CN112256620A - 多模式usb接口电路及多模式判断和切换方法 - Google Patents

多模式usb接口电路及多模式判断和切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多模式USB接口电路及多模式判断和切换方法。多模式USB接口电路包括USB输出端口、连接控制电路、电压供应电路以及单片机USB端口；其中，所述USB输出端口与所述单片机USB端口连接，所述连接控制电路设置在所述USB输出端口与所述电压供应电路之间，所述连接控制电路用于控制所述USB输出端口与所述电压供应电路的连接和断开，其中，所述电压供应电路用于提供能够被待充电手机识别为快充模式的电压。在本发明的多模式USB接口电路中，由于设置了连接控制电路和电压供应电路，使得可以通过连接控制电路来控制USB输出端口与电压供应电路的连接和断开，进而改变USB输出端口上的电压电平，从而实现不同模式的切换。

Description

多模式USB接口电路及多模式判断和切换方法
技术领域
本发明涉及电动车技术领域，尤其涉及一种多模式USB接口电路及多模式判断和切换方法。
背景技术
随着2019年电动车新国标的实施，电动两轮车往安全性、轻便性、续航里程更远的方向发展，与之相对应，整车材料、电动车电池、电池管理单元、电动车控制器、整车传感器、整车通讯构架都发生了新的变化与发展。
随着整车构架的发展与安全性的提升的要求，与之对应的智能化全彩色数字液晶仪表因为能够显示和切换更多的整车信息，可以用各种图形、图像、动画、声音、色彩、光线进行表达，极大的提升了人机交互的体验，逐渐的应用到新型的电动摩托车、电动两轮车、电动三轮车领域。彩色液晶仪表可以通过无线或者有线的方式升级软件、诊断故障。USB作为大容量存储的高速通信接口，可以直接作为液晶仪表的软件升级介质。因此将智能化数字液晶仪表的USB主设备接口外置，可以丰富电动车的功能，增加用户的使用体验。
快递外卖等行业骑手，由于每天的骑行时间长，行驶里程远、在户外或非固定场所的滞留等待时间长，随身携带的手机等设备得不到有效的电能补充，其必备的交通工具电动车逐渐开始具备了USB充电的能力。但是电动车配备的USB充电接口只是从电动车取得了5V电源信号，不具备真正的USB通信的能力。
因此，如果能进将快充功能和数据通信功能相结合，将会具有非常大的市场潜力。但是USB高速通信口在正常模式下与手机等终端设备通信时，其数据信号D+、D-的缺省状态使手机这类终端设备判断为非快速充电器，手机使自身进入正常充电模式，无法接收大电流充电，导致充电时间长或者实际无法充电。因此如何实现一个即能进行高速USB的存储与通信，又能进行大电流USB快速充电的电路和方法，具有非常实用的价值。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案提供了：一种电动车智能液晶仪表的多模式USB接口电路，其包括USB输出端口、连接控制电路、电压供应电路以及单片机USB端口；其中，所述USB输出端口与所述单片机USB端口连接，所述连接控制电路设置在所述USB输出端口与所述电压供应电路之间，所述连接控制电路用于控制所述USB输出端口与所述电压供应电路的连接和断开，其中，所述电压供应电路用于提供能够被待充电手机识别为快充模式的电压。
进一步地，所述连接控制电路包括MOS晶体管和控制管脚，所述MOS晶体管连接在所述USB输出端口与所述电压供应电路之间，所述控制管脚与所述MOS晶体管的栅极端连接，以通过控制所述控制管脚的电平高低来控制所述MOS晶体管的导通或截止，进而控制所述USB输出端口与所述电压供应电路连接或断开。
进一步地，所述USB输出端口包括第一端口和第二端口，所述电压供应电路包括第一电压供应电路和第二电压供应电路，所述连接控制电路包括第一连接控制电路和第二连接控制电路，所述第一连接控制电路连接在所述第一端口与所述第一电压供应电路之间，所述第二连接控制电路连接在所述第二端口与所述第二电压供应电路之间。
进一步地，所述第一连接控制电路包括第一MOS晶体管和第一控制管脚，所述第二连接控制电路包括第二MOS晶体管和第二控制管脚，其中，所述第一MOS晶体管的源极端与所述第一端口连接，所述第一MOS晶体管的漏极端与所述第一电压供应电路连接，所述第二MOS晶体管的源极端与所述第二端口连接，所述第二MOS晶体管的漏极端与所述第二电压供应电路连接。
进一步地，所述多模式USB接口电路还包括电压源，所述第一电压供应电路和所述第二电压供应电路均与所述电压源连接。
进一步地，所述第一电压供应电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述电压源连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述第一MOS晶体管的漏极端连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述第二电压供应电路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端与所述电压源连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端接地，所述第二MOS晶体管的漏极端连接在所述第三电阻和所述第四电阻之间。
进一步地，所述USB输出端口与所述单片机USB端口之间连接有电感器。
进一步地，所述第一电压供应电路提供2V电平电压，所述第二电压供应电路提供2.7V电平电压。
本发明还提供了一种数据通信模式与快充模式的判断和切换方法，其用于如上所述的多模式USB接口电路，所述方法包括如下步骤：S1：将USB输出端口缺省为数据通信模式，并检测是否能够识别到U盘，如果可以识别到U盘，则进行至步骤S2，否则进行至步骤S3；S2：装载U盘并搜索升级包，如果能够搜索到升级包，则自动进入升级程序，否则进行至步骤S3；S3：自动切换至快充模式并等待U盘文件操作指令，在接收到U盘文件操作指令时，进行至步骤S4；S4：自动切换至数据通信模式，并检测U盘，如果可以识别到U盘，则进行至步骤S5，否则进行至步骤S6；S5：自动装载U盘并等待对U盘文件的读写操作，在文件读写操作结束后，进行至步骤S3；S6：保持数据通信模式并等待文件操作指令结束，在文件操作指令结束后，进行至步骤S3。
进一步地，在步骤S2中，在升级完毕后自动删除升级包并自动重启。
在本发明的多模式USB接口电路中，由于设置了连接控制电路和电压供应电路，使得可以通过连接控制电路来控制USB输出端口与电压供应电路的连接和断开，进而改变USB输出端口上的电压电平，从而实现不同模式的切换。例如，在通信模式下，连接控制电路控制USB输出端口与电压供应电路断开，此时USB输出端口与单片机USB端口连接，以进行数据通信；当需要切换至快充模式时，连接控制电路控制USB输出端口与电压供应电路连接，从而使得USB输出端口接入相应的电平电压，以使得充电手机判断为快充模式，进而实现快充充电。
附图说明
图1是常规USB接口电路的连接示意图；
图2是本发明的多模式USB接口电路的电路图；
图3是本发明的多模式判断和切换方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
参见图1，在常规USB接口电路中，有四个端口，分别与终端设备(例如，手机)的相应端口连接，其中，VBUS和GND用于实现功率输出以对终端设备进行充电，DM和DP端口用于基于其上的电压来识别快充协议，只有DM和DP端口上的电压满足一定条件时，手机等终端设备才能判断为快充充电，此时，通过VBUS输出比较高的电压至终端设备以实现2A快充模式。而如在背景技术部分中提到的，当通过DM和DP端口与终端设备进行通信时，DM和DP端口上的默认电压信号并不满足快充电压条件，此时就会使手机判断为非快速充电，手机使自身进入正常充电模式，无法接收大电流充电，导致充电时间长或者实际无法充电。
针对上述技术问题，本发明提出了一种电动车智能液晶仪表的多模式USB接口电路，其包括USB输出端口、连接控制电路、电压供应电路以及单片机USB端口；其中，所述USB输出端口与所述单片机USB端口连接，所述连接控制电路设置在所述USB输出端口与所述电压供应电路之间，所述连接控制电路用于控制所述USB输出端口与所述电压供应电路的连接和断开，其中，所述电压供应电路用于提供能够被待充电手机识别为快充模式的电压。
在上述的多模式USB接口电路中，由于设置了连接控制电路和电压供应电路，使得可以通过连接控制电路来控制USB输出端口与电压供应电路的连接和断开，进而改变USB输出端口上的电压电平，从而实现不同模式的切换。例如，在通信模式下，连接控制电路控制USB输出端口与电压供应电路断开，此时USB输出端口与单片机USB端口连接，以进行数据通信；当需要切换至快充模式时，连接控制电路控制USB输出端口与电压供应电路连接，从而使得USB输出端口接入相应的电平电压，以使得充电手机判断为快充模式，进而实现快充充电。
在具体的实施例中，连接控制电路可以包括MOS晶体管和控制管脚，所述MOS晶体管连接在USB输出端口与电压供应电路之间，所述控制管脚与所述MOS晶体管的栅极端连接，以通过控制所述控制管脚的电平高低来控制所述MOS晶体管的导通或截止，进而控制所述USB输出端口与所述电压供应电路连接或断开。
如上所述的，USB输出端口通常包括四个端口，其中，DM和DP端口用于基于其上的电压来识别快充协议，为了使得手机等终端设备判断为快充模式，DM和DP端口上的电压往往需要满足不同的电平电压，例如，对于苹果手机，DM和DP端口上的电压需要分别满足2V和2.7V时，才能被苹果手机判断为快充模式。因此，为了使得DM和DP端口能够接入不同的电压电平，电压供应电路可以包括第一电压供应电路和第二电压供应电路，所述连接控制电路包括第一连接控制电路和第二连接控制电路，所述第一连接控制电路连接在所述DM端口与所述第一电压供应电路之间，所述第二连接控制电路连接在所述DP端口与所述第二电压供应电路之间，从而通过第一连接控制电路来控制DM端口上接入第一电平电压，通过第二连接控制电路来控制DP端口上接入第二电平电压。
参见图2，其示出了根据本发明的实施方式的多模式USB接口电路的具体电路结构图。其中，第一连接控制电路包括MOS晶体管Q9，第二连接控制电路包括MOS晶体管Q7，MOS晶体管Q9的源极端与所述DM端口连接，MOS晶体管Q9的漏极端与所述第一电压供应电路连接，MOS晶体管Q7的源极端与DP端口连接，MOS晶体管Q7的漏极端与所述第二电压供应电路连接。
如图2所示，第一连接控制电路和第二连接控制电路还包括分别与MOS晶体管Q9和Q7的相应栅极端连接的控制管脚BT-RST，以用于通过向控制管脚BT-RST发送相应高低电平信号，来控制相应MOS晶体管的通断。
例如，在通信模式下：BT-RST脚输出高电平，截至Q7和Q9，USB输出端口的DM、DP端口分别与单片机的相应DM和DP端口相连，以进行数据通信。在快充模式下：BT-RST脚输出低电平，导通Q7和Q9，USB输出端口的DM端口接入第一电平电压，USB输出端口的DP端口接入第二电平电压，以使手机判断为快充模式，从而实现2A充电。
因此，通过控制管脚BT-RST上的电平高低，即可实现不同模式之间的切换。
在图2所示的实施例中，第一电压供应电路和第二电压供应电路均与相同的电压源VDD连接。其中，第一电压供应电路包括电阻R37和电阻R39，电阻R37的一端与电压源VDD连接，电阻R37的另一端与电阻R39的一端连接，电阻R39的另一端接地，MOS晶体管Q9的漏极端连接在电阻R37和电阻R39之间。第二电压供应电路包括电阻R33和电阻R35，电阻R33的一端与电压源VDD连接，电阻R33的另一端与电阻R35的一端连接，电阻R35的另一端接地，MOS晶体管Q7的漏极端连接在电阻R33和电阻R35之间。
当然，可以理解地，上述第一电压供应电路和第二电压供应电路并不限于此，上述第一电压供应电路和第二电压供应电路也可以分别连接至不同的电压源。
进一步地，如图2所示，USB输出端口与单片机USB端口之间，具体地相应的DM端口和DP端口之间连接有电感器LTIE-4，以抑制电磁发射。
在具体的实施例中，所述第一电压供应电路提供2V电平电压，所述第二电压压供应电路提供2.7V电平电压，以能够实现苹果手机的快充充电。
在具体的实施例中，例如，参见图2的电路图，还设置了相应的稳压二极管，以实现静电保护。
在本发明的进一步的实施方式中，还提供了一种数据通信模式与快充模式的判断和切换方法，其用于如上所述的多模式USB接口电路，所述方法包括如下步骤：S1：将USB输出端口缺省为数据通信模式，并检测是否能够识别到U盘，如果可以识别到U盘，则进行至步骤S2，否则进行至步骤S3；S2：装载U盘并搜索升级包，如果能够搜索到升级包，则自动进入升级程序，否则进行至步骤S3；S3：自动切换至快充模式并等待U盘文件操作指令，在接收到U盘文件操作指令时，进行至步骤S4；S4：自动切换至数据通信模式，并检测U盘，如果可以识别到U盘，则进行至步骤S5，否则进行至步骤S6；S5：自动装载U盘并等待对U盘文件的读写操作，在文件读写操作结束后，进行至步骤S3；S6：保持数据通信模式并等待文件操作指令结束，在文件操作指令结束后，进行至步骤S3。
进一步地，在步骤S2中，在升级完毕后自动删除升级包并自动重启。
参见图3，其示出了本发明的数据通信模式与快充模式的判断和切换方法的流程图。
在本发明的上述方法中，通过控制多模式USB接口电路的连接控制电路，来实现数据通信模式与快充模式的切换，具体地，通过单片机向连接控制电路中的控制管脚BT-RST分别输出高低电平的信号，实现不同模式之间的切换。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动车智能液晶仪表的多模式USB接口电路，其特征在于，包括USB输出端口、连接控制电路、电压供应电路以及单片机USB端口；其中，
所述USB输出端口与所述单片机USB端口连接，所述连接控制电路设置在所述USB输出端口与所述电压供应电路之间，所述连接控制电路用于控制所述USB输出端口与所述电压供应电路的连接和断开，其中，所述电压供应电路用于提供能够被待充电手机识别为快充模式的电压。
2.根据权利要求1所述的多模式USB接口电路，其特征在于，所述连接控制电路包括MOS晶体管和控制管脚，所述MOS晶体管连接在所述USB输出端口与所述电压供应电路之间，所述控制管脚与所述MOS晶体管的栅极端连接，以通过控制所述控制管脚的电平高低来控制所述MOS晶体管的导通或截止，进而控制所述USB输出端口与所述电压供应电路连接或断开。
3.根据权利要求2所述的多模式USB接口电路，其特征在于，所述USB输出端口包括第一端口和第二端口，所述电压供应电路包括第一电压供应电路和第二电压供应电路，所述连接控制电路包括第一连接控制电路和第二连接控制电路，所述第一连接控制电路连接在所述第一端口与所述第一电压供应电路之间，所述第二连接控制电路连接在所述第二端口与所述第二电压供应电路之间。
4.根据权利要求3所述的多模式USB接口电路，其特征在于，所述第一连接控制电路包括第一MOS晶体管和第一控制管脚，所述第二连接控制电路包括第二MOS晶体管和第二控制管脚，其中，所述第一MOS晶体管的源极端与所述第一端口连接，所述第一MOS晶体管的漏极端与所述第一电压供应电路连接，所述第二MOS晶体管的源极端与所述第二端口连接，所述第二MOS晶体管的漏极端与所述第二电压供应电路连接。
5.根据权利要求4所述的多模式USB接口电路，其特征在于，所述多模式USB接口电路还包括电压源，所述第一电压供应电路和所述第二电压供应电路均与所述电压源连接。
6.根据权利要求5所述的多模式USB接口电路，其特征在于，所述第一电压供应电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述电压源连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述第一MOS晶体管的漏极端连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述第二电压供应电路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端与所述电压源连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端接地，所述第二MOS晶体管的漏极端连接在所述第三电阻和所述第四电阻之间。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的多模式USB接口电路，其特征在于，所述USB输出端口与所述单片机USB端口之间连接有电感器。
8.根据权利要求7所述的多模式USB接口电路，其特征在于，所述第一电压供应电路提供2V电平电压，所述第二电压供应电路提供2.7V电平电压。
9.一种数据通信模式与快充模式的判断和切换方法，其特征在于，用于如权利要求1-8中任一项所述的多模式USB接口电路，所述方法包括如下步骤：
S1：将USB输出端口缺省为数据通信模式，并检测是否能够识别到U盘，如果可以识别到U盘，则进行至步骤S2，否则进行至步骤S3；
S2：装载U盘并搜索升级包，如果能够搜索到升级包，则自动进入升级程序，否则进行至步骤S3；
S3：自动切换至快充模式并等待U盘文件操作指令，在接收到U盘文件操作指令时，进行至步骤S4；
S4：自动切换至数据通信模式，并检测U盘，如果可以识别到U盘，则进行至步骤S5，否则进行至步骤S6；
S5：自动装载U盘并等待对U盘文件的读写操作，在文件读写操作结束后，进行至步骤S3；
S6：保持数据通信模式并等待文件操作指令结束，在文件操作指令结束后，进行至步骤S3。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，在升级完毕后自动删除升级包并自动重启。
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