端分别连接数据发送模块和数据接收模块，总线异常检测模块的输出端分别连接数据发送模块和数据接收模块；

驱动模块用于基于数据发送模块的输出控制开关模块的导通或者关断以控制通信总线的总线电压；

总线检测模块用于基于通信总线的总线电压检测通信总线的工作状态；

总线异常检测模块用于基于总线检测模块输出的通信总线的工作状态信号向数据发送模块和数据接收模块输出通信总线的工作状态是否为可用状态；

数据发送模块用于在总线异常检测模块输出通信总线为可用状态时向通信总线发送数据；

数据接收模块用于从通信总线上接收数据。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，总线检测模块包括第一比较器和第二比较器；

第一比较器和第二比较器并联，第一比较器的同相输入端和第二比较器的同相输入端连接并作为总线检测模块的输入端，第一比较器的输出端作为总线检测模块的第二输出端，第二比较器的输出端作为总线检测模块的第一输出端，第一比较器的反相输入端接入第一基准电压，第二比较器的反相输入端接入第二基准电压；

第一比较器用于在通信总线的总线电压大于第一基准电压时输出高电平，第二比较器用于在总线电压大于第二基准电压时，向总线异常检测模块输出高电平，总线异常检测模块用于在输入为高电平时输出低电平，并确定通信总线的工作状态为可用状态；

数据发送模块用于在第一比较器持续输出高电平的持续时长大于数据通信周期时确定通信总线的工作状态为空闲状态，并在通信总线的工作状态为空闲状态时向通信总线发送数据；

数据接收模块用于在总线异常检测模块输出通信总线的工作状态为可用状态时从通信总线上接收数据，并根据数据的数据格式、地址信息以及数据信息向系统控制器发送数据；

其中，第一基准电压V1满足：VCC-R1*I0<V1<VCC；

第二基准电压V2满足：VCC-2*R1*I0<V2<VCC-R1*I0；

其中，VCC为电源的电压值，R1为第一电阻的阻值，I0为电流源输出的电流值。

可以理解，空闲状态可以为通信总线上没有数据通信时所处的工作状态。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，总线异常检测模块包括反相器，反相器的一端作为总线异常检测模块的输入端，反相器的另一端作为总线异常检测模块的输出端；

反相器用于在输入为高电平时向数据发送模块和数据接收模块输出低电平以向数据发送模块和数据接收模块输出通信总线的工作状态为可用状态。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，反相器用于在输入为低电平时向数据发送模块输出高电平以向数据发送模块输出通信总线的工作状态为不可用状态；

数据发送模块用于在通信总线的工作状态为不可用状态时，在预设时长T后，且在通信总线的总线状态为空闲状态时向通信总线发送数据，其中T为随机数。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，反相器用于在输入为低电平时向数据接收模块输出高电平以向数据接收模块输出通信总线的工作状态为不可用状态；

数据接收模块用于在通信总线的工作状态为不可用状态时丢弃从通信总线上接收到的数据。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，驱动模块包括第一场效应管和第二场效应管，第一场效应管和第二场效应管串联，第一场效应管的栅极与第二场效应管的栅极连接并作为驱动模块的输入端，第一场效应管的漏极与第二场效应管的漏极连接并作为驱动模块的输出端，第一场效应管的源极连接电源，第二场效应管的源极接地；

数据发送模块输出低电平时第一场效应管导通且第二场效应管截止，驱动模块用于在输出高电平时控制开关模块导通；

数据发送模块输出高电平时第一场效应管截止且第二场效应管导通，驱动模块用于在输出低电平时控制开关模块关断。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，开关模块包括第二电阻和第三场效应管，第二电阻并联在第三场效应管的栅极和源极的两端，第三场效应管的源极和第二电阻的一端接地，第三场效应管的栅极与第二电阻的另一端连接并作为开关模块的输入端，第三场效应管的漏极作为开关模块的输出端；

第三场效应管的栅极输入为高电平时开关模块导通，第三场效应管的栅极输入为低电平时开关模块关断。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，在开关模块导通时，总线电压的电压值V0满足以下公式：

V0=VCC-R1*I0；

其中，VCC为电源的电压值，R1为第一电阻的阻值，I0为电流源输出的电流值。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，在开关模块关断时，总线电压的电压值V0等于电源的电压值VCC。

第二方面，本申请提供了一种通信系统，通信系统包括通信总线和至少两个如上述第一方面的单线通信设备，至少两个单线通信设备耦合至通信总线；

通信系统中任一时刻至多有一个目标单线通信设备用于向通信总线发送数据，通信系统中除目标单线通信设备之外的其它单线通信设备用于从通信总线上接收数据。

第三方面，本申请提供了一种通信装置，该通信装置可以为一块芯片或者多块协同工作的芯片，该通信装置包括与该通信装置（例如，芯片）耦合的如上述第一方面的单线通信设备。应理解，这里的“耦合”是指两个部件彼此直接或者间接地结合。这种结合可以是固定的或可移动性的，这种结合可以允许电、电信号或其它类型信号在两个部件（如上述单线通信设备）之间通信。

第四方面，本申请提供了一种单线通信方法，该方法适用于上述第一方面的单线通信设备，该方法包括：

单线通信设备确定通信总线的总线电压，并基于总线电压和第一比较器的第一基准电压确定通信总线的工作状态是否为空闲状态；

单线通信设备在通信总线为空闲状态时，基于总线电压和第二基准电压确定通信总线的工作状态是否为可用状态；

单线通信设备在通信总线为可用状态时向通信总线发送数据或者从通信总线上接收数据。

结合第四方面，在一种可能的实施方式中，单线通信设备基于总线电压和第一比较器的第一基准电压确定通信总线的工作状态是否为空闲状态，包括：

单线通信设备在总线电压大于第一比较器的第一基准电压时确定第一比较器输出高电平，并确定第一比较器持续输出高电平的持续时长，第一基准电压V1满足：VCC-R1*I0<V1<VCC，其中，VCC为电源的电压值，R1为第一电阻的阻值，I0为电流源输出的电流值；

单线通信设备在持续时长大于数据通信周期时，确定通信总线的工作状态为空闲状态。

结合第四方面，在一种可能的实施方式中，单线通信设备基于总线电压和第二基准电压确定通信总线的工作状态是否为可用状态，包括：

单线通信设备在总线电压大于第二基准电压时确定通信总线的工作状态为可用状态；

单线通信设备在总线电压小于第二基准电压时确定通信总线的工作状态为不可用状态；

其中，第二基准电压V2满足：VCC-2*R1*I0<V2<VCC-R1*I0；

其中，VCC为电源的电压值，R1为第一电阻的阻值，I0为电流源输出的电流值。

结合第四方面，在一种可能的实施方式中，单线通信设备从通信总线上接收数据，包括：

在通信总线的工作状态为可用状态时，单线通信设备从通信总线上接收数据，并根据数据的数据格式、地址信息以及数据信息向系统控制器发送数据。

结合第四方面，在一种可能的实施方式中，该方法还包括：

单线通信设备在通信总线为不可用状态时，在预设时长T后，且在通信总线的工作状态为空闲状态时向通信总线发送数据，其中T为随机数；

单线通信设备在通信总线为不可用状态时丢弃从通信总线上接收到的数据。

第五方面，本申请提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在单线通信设备上运行时，使得单线通信设备执行上述第四方面提供的单线通信方法，也能实现第四方面提供的方法所具备的有益效果。

第六方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序包括程序指令，该程序指令当被处理器执行时，执行本申请中上述第四方面提供的单线通信方法。

在本申请中，总线检测模块用于基于通信总线的总线电压检测通信总线的工作状态（如是否为空闲状态），总线异常检测模块用于基于总线检测模块输出的通信总线的工作状态信号向数据发送模块和数据接收模块输出通信总线的工作状态是否为可用状态（如异常状态），从而实现了总线工作状态检测（如空闲检测和异常检测），提高了单线通信的可靠性。此外，数据发送模块用于在总线异常检测模块输出通信总线为可用状态时向通信总线发送数据，数据接收模块用于从通信总线上接收数据，既可以实现数据的接收也可以实现数据的发送，结构简单，适用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本申请中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是本申请提供的单线通信设备的一结构示意图；

图2是本申请提供的单线通信设备的另一结构示意图；

图3是本申请提供的通信系统的结构示意图；

图4是本申请提供的单线通信方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请可以应用于通信技术领域和芯片技术领域，其应用场景可以为任意两个设备（如单线通信设备）之间的通信场景或者其它通信场景，在此不作限制。

请参见图1，图1是本申请提供的单线通信设备的一结构示意图。如图1所示，单线通信设备中可以包括数据发送模块10、数据接收模块20、驱动模块30、开关模块40、总线检测模块50、总线异常检测模块60、电流源70以及第一电阻R1。可以理解，单线通信设备可以为具有单线通信功能的硬件设备，这里的单线通信功能可以指通过一条通信总线实现数据通信（如数据发送或者数据接收）的功能。为方便描述，下面将以单线通信功能进行示例说明，后面不再赘述。单线通信设备可以为包含单线通信电路的设备，该单线通信电路可以包括上述数据发送模块10、数据接收模块20、驱动模块30、开关模块40、总线检测模块50、总线异常检测模块60、电流源70以及第一电阻R1。可选的，单线通信设备可以为一块芯片，该芯片可以用于集成上述单线通信电路，或者单线通信设备还可以为多块协同工作的芯片，使得这里的多块芯片具有上述单线通信功能，具体可根据实际应用场景确定，在此不作限制。

如图1所示，数据发送模块10的输出端连接驱动模块30的输入端，驱动模块30的输出端连接开关模块40的输入端，开关模块40的输出端连接电流源70的一端，电流源70的另一端连接通信总线（如通信总线100），通信总线100通过第一电阻R1连接电源，总线检测模块50的输入端连接通信总线100，总线检测模块50的第一输出端连接总线异常检测模块60的输入端，总线检测模块50的第二输出端连接数据发送模块10和数据接收模块20，总线异常检测模块60的输出端分别连接数据发送模块10和数据接收模块20。

进一步地，为便于理解，请参见图2，图2是本申请提供的单线通信设备的另一结构示意图。如图2所示，如图1所示的单线通信设备中可以包括数据发送模块10、数据接收模块20、驱动模块30、开关模块40、总线检测模块50、总线异常检测模块60、电流源70以及第一电阻R1。

在一些可行的实施方式中，数据发送模块10与系统控制器连接，数据发送模块10用于在通信总线100为可用状态时向通信总线100发送数据。本申请可以将通信总线100处于空闲且未被其它单线通信设备抢占时的状态统称为可用状态。通信总线100中没有数据通信且只有该数据发送模块10向通信总线100发送数据时，通信总线100的工作状态为可用状态。数据接收模块20与系统控制器连接，用于接收通信总线100上的数据。数据发送模块10和/或数据接收模块20可以为去抖滤波（debounce）电路，主要应用于芯片的芯片管脚（pad）的输入信号或者模拟电路输出给数字电路的输出信号。可以理解，这里的系统控制器可以为上层系统，用于信号的分析处理。系统控制器可以用于控制单线通信设备的数据发送模块10和数据接收模块20的导通或者关断。可以理解，系统控制器可以控制数据发送模块10导通，系统控制器将数据输出至数据发送模块10，这时数据发送模块10可以在通信总线100处于可用状态时向通信总线100发送该数据。可选的，系统控制器也可以在数据发送模块10关断时控制数据接收模块20一直导通，数据接收模块20可以一直接收通信总线100上的数据，并在通信总线100处于可用状态时将该数据传输至系统控制器，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。

在一些可行的实施方式中，如图1所示的驱动模块30中可以包括第一场效应管M1和第二场效应管M2。这里的第一场效应管M1可以为驱动模块30的负载管，第二场效应管M2可以为驱动模块30的驱动管。其中，驱动模块30可以为互补金属氧化物半导体（complementary metal oxide semiconductor，CMOS）反相器电路。第一场效应管M1和第二场效应管M2串联，第一场效应管M1的栅极与第二场效应管M2的栅极连接并作为驱动模块的输入端，第一场效应管M1的漏极与第二场效应管M2的漏极连接并作为驱动模块的输出端，第一场效应管M1的源极连接电源，第二场效应管M2的源极接地。比如，第一场效应管M1可以为P沟增强型场效应管，第二场效应管M2可以为N沟增强型场效应管。

在一些可行的实施方式中，驱动模块30可以用于基于数据发送模块10的输出控制开关模块40的导通和关断以控制通信总线100的总线电压。可以理解，数据发送模块10输出低电平（即0）时第一场效应管M1导通且第二场效应管M2截止，这时驱动模块30输出高电平，使得控制开关模块40导通。数据发送模块10输出高电平（即1）时第一场效应管M1截止且第二场效应管M2导通，这时驱动模块30输出低电平，使得控制开关模块40关断。

在一些可行的实施方式中，如图1所示的开关模块40包括第二电阻R2和第三场效应管M3。第二电阻R2并联在第三场效应管M3的栅极和源极的两端，第三场效应管M3的源极和第二电阻R2的一端接地，第三场效应管M3的栅极与第二电阻R2的另一端连接并作为开关模块40的输入端，第三场效应管M3的漏极作为开关模块40的输出端。第二电阻R2可以为放电电阻，用于为第三场效应管M3提供偏置电压，对第三场效应管M3起保护作用（如保护第三场效应管M3不被烧坏）。第三场效应管M3的栅极输入为高电平时开关模块40导通，第三场效应管M3的栅极输入为低电平时开关模块40关断。可以理解，驱动电路30用于根据数据发送模块10的输出控制第三场效应管M3的栅极电压G1，并根据栅极电压G1控制第三场效应管M3的导通或者截止，从而达到控制开关模块40的导通和关断的目的。

在一些可行的实施方式中，数据发送模块10在输出低电平（即0）时，第一场效应管M1导通，第二场效应管M2截止，栅极电压G1为电源的电压值VCC（即驱动模块30输出高电平1），此时第三场效应管M0导通（这时的开关模块40导通），通信总线的总线电压V0为VCC-R1*I0。换句话说，数据发送模块10在输出低电平时，驱动模块30用于控制开关模块40导通以控制通信总线100的总线电压V0，这时通信总线100的总线电压V0为VCC-R1*I0，VCC为电源的电压值，R1为第一电阻的阻值，I0为电流源70输出的电流值。

在一些可行的实施方式中，数据发送处理模块10在输出高电平（即1）时，第一场效应管M1截止，第二场效应管M2导通，栅极电压G1为0V（即驱动电路输出低电平0），第三场效应管M0截止，总线电压V0可以被第一电阻R1拉高至VCC。这里的第一电阻R1可以为上拉电阻，可以将不确定的输入信号钳位至高电平，如第一电阻R1可以将总线电压V0拉高至VCC。可以理解，在通信总线100的工作状态为空闲状态（即通信总线100上没有数据通信）时，第三场效应管M3的栅极电压G1会被第二电阻R2拉低至0V，第三场效应管M3截止（这时的开关模块40关断），通信总线100上的总线电压V0被第一电阻R1拉高至VCC。此时，第一电阻R1、电流源70以及地端（ground，可以简称为GND）之间的通路是断开的，因此通信总线100上的总线电压V0会一直稳定在VCC。换句话说，在数据发送模块10输出高电平时，驱动模块30用于控制开关模块40关断以控制通信总线100的总线电压V0，这时通信总线100的总线电压V0为VCC。

在一些可行的实施方式中，如图1所示的总线检测模块50包括第一比较器（comparator，可以简称为COMP）和第二比较器。假设第一比较器为第一比较器COMP1，第二比较器为第二比较器COMP2，第一比较器COMP1和第二比较器COMP2并联，第一比较器COMP1的同相输入端和第二比较器COMP2的同相输入端连接并作为总线检测模块50的输入端，第一比较器COMP1的输出端作为总线检测模块50的第二输出端，第二比较器COMP2的输出端作为总线检测模块50的第一输出端，第一比较器COMP1的反相输入端接入第一基准电压V1，第二比较器COMP2的反相输入端接入第二基准电压V2。可以理解，这里的第一基准电压V1和第二基准电压V2可以由基准电压源提供，其中，基准电压源可以通过缓冲器的方式输出基准电压（如上述第一基准电压V1和第二基准电压V2）。

在一些可行的实施方式中，在一个单线通信设备向通信总线100发送数据时，第一电阻R1到地端GND的通路只有一个电流源70开启，此时通信总线100的总线电压V0为VCC-R1*I0，由于总线电压V0大于第二基准电压VR2，第二比较器COMP2的输出信号VR2为高电平，输出信号VR2经过总线异常检测模块60后输出低电平，这时通信总线100这时的工作状态为可用状态。由此可见，当只有一个单线通信设备向通信总线100发送数据时，通信总线100的工作状态为可用状态。因此，第一基准电压V1需要满足以下条件：VCC-R1*I0<V1<VCC，进而可以基于第一基准电压V1判断通信总线100的工作状态。

在一些可行的实施方式中，当两个单线通信设备同时向通信总线100发送数据时，第一电阻R1到地端GND的通路就有两个电流源70开启，此时通信总线100的总线电压V0为VCC-2*R1*I0，由于总线电压V0小于第二基准电压VR2，第二比较器COMP2的输出信号VR2为低电平，输出信号VR2经过总线异常检测模块60后输出高电平，这时通信总线100这时的工作状态为不可用状态。可选的，当n（n可以为正整数且n大于或者等于2）个单线通信设备同时向通信总线100发送数据时，第一电阻R1到地端GND的通路就有n个电流源70开启，此时通信总线100的总线电压V0为VCC-n*R1*I0，由于总线电压V0小于第二基准电压VR2，第二比较器COMP2的输出信号VR2为低电平，输出信号VR2经过总线异常检测模块60后输出高电平，这时通信总线100的工作状态为不可用状态。由此可见，当至少两个单线通信设备同时向通信总线100发送数据时，通信总线100的工作状态为不可用状态（可以理解为此时的通信总线100处于异常状态）。因此，第二基准电压V2需要满足以下条件：VCC-2*R1*I0<V2<VCC-R1*I0，进而可以基于第二基准电压V2检测通信总线100是否为可用状态。

在一些可行的实施方式中，第一比较器COMP1用于在通信总线100的总线电压V0大于第一基准电压V1时输出高电平。数据发送模块10可以用于在第一比较器COMP1持续输出高电平的持续时长大于数据通信周期时确定通信总线100的工作状态为空闲状态，这时数据发送模块10可以开始向通信总线100发送数据。其中，数据通信周期可以为默认的配置时间或者人为设置的时间。可选的，数据发送模块10还可以用于在第一比较器COMP1持续输出高电平的持续时长小于或者等于数据通信周期时确定通信总线100的工作状态为非空闲状态，这时数据发送模块10不会向通信总线100发送数据。

在一些可行的实施方式中，第二比较器COMP2用于在总线电压V0大于第二基准电压V2时，向总线异常检测模块60输出高电平，总线异常检测模块60用于在输入为高电平时确定通信总线100的工作状态为可用状态。数据接收模块用于在总线异常检测模块60输出通信总线的工作状态为可用状态时从通信总线上接收数据，并根据数据的数据格式、地址信息以及数据信息向系统控制器发送数据。假设数据发送模块10输出低电平（即0），总线检测模块50可以检测到通信总线100的总线电压V0为VCC-R1*I0，此时总线电压V0小于第一基准电压V1，第一比较器COMP1的输出信号（如VR1）为低电平，并且总线电压V0大于第二基准电压V2，第二比较器COMP2的输出信号（如VR2）为高电平，这时第二比较器COMP2向总线异常检测模块60输出高电平，总线异常检测模块60确定通信总线100的工作状态为可用状态。假设数据发送模块10输出高电平（即1），总线检测模块50可以检测到通信总线100的总线电压V0为电源，此时总线电压V0大于第一基准电压V1，第一比较器COMP1的输出信号VR1为高电平，并且总线电压V0大于第二基准电压V2，第二比较器COMP2的输出信号VR2为高电平，这时第二比较器COMP2向总线异常检测模块60输出高电平，总线异常检测模块60确定通信总线100的工作状态为可用状态。

在一些可行的实施方式中，如图1所示的总线异常检测模块60可以包括反相器（phase inverter，可以简称为PI），如反相器PI。反相器PI的一端作为总线异常检测模块60的输入端，反相器PI的另一端作为总线异常检测模块60的输出端。其中，反相器PI用于将总线检测模块50的第一输出端的输出信号（如VR2）反相。反相器PI的输出与总线异常检测模块60的输出相同。

在一些可行的实施方式中，反相器PI用于在输入为高电平时向数据发送模块10输出低电平以向数据发送模块10和数据接收模块20输出通信总线100的工作状态为可用状态。换句话说，反相器PI输出低电平时通信总线100的工作状态为可用状态，即总线异常检测模块60在输出为低电平时确定通信总线100的工作状态为可用状态，这时数据发送模块10可以继续向通信总线100发送数据。可以理解，反相器PI用于在第二比较器COMP2的输出信号VR2为高电平时向数据发送模块10输出低电平（表明了此时的通信总线100的工作状态为可用状态），这时数据发送模块10可以确定通信总线100的工作状态为可用状态，并向通信总线100发送数据。反相器PI用于在第二比较器COMP2的输出信号VR2为高电平时向数据接收模块20输出低电平以向数据接收模块20输出通信总线100的工作状态为可用状态，这时数据接收模块20可以继续从通信总线100上接收数据。

在一些可行的实施方式中，反相器PI用于在输入为低电平时向数据发送模块10输出高电平以向数据发送模块10输出通信总线100的工作状态为不可用状态。换句话说，反相器PI输出高电平时通信总线100的工作状态为不可用状态（如异常状态），即总线异常检测模块60在输出为高电平时确定通信总线100的工作状态为不可用状态。可以理解，反相器PI用于在第二比较器COMP2的输出信号VR2为低电平时向数据发送模块10输出高电平以向数据发送模块10输出通信总线100的工作状态为不可用状态。这时数据发送模块10用于在通信总线100的工作状态为不可用状态时，在等待预设时长T后，且在通信总线100的总线状态为上述空闲状态时重新向通信总线100发送原来需要发送的数据。这里的预设时长T可以为随机数，即每个单线通信设备的预设时长T均不相同。例如，每个单线通信设备对应的预设时长T可以是通过哈希算法确定的随机数（如哈希值）或者根据其它算法和/或方式所确定的随机数。

在一些可行的实施方式中，反相器PI还用于在输入为低电平时向数据接收模块20输出高电平，数据接收模块20还用于在反相器PI输出为高电平时丢弃所接收到的数据。具体地，反相器PI用于在输入为低电平时向数据接收模块20输出高电平以向数据发送模块10输出通信总线100的工作状态为不可用状态，这时数据接收模块20会丢弃从通信总线100上接收到的数据，这里的数据可以为第二比较器COMP2的输出信号。可以理解，由于数据接收模块20接收到的数据可能为异常数据，因此数据接收模块20不会将所接收到的异常数据传输至系统控制器。假设第二比较器COMP2的输出信号VR2为高电平，输出信号VR2经过反相器PI反相后输出低电平，这时通信总线100这时的工作状态为可用状态。假设第二比较器COMP2的输出信号VR2为低电平，输出信号VR2经过反相器PI反相后输出高电平，这时通信总线100这时的工作状态为不可用状态。

为方便描述，下面将结合上述对数据发送模块10、数据接收模块20、驱动模块30、开关模块40、总线检测模块50、总线异常检测模块60、电流源70以及第一电阻R1的功能的描述，对单线通信设备的工作原理进行说明。在单线通信设备向通信总线100发送数据时，需要检测通信总线100的工作状态是否为空闲状态，即在第一比较器COMP1持续输出高电平的持续时长大于数据通信周期时确定通信总线100的工作状态为空闲状态，在持续时长小于或者等于数据通信周期时确定通信总线100的工作状态为非空闲状态。在检测到通信总线100的工作状态为非空闲状态时，单线通信设备不会向通信总线100发送数据。在检测到通信总线100的工作状态为空闲状态之后，单线通信设备可以开始向通信总线100发送数据。此时，单线通信设备可以检测通信总线100的工作状态是否为可用状态，即在通信总线100处于空闲状态且只有该单线通信设备向通信总线100发送数据时，确定通信总线100的工作状态为可用状态，这时单线通信设备可以继续向通信总线100发送数据。若有至少两个单线通信设备向通信总线100发送数据时，确定通信总线100的工作状态为不可用状态，这时单线通信设备会停止向通信总线100发送数据，并在预设时长T之后，且在通信总线100的总线状态为空闲状态时重新向通信总线100发送数据。单线通信设备在不向通信总线100发送数据的情况下可以一直从通信总线100上接收数据。在从通信总线100上接收数据时，单线通信设备可以检测通信总线100的工作状态是否为可用状态，在检测到通信总线100的工作状态为可用状态时继续从通信总线100接收数据，并根据数据的数据格式、地址信息以及数据信息将该数据传输至系统控制器。可选的，若通信总线100的工作状态为不可用状态，单线通信设备会丢弃所接收到的数据，并在通信总线100的工作状态为可用状态时重新从通信总线100接收数据，并将该数据传输至系统控制器。

在本申请中，总线检测模块用于检测通信总线的工作状态（如是否为空闲状态），总线异常检测模块用于基于总线检测模块的输出信号向数据发送模块和数据接收模块输出通信总线的工作状态是否为可用状态（如异常状态），从而实现了总线工作状态检测（如空闲检测和异常检测），提高了单线通信的可靠性。此外，数据发送模块用于在通信总线为可用状态时向通信总线发送数据，数据接收模块用于从通信总线上接收数据，既可以实现数据的接收也可以实现数据的发送，结构简单，成本低，适用性强。

进一步地，为便于理解，请参见图3，图3是本申请提供的通信系统的结构示意图。如图3所示，通信系统包括至少两个如上述图1和/或图2中的单线通信设备（如单线通信设备1至单线通信设备n）以及通信总线（如通信总线100）。为方便描述，下面将以单线通信设备1至单线通信设备n进行说明，以下不再赘述。单线通信设备1至单线通信设备n均耦合至通信总线100，通信系统中还包括第一电阻（如R1）和电源，第一电阻R1的一端连接通信总线100，第一电阻R1的另一端连接电源。可以理解，单线通信设备1至单线通信设备n可以通过一根通信线连接在一起作为通信总线100。由此可见，本申请仅需要一条通信总线就可以实现任意两个单线通信设备之间的数据通信，相比于通过至少两条通信总线实现单线通信设备之间的数据通信，不会占用单线通信设备上的引脚资源，结构简单，适用性高。

在一些可行的实施方式中，通信系统中任一时刻至多有一个目标单线通信设备（如单线通信设备1）用于向通信总线发送数据，通信系统中除目标单线通信设备之外的其它单线通信设备（如单线通信设备2）可以从通信总线上接收上述数据。这里的其它单线通信设备可以通过其数据接收模块20接收到数据，并结合数据的格式、通信地址、数据信息以及其它信息确定是否需要响应单线通信设备1（即主单线通信设备）所发送的信息。可以理解，在一次数据通信过程中，本申请可以将通信系统中任一时刻发送数据的单线通信设备统称为目标单线通信设备。在单线通信设备2接收到数据之后，若单线通信设备2需要向单线通信设备1回复信息，可以将数据（如上述单线通信设备2所回复的信息）传输至系统控制器，系统控制器可以将上述数据输出至单线通信设备1中的数据发送模块10，这时单线通信设备1可以针对该数据进行处理（如发送该数据）。

在一些可行的实施方式中，通信系统中的单线通信设备1至单线通信设备n都具有唯一的通信地址，以便于主单线通信设备能发送数据到特定的从单线通信设备，以使从单线通信设备可以正确的响应所接收到的数据。通信系统中的单线通信设备1至单线通信设备n都具有相同的单线通信协议，便于任意两个单线通信设备之间的自由通信，提高通信效率。

在一些可行的实施方式中，通信系统中的单线通信设备1至单线通信设备n对应的预设时长T均不同。对于通信系统中的单线通信设备1至单线通信设备n而言，为了防止在通信总线100的工作状态为不可用状态之后，连续出现通信总线100为不可用状态的情况，本申请会将单线通信设备1至单线通信设备n对应的预设时长T配置为不一样的延迟时间以避免连续出现上述情况。可以理解，在通信系统中大于或者等于两个单线通信设备同时向通信总线100发送数据时，这些单线通信设备延迟相同的预设时长T之后又会同时向通信总线100发送数据，从而会导致通信总线100一直处于不可用状态，因此，可以通过随机数的方式将单线通信设备1至单线通信设备n对应的预设时长T配置为不一样的延迟时间。可以理解，通信系统中的单线通信设备1至单线通信设备n对应的数据通信周期可以相同，也可以不同，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。

在本申请中，通信系统中的任意两个单线通信设备之间均可以进行数据通信（如数据发送和数据接收），且任意一个单线通信设备都可以作为主单线通信设备通过通信总线向其从单线通信设备发送数据，提高了数据通信效率，适用性更强。

请参见图4，图4是本申请提供的单线通信方法的流程示意图。如图4所示，该单线通信方法适用于如上述图1和/或图2所示的单线通信设备，可以包括以下步骤S101-步骤S103：

步骤S101，单线通信设备确定通信总线的总线电压，并基于总线电压和第一基准电压确定通信总线的工作状态是否为空闲状态。

在一些可行的实施方式中，单线通信设备在开始发送数据之前，会先检测通信总线的工作状态是否为空闲状态。具体地，单线通信设备在确定通信总线的总线电压之后，在总线电压大于第一比较器的第一基准电压时确定第一比较器输出高电平，并确定第一比较器持续输出高电平的持续时长。其中，第一基准电压V1满足：VCC-R1*I0<V1<VCC，VCC为电源的电压值，R1为第一电阻的阻值，I0为电流源输出的电流值。进一步地，单线通信设备在持续时长大于数据通信周期时，确定通信总线的工作状态为空闲状态。

步骤S102，单线通信设备在通信总线为空闲状态时，基于总线电压和第二基准电压确定通信总线的工作状态是否为可用状态。

在一些可行的实施方式中，单线通信设备在通信总线为空闲状态时可以开始向通信总线发送数据，并一直检测通信总线的工作状态是否为可用状态。具体地，单线通信设备在总线电压大于第二基准电压时确定通信总线的工作状态为可用状态。可选的，单线通信设备在总线电压小于第二基准电压时确定通信总线的工作状态为不可用状态。其中，第二基准电压V2满足：VCC-2*R1*I0<V2<VCC-R1*I0，VCC为电源的电压值，R1为第一电阻的阻值，I0为电流源输出的电流值。

步骤S103，单线通信设备在通信总线为可用状态时向通信总线发送数据或者从通信总线上接收数据。

可以理解，在通信总线为可用状态时，表明了通信总线上没有数据通信，同时没有其它单线通信设备向通信总线发送数据，这时该单线通信设备可以继续向通信总线发送数据或者从通信总线上接收数据。需要说明的是，单线通信设备在不向通信总线发送数据的情况下可以一直从通信总线上接收数据。

在一些可行的实施方式中，在通信总线的工作状态为可用状态时，单线通信设备可以从通信总线上接收数据，并根据数据的数据格式、地址信息以及数据信息向系统控制器发送数据。

在一些可行的实施方式中，单线通信设备在通信总线为不可用状态时，在预设时长T后，会重新检测通信总线的工作状态是否为空闲状态，并在通信总线的工作状态为空闲状态时重新向通信总线发送数据，其中T为随机数。可以理解，单线通信设备在向通信总线发送数据时，可检测通信总线的工作状态，在检测到通信总线的工作状态为不可用状态时停止向通信总线发送数据，并在等待预设时长T后重新向通信总线发送原来的数据。需要说明的是，在通信总线为不可用状态时，单线通信设备不会接收系统控制器新的数据，会继续发送原来从系统控制器接收到的数据。

在一些可行的实施方式中，单线通信设备在通信总线为不可用状态时会丢弃从通信总线上所接收到的数据。可以理解，单线通信设备在通信总线为不可用状态时所接收到的数据可能为异常数据，因而不会将该异常数据传输至系统控制器。进一步地，单线通信设备会重新检测通信总线的工作状态，并在检测到工作状态为可用状态时从通信总线重新接收数据并传输至系统控制器。

在本申请中，单线通信设备可以向通信总线发送数据或者从通信总线上接收数据，提高了通信效率，适用性强。

本申请提供了一种通信装置，该通信装置可以为一块芯片或者多块协同工作的芯片，该通信装置包括与该通信装置（例如，芯片）耦合的如上述图1和/或图2所示的单线通信设备。

本申请还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在单线通信设备上运行时，使得单线通信设备执行上述图4中实施例所描述的单线通信设备所执行的实现方式。

此外，这里需要指出的是：本申请还提供了一种计算机可读存储介质，且该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，且该计算机程序包括程序指令，当该处理器执行该程序指令时，能够执行前文图4所对应实施例中对步骤101-步骤103的描述，因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。

本文参照了各种示范性实施例进行说明。然而，本领域的技术人员将认识到，在不脱离本文范围的情况下，可以对示范性实施例做出改变和修正。例如，各种操作步骤以及用于执行操作步骤的组件，可以被删除、修改或结合到其它步骤中。

以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (17)

1.一种单线通信设备，其特征在于，所述单线通信设备包括数据发送模块、数据接收模块、第一电阻、驱动模块、开关模块、电流源、总线检测模块以及总线异常检测模块；

所述数据发送模块的输出端连接所述驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端连接所述开关模块的输入端，所述开关模块的输出端连接所述电流源的一端，所述电流源的另一端连接通信总线，所述通信总线通过所述第一电阻连接电源，所述总线检测模块的输入端连接通信总线，所述总线检测模块的第一输出端连接所述总线异常检测模块的输入端，所述总线检测模块的第二输出端分别连接所述数据发送模块和所述数据接收模块，所述总线异常检测模块的输出端分别连接所述数据发送模块和所述数据接收模块；

所述驱动模块用于基于所述数据发送模块的输出控制所述开关模块的导通或者关断以控制所述通信总线的总线电压；

所述总线检测模块用于基于所述通信总线的总线电压检测所述通信总线的工作状态；

所述总线异常检测模块用于基于所述总线检测模块输出的所述通信总线的工作状态信号向所述数据发送模块和所述数据接收模块输出所述通信总线的工作状态是否为可用状态；

所述数据发送模块用于在所述总线异常检测模块输出所述通信总线为可用状态时向所述通信总线发送数据；

所述数据接收模块用于从所述通信总线上接收数据。

2.根据权利要求1所述的单线通信设备，其特征在于，所述总线检测模块包括第一比较器和第二比较器；

所述第一比较器和所述第二比较器并联，所述第一比较器的同相输入端和所述第二比较器的同相输入端连接并作为所述总线检测模块的输入端，所述第一比较器的输出端作为所述总线检测模块的第二输出端，所述第二比较器的输出端作为所述总线检测模块的第一输出端，所述第一比较器的反相输入端接入第一基准电压，所述第二比较器的反相输入端接入第二基准电压；

所述第一比较器用于在所述通信总线的总线电压大于所述第一基准电压时输出高电平，所述第二比较器用于在所述总线电压大于所述第二基准电压时，向所述总线异常检测模块输出高电平，所述总线异常检测模块用于在输入为高电平时输出低电平，并确定所述通信总线的工作状态为可用状态；

所述数据发送模块用于在所述第一比较器持续输出高电平的持续时长大于数据通信周期时确定所述通信总线的工作状态为空闲状态，并在所述通信总线的工作状态为空闲状态时向所述通信总线发送数据；

所述数据接收模块用于在所述总线异常检测模块输出所述通信总线的工作状态为可用状态时从所述通信总线上接收数据，并根据所述数据的数据格式、地址信息以及数据信息向系统控制器发送所述数据；

其中，所述第一基准电压V1满足：VCC-R1*I0<V1<VCC；

所述第二基准电压V2满足：VCC-2*R1*I0<V2<VCC-R1*I0；

其中，VCC为所述电源的电压值，R1为所述第一电阻的阻值，I0为所述电流源输出的电流值。

3.根据权利要求2所述的单线通信设备，其特征在于，所述总线异常检测模块包括反相器，所述反相器的一端作为所述总线异常检测模块的输入端，所述反相器的另一端作为所述总线异常检测模块的输出端；

所述反相器用于在输入为高电平时向所述数据发送模块和所述数据接收模块输出低电平以向所述数据发送模块和所述数据接收模块输出所述通信总线的工作状态为可用状态。

4.根据权利要求3所述的单线通信设备，其特征在于，所述反相器用于在输入为低电平时向所述数据发送模块输出高电平以向所述数据发送模块输出所述通信总线的工作状态为不可用状态；

所述数据发送模块用于在所述通信总线的工作状态为不可用状态时，在预设时长T后，且在所述通信总线的总线状态为所述空闲状态时向所述通信总线发送数据，其中T为随机数。

5.根据权利要求3所述的单线通信设备，其特征在于，所述反相器用于在输入为低电平时向所述数据接收模块输出高电平以向所述数据接收模块输出所述通信总线的工作状态为不可用状态；

所述数据接收模块用于在所述通信总线的工作状态为不可用状态时丢弃从所述通信总线上接收到的数据。

6.根据权利要求1所述的单线通信设备，其特征在于，所述驱动模块包括第一场效应管和第二场效应管，所述第一场效应管和所述第二场效应管串联，所述第一场效应管的栅极与第二场效应管的栅极连接并作为所述驱动模块的输入端，所述第一场效应管的漏极与第二场效应管的漏极连接并作为所述驱动模块的输出端，所述第一场效应管的源极连接所述电源，所述第二场效应管的源极接地；

所述数据发送模块输出低电平时所述第一场效应管导通且所述第二场效应管截止，所述驱动模块用于在输出高电平时控制所述开关模块导通；

所述数据发送模块输出高电平时所述第一场效应管截止且所述第二场效应管导通，所述驱动模块用于在输出低电平时控制所述开关模块关断。

7.根据权利要求1或6所述的单线通信设备，其特征在于，所述开关模块包括第二电阻和第三场效应管，所述第二电阻并联在所述第三场效应管的栅极和源极的两端，所述第三场效应管的源极和所述第二电阻的一端接地，所述第三场效应管的栅极与所述第二电阻的另一端连接并作为所述开关模块的输入端，所述第三场效应管的漏极作为所述开关模块的输出端；

所述第三场效应管的栅极输入为高电平时，所述开关模块导通，所述第三场效应管的栅极输入为低电平时所述开关模块关断。

8.根据权利要求7所述的单线通信设备，其特征在于，在所述开关模块导通时，所述总线电压的电压值V0满足以下公式：

V0=VCC-R1*I0；

其中，VCC为所述电源的电压值，R1为所述第一电阻的阻值，I0为所述电流源输出的电流值。

9.根据权利要求7所述的单线通信设备，其特征在于，在所述开关模块关断时，所述总线电压的电压值V0等于所述电源的电压值VCC。

10.一种通信系统，其特征在于，所述通信系统包括通信总线和至少两个如权利要求1-9任一项所述的单线通信设备，至少两个所述单线通信设备耦合至所述通信总线；

所述通信系统中任一时刻至多有一个目标单线通信设备用于向所述通信总线发送数据，所述通信系统中除所述目标单线通信设备之外的其它单线通信设备用于从所述通信总线上接收所述数据。

11.一种通信装置，其特征在于，所述通信装置为一块芯片或者多块协同工作的芯片，所述通信装置包括与所述通信装置耦合的如权利要求1-9任一项所述的单线通信设备。

12.一种单线通信方法，其特征在于，所述方法适用于权利要求1-9任一项所述的单线通信设备，所述方法包括：

所述单线通信设备确定所述通信总线的总线电压，并基于所述总线电压和第一比较器的第一基准电压确定所述通信总线的工作状态是否为空闲状态；

所述单线通信设备在所述通信总线为空闲状态时，基于所述总线电压和第二基准电压确定所述通信总线的工作状态是否为可用状态；

所述单线通信设备在所述通信总线为可用状态时向所述通信总线发送数据或者从所述通信总线上接收数据。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述单线通信设备基于所述总线电压和第一比较器的第一基准电压确定所述通信总线的工作状态是否为空闲状态，包括：

所述单线通信设备在所述总线电压大于第一比较器的第一基准电压时确定所述第一比较器输出高电平，并确定所述第一比较器持续输出高电平的持续时长，所述第一基准电压V1满足：VCC-R1*I0<V1<VCC，其中，VCC为所述电源的电压值，R1为所述第一电阻的阻值，I0为所述电流源输出的电流值；

所述单线通信设备在所述持续时长大于数据通信周期时，确定所述通信总线的工作状态为空闲状态。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述单线通信设备基于所述总线电压和第二基准电压确定所述通信总线的工作状态是否为可用状态，包括：

所述单线通信设备在所述总线电压大于第二基准电压时确定所述通信总线的工作状态为可用状态；

所述单线通信设备在所述总线电压小于所述第二基准电压时确定所述通信总线的工作状态为不可用状态；

其中，所述第二基准电压V2满足：VCC-2*R1*I0<V2<VCC-R1*I0；

其中，VCC为所述电源的电压值，R1为所述第一电阻的阻值，I0为所述电流源输出的电流值。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述单线通信设备从所述通信总线上接收数据，包括：

在所述通信总线的工作状态为可用状态时，所述单线通信设备从所述通信总线上接收数据，并根据所述数据的数据格式、地址信息以及数据信息向系统控制器发送所述数据。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述单线通信设备在所述通信总线为不可用状态时，在预设时长T后，且在所述通信总线的工作状态为所述空闲状态时向所述通信总线发送数据，其中T为随机数；

所述单线通信设备在所述通信总线为不可用状态时丢弃从所述通信总线上接收到的数据。

17.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令被处理器执行时，执行如权利要求12-16任一项所述的方法。

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