CN112463679A - 一种多功能串口线系统及pcb板 - Google Patents

一种多功能串口线系统及pcb板 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种多功能串口线系统及PCB板，包括线序类型判断模块和串口线单元；线序类型判断模块根据连接待测串口线的类型，控制比较器的输出电平，进而控制第二显示装置的状态，通过第二显示装置的状态判断待测串口线的类型；以及将待测串口线的所有引脚连接至线序类型判断模块的同一引脚，通过判断第一显示装置的状态区分串口线的线序；串口线单元用于将经过线序和类型识别后的待测串口线实现USB数据信号转换为TTL电平信号再转换为RS232电平信号。基于该系统，还提出了PCB板。本发明借助USB供电和两个LED灯同时实现串口线的类型和线序的判断功能，对经过判断两种不同的串口线结合在同一块PCB上，电路简单易于实现。

Description

一种多功能串口线系统及PCB板
技术领域
本发明属于串口电路技术领域，特别涉及一种多功能串口线系统及PCB板。
背景技术
对于PCB电路中的许多芯片来说，想要其能够正常工作，必须为其烧录正确的firmware。在芯片出现问题时，也需要从芯片中抓取数据寻找问题的根源。由于已量产板卡的芯片都已经焊在PCB板上，想要将芯片卸下进行离线。firmware烧录和debug工作是不现实的。JTAG模块的出现很好的解决了这一问题。通过JTAG模块上的UART接口，使用者可以将电脑与板卡相连接，进行firmware烧录以及debug等工作。连接UART接口和电脑的串口线则是不可或缺的一环。
串口线多为使用者自行改装，若是改装完成后未明确表明每根线的pin定义，后续使用是有可能会遇到没有分清线序导致接错的情况。若是串口线的TX、RX线接到了板卡UART接口的GND，则有可能会导致板卡上芯片烧毁的后果，造成不必要的损失，所以对串口线类型和线序的识别尤为重要；另外串口线多种多样，从使用上的电平标准分类，有TTL、RS-232、RS-485等多种形式。其中TTL电平和RS232电平串口线应用最为广泛。服务器中的各个包含JTAG模块的板卡均会使用到串口线，但是串口使用的电平却不尽相同，因此在在进行firmware烧录以及debug等工作时，至少需要提前准备好TTL和RS232这两种串口线。实验室中的普遍情况是串口线数量远少于需求数量，因此能够同时包括RS232和TTL电平的串口线很有必要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种多功能串口线系统及PCB板，借助USB供电和两个LED等同时实现串口线的类型和线序的判断功能，对经过判断后的串口线使用一个USB-UART controller和一个电平转换芯片实现将两种不同的串口线结合在同一块PCB上，电路简单，容易实现。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多功能串口线系统，包括线序类型判断模块和串口线单元；
所述线序类型判断模块根据连接待测串口线的类型，控制比较器的输出电平，进而控制第二显示装置的状态，通过第二显示装置的状态判断使用的串口线的类型；以及将待测串口线的所有引脚连接至线序类型判断模块的同一引脚，通过判断第一显示装置的状态区分待测串口线的线序；
所述串口线单元用于将经过线序和类型识别后的待测串口线实现USB数据信号转换为TTL电平信号，以及将TTL电平信号转换为RS232电平信号。
进一步的，所述线序类型判断模块的结构为：待连接接口的第一引脚连接第一MOS管的栅极；第一MOS管的漏极通过第一显示灯连接电源；所述第一MOS管的源极接地；
待连接接口的第二引脚连接比较器的反相输入端；所述反相器的同相输入端接地；所述反相器的输出端连接第二MOS管的栅极；第二MOS管的漏极通过第二显示灯连接电源；所述第二MOS管的源极接地；
RS232电平接口的第三引脚接地。
进一步的，所述根据连接待测串口线的类型，控制比较器的输出电平，进而控制第二显示装置的状态，通过第二显示装置的状态判断使用的串口线的类型的过程为：
待连接接口的第二引脚接TTL电平串口线的TX或RX时，比较器输出低电平，第二显示灯会常灭；
待连接接口的第二引脚接RS232电平串口线的TX或RX时，比较器输出高电平，第二MOS管导通，第二显示灯点亮。
进一步的，所述将待测串口线的所有引脚连接至线序类型判断模块的同一引脚，通过判断第一显示装置的状态区分串口线的线序的过程为：
将待测串口线的地、TX和RX均连接至待连接接口的第一引脚，若TX和RX接到第一引脚时，第一MOS管导通，第一显示灯点亮，若第一显示灯点亮不亮，则判断为地线；
将地线连接板卡UART接口的GND引脚，TX和RX连接UART接口的TX引脚和RX引脚，通过串口工具区分TX和RX。
进一步的，所述串口线单元包括USB连接器、第一信号转换模块和第二信号转换模块；USB连接器的输出端与第一信号转换模块的输入端相连，用于实现USB数据信号转换为TTL电平信号；所述第一信号转换模块的输出端与第二信号转换模块的输入端相连，用于实现TTL电平信号转换为RS232电平信号。
进一步的，所述串口线单元还包括电压转换模块；
所述电压转换模块用于将USB的输入电平VBUS转换第一信号转换模块引脚所需电平和第二信号转换模块引脚所需电平。
进一步的，所述USB连接器的输出端与第一信号转换模块的输入端相连，用于实现USB数据信号转换为TTL电平信号包括：所述USB连接器的VBus引脚连接电源；USB连接器的DP引脚连接第一信号转换模块的USBDP引脚；所述USB连接器的DM引脚连接第一信号转换模块的USBDM引脚；所述USB连接器的GND引脚连接地；所述第一信号转换模块的VCCIO引脚连接1.8V电平；所述第一信号转换模块的VCC引脚连接VBus。
进一步的，所述第一信号转换模块的输出端与第二信号转换模块的输入端相连，用于实现TTL电平信号转换为RS232电平信号包括：所述第一信号转换模块的TXD引脚一路连接TTL电平接口的第一引脚，另外一路连接第二信号转换模块的T1IN引脚；所述第一信号转换模块的RXD引脚一路连接TTL电平接口的第二引脚，另外一路连接第二信号转换模块的R1OUT引脚；所述TTL电平接口的第三引脚分别连接第一信号转换模块的GND引脚、第二信号转换模块的T2IN引脚和地。
进一步的，所述第二信号转换模块的T1OUT引脚连接RS232电平接口的第一引脚；所述第二信号转换模块的RIIN引脚连接RS232电平接口的第二引脚。
一种PCB板，包括一种多功能串口线系统。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明提出了一种多功能串口线系统及PCB板，包括线序类型判断模块和串口线单元；线序类型判断模块根据连接待测串口线的类型，控制比较器的输出电平，进而控制第二显示装置的状态，通过第二显示装置的状态判断使用的串口线的类型；以及将待测串口线的所有引脚连接至线序类型判断模块的同一引脚，通过判断第一显示装置的状态区分串口线的线序；串口线单元用于将经过线序和类型识别后的待测串口线实现USB数据信号转换为TTL电平信号，以及将TTL电平信号转换为RS232电平信号。基于本发明提出的一种多功能串口线系统，还提出了一种PCB板。本发明借助USB供电和两个LED等同时实现串口线的类型和线序的判断功能，对经过判断后的串口线使用一个USB-UART controller和一个电平转换芯片实现将两种不同的串口线结合在同一块PCB上。本发明串口线可以快速判断其他串口线的类型，避免板卡UART接口接到不同类型的串口线导致板卡损坏的问题；协助判断串口线的线序，避免了串口的TX或RX接到板卡UART接口的GND导致板卡烧毁的情况；将实验室中常用的TTL电平和RS232串口线集中在了一起，遇到使用不同类型UART接口的板卡时可以方便切换，避免了不必要的时间浪费，提高了工作效率。
附图说明
如图1为本发明实施例1一种多功能串口线系统的示意图；
如图2为本发明实施例1一种多功能串口线系统中线序类型判断模块的电路图；
如图3为本发明实施例1一种多功能串口线系统中串口线单元的电路图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例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。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。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例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
实施例1
本发明实施例1提出了一种多功能串口线系统，如图1为本发明实施例1一种多功能串口线系统的示意图。电脑和串口线通过USB连接，板卡则连接串口线上的TTL接口或RS232接口实现烧录firmware烧录以及debug等功能。
多功能串口线系统包括线序类型判断模块和串口线单元；
线序类型判断模块根据连接待测串口线的类型，控制比较器的输出电平，进而控制第二显示装置的状态，通过第二显示装置的状态判断使用的串口线的类型；以及将待测串口线的所有引脚连接至线序类型判断模块的同一引脚，通过判断第一显示装置的状态区分串口线的线序；
串口线单元用于将经过线序和类型识别后的待测串口线实现USB数据信号转换为TTL电平信号，以及将TTL电平信号转换为RS232电平信号。
如图2为本发明实施例1一种多功能串口线系统中线序类型判断模块的电路图；本发明能够判断其他串口线线序以及类型的功能。
线序类型判断模块的结构为：待连接接口的第一引脚连接第一MOS管的栅极；第一MOS管的漏极通过第一显示灯连接电源；第一MOS管的源极接地；
待连接接口的第二引脚连接比较器的反相输入端；反相器的同相输入端接地；反相器的输出端连接第二MOS管的栅极；第二MOS管的漏极通过第二显示灯连接电源；第二MOS管的源极接地；RS232电平接口的第三引脚接地。
Q2为比较器，同相输入端接地，反相输入端接J3的2pin。当Q2反向输入端电平小于0时，Q2将输出高电平，Q3将导通，绿色LED灯LED2将点亮。RS232电平标准为逻辑高电平-3～-15V，逻辑低电平3～15V，TTL电平标准为逻辑高电平3.3V或5V，逻辑低电平0V。
判断一根串口线的类型时，先将此串口线一端接到电脑，另一端接本发明中的线序和类型判断模块。当J3的pin2接TTL电平串口线的TX或RX时，由于输出没有小于0的电平，比较器Q2将会一直输出低电平，LED2会常灭。当J3的pin2接RS232电平串口线的TX或RX时，将会出现小于0的电平，比较器Q2在接收到负电平信号后将会输出高电平，使Q3导通，LED2将会点亮。由LED2的状态便可判断使用的串口线的类型。
想要判断串口线线序，需要首先判断串口线的地线，TX和RX的判断可通过串口工具能否正常工作判断。判断地线时，依次将串口线的三根线接J3的1pin，若TX和RX接到1pin时，Q1将会导通，红色LED将会点亮，若红色LED不亮，则可以判断此线为地线。之后将地线接板卡UART接口的GND pin，其余两根线接UART接口的TX、RX pin，通过电脑上的putty、xshell等串口工具能否正常连接串口即可判断剩余两根线中哪个是RX哪个是TX。
串口线单元用于将经过线序和类型识别后的待测串口线实现USB数据信号转换为TTL电平信号，以及将TTL电平信号转换为RS232电平信号。如图3为本发明实施例1一种多功能串口线系统中串口线单元的电路图。
串口线单元包括USB连接器、第一信号转换模块和第二信号转换模块；USB连接器的输出端与第一信号转换模块的输入端相连，用于实现USB数据信号转换为TTL电平信号；第一信号转换模块的输出端与第二信号转换模块的输入端相连，用于实现TTL电平信号转换为RS232电平信号。
串口线单元还包括电压转换模块；电压转换模块用于将USB的输入电平VBUS转换第一信号转换模块引脚所需电平和第二信号转换模块引脚所需电平。
图1中，J1为USB连接器，电脑通过此USB连接器给串口线供电以及接收数据，DP、DM为USB数据pin，VBUS为电源pin，通常为5V，GND为接地pin。J2为TTL电平接口，1pin为TX，2pin为RX，3pin为GND，可以连接使用TTL电平UART模块的板卡。J3为RS232电平接口，1pin为TX，2pin为RX，3pin为GND，可以连接使用RS232电平UART模块的板卡。
U1为CY7C65213芯片，可以实现USB数据信号向TTL电平信号的转换。U2为MAX3232E芯片，可以实现TTL电平信号向RS232电平信号的转换。U3为电平转换芯片，将USB的输入电平VBUS转换为U1的VCCIO引脚和U2的VCC引脚需要的1.8V电平。
U1的主要引脚定义如下：
VCCIO 提供给设备核心和接口
USBDP USB数据信号加
USBDM USB数据信号减
VCC USB电源
TXD 传输异步数据输出
RXD 传输异步数据输入
GND 地
U2的主要引脚定义如下：
VCC 电源输入
T1IN、T2IN 发射机输入
R1IN、R2IN 接收机输入
T1OUT、T2OUT 发射机输出
R1OUT、R2OUT 接收机输出
GND 地
USB连接器的输出端与第一信号转换模块的输入端相连，用于实现USB数据信号转换为TTL电平信号包括：USB连接器的VBus引脚连接电源；USB连接器的DP引脚连接第一信号转换模块的USBDP引脚；USB连接器的DM引脚连接第一信号转换模块的USBDM引脚；USB连接器的GND引脚连接地；第一信号转换模块的VCCIO引脚连接1.8V电平；第一信号转换模块的VCC引脚连接VBus。
第一信号转换模块的输出端与第二信号转换模块的输入端相连，用于实现TTL电平信号转换为RS232电平信号包括：第一信号转换模块的TXD引脚一路连接TTL电平接口的第一引脚，另外一路连接第二信号转换模块的T1IN引脚；第一信号转换模块的RXD引脚一路连接TTL电平接口的第二引脚，另外一路连接第二信号转换模块的R1OUT引脚；TTL电平接口的第三引脚分别连接第一信号转换模块的GND引脚、第二信号转换模块的T2IN引脚和地。
第二信号转换模块的T1OUT引脚连接RS232电平接口的第一引脚；第二信号转换模块的RIIN引脚连接RS232电平接口的第二引脚。
使用此串口线时，将USB连接器与电脑连接，此时U1将输出TTL电平信号，U2输出RS232电平信号。若板卡的UART接口为TTL电平，则可使用杜邦线等线缆将板卡与J1相连，实现firmware烧录、debug等功能。若板卡的UART接口为RS232电平，则可使用杜邦线等线缆将板卡与J2相连，实现firmware烧录、debug等功能。
本发明实施例1还提供了一种PCB板，包括一种多功能串口线系统。
本发明发明借助USB供电和两个LED等同时实现串口线的类型和线序的判断功能，对经过判断后的串口线使用一个USB-UART controller和一个电平转换芯片实现将两种不同的串口线结合在同一块PCB上。本发明串口线可以快速判断其他串口线的类型，避免板卡UART接口接到不同类型的串口线导致板卡损坏的问题；协助判断串口线的线序，避免了串口的TX或RX接到板卡UART接口的GND导致板卡烧毁的情况；将实验室中常用的TTL电平和RS232串口线集中在了一起，遇到使用不同类型UART接口的板卡时可以方便切换，避免了不必要的时间浪费，提高了工作效率，电路简单，易于实现。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的修改或变形。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种多功能串口线系统，其特征在于，包括线序类型判断模块和串口线单元；
所述线序类型判断模块根据连接待测串口线的类型，控制比较器的输出电平，进而控制第二显示装置的状态，通过第二显示装置的状态判断使用的串口线的类型；以及将待测串口线的所有引脚连接至线序类型判断模块的同一引脚，通过判断第一显示装置的状态区分待测串口线的线序；
所述串口线单元用于将经过线序和类型识别后的待测串口线实现USB数据信号转换为TTL电平信号，以及将TTL电平信号转换为RS232电平信号。
2.根据权利要求1所述的一种多功能串口线系统，其特征在于，所述线序类型判断模块的结构为：待连接接口的第一引脚连接第一MOS管的栅极；第一MOS管的漏极通过第一显示灯连接电源；所述第一MOS管的源极接地；
待连接接口的第二引脚连接比较器的反相输入端；所述反相器的同相输入端接地；所述反相器的输出端连接第二MOS管的栅极；第二MOS管的漏极通过第二显示灯连接电源；所述第二MOS管的源极接地；
RS232电平接口的第三引脚接地。
3.根据权利要求2所述的一种多功能串口线系统，其特征在于，所述根据连接待测串口线的类型，控制比较器的输出电平，进而控制第二显示装置的状态，通过第二显示装置的状态判断使用的串口线的类型的过程为：
待连接接口的第二引脚接TTL电平串口线的TX或RX时，比较器输出低电平，第二显示灯会常灭；
待连接接口的第二引脚接RS232电平串口线的TX或RX时，比较器输出高电平，第二MOS管导通，第二显示灯点亮。
4.根据权利要求2所述的一种多功能串口线系统，其特征在于，所述将待测串口线的所有引脚连接至线序类型判断模块的同一引脚，通过判断第一显示装置的状态区分串口线的线序的过程为：
将待测串口线的地、TX和RX均连接至待连接接口的第一引脚，若TX和RX接到第一引脚时，第一MOS管导通，第一显示灯点亮，若第一显示灯点亮不亮，则判断为地线；
将地线连接板卡UART接口的GND引脚，TX和RX连接UART接口的TX引脚和RX引脚，通过串口工具区分TX和RX。
5.根据权利要求1所述的一种多功能串口线系统，其特征在于，所述串口线单元包括USB连接器、第一信号转换模块和第二信号转换模块；USB连接器的输出端与第一信号转换模块的输入端相连，用于实现USB数据信号转换为TTL电平信号；所述第一信号转换模块的输出端与第二信号转换模块的输入端相连，用于实现TTL电平信号转换为RS232电平信号。
6.根据权利要求5所述的一种多功能串口线系统，其特征在于，所述串口线单元还包括电压转换模块；
所述电压转换模块用于将USB的输入电平VBUS转换第一信号转换模块引脚所需电平和第二信号转换模块引脚所需电平。
7.权利要求5所述的一种多功能串口线系统，其特征在于，所述USB连接器的输出端与第一信号转换模块的输入端相连，用于实现USB数据信号转换为TTL电平信号包括：所述USB连接器的VBus引脚连接电源；USB连接器的DP引脚连接第一信号转换模块的USBDP引脚；所述USB连接器的DM引脚连接第一信号转换模块的USBDM引脚；所述USB连接器的GND引脚连接地；所述第一信号转换模块的VCCIO引脚连接1.8V电平；所述第一信号转换模块的VCC引脚连接VBus。
8.根据权利要求5所述的一种多功能串口线系统，其特征在于，所述所述第一信号转换模块的输出端与第二信号转换模块的输入端相连，用于实现TTL电平信号转换为RS232电平信号包括：所述第一信号转换模块的TXD引脚一路连接TTL电平接口的第一引脚，另外一路连接第二信号转换模块的T1IN引脚；所述第一信号转换模块的RXD引脚一路连接TTL电平接口的第二引脚，另外一路连接第二信号转换模块的R1OUT引脚；所述TTL电平接口的第三引脚分别连接第一信号转换模块的GND引脚、第二信号转换模块的T2IN引脚和地。
9.根据权利要求8所述的一种多功能串口线系统，其特征在于，所述第二信号转换模块的T1OUT引脚连接RS232电平接口的第一引脚；所述第二信号转换模块的RIIN引脚连接RS232电平接口的第二引脚。
10.一种PCB板，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的一种多功能串口线系统。
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