CN1240963A - 适应通用串行总线的周边界面转换装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种适应通用串行总线的周边界面转换装置及控制方法,包括:一个转换电路、一电源、一电阻及一开关。开关连接在电源与电阻之间,以控制电源的接通与切断;转换电路,一端连接至通用串行总线界面的一传输线及电阻的一端,另一端连接周边设备界面,用以转换周边设备界面与通用串行总线界面之间的信号,并送出一开关控制信号控制开关的接通与切断,当周边界面与周边设备的连接状态发生变化时,开关控制信号控制开关先在一短暂的时间内切断,再重新导通。

Description

适应通用串行总线的界面转换装置及控制方法

本发明有关于一种不同界面间的转换装置，特别是有关于一种可将旧有非即插即用(plug and play)，简称(PnP)界面的周边设备转换为线上即插即用(hot PnP)界面的适应通用串行总线的界面转换装置及控制方法。

自从IBM公司发展出PC XT及PC AT的个人电脑之后，和IBMPC相容的个人电脑即被全世界普遍使用，在这期间，因为半导体技术的进步，使个人电脑的功能越来越强，同时可用的设备也越来越多，例如，随着图形化的作业系统的普及，鼠标器(mouse)已是必备的设备，为了将资料打印出，打印机几乎也是必备的，随着网际网络(internet)的发展，在家中的使用者都需使用数据机(MODEM)来连接网络，而为了避免电脑死机，会准备大容量的备份装置，或是想将图形存入电脑，扫描器(scanner)亦普遍被使用。以上所提及的设备在个人电脑出现之后，陆续发展，直到目前，已非常普遍，甚至是必备的设备。但是因为每一项设备的功能需使用不同的界面，至今，一部个人电脑若要使用前面所提的各项设备，电脑后面的连线将是非常可观的，因几乎每种设备的界面都不相同，有些界面目前已成为个人电脑的标准配备，如连接鼠标器的RS232串行界面，或是连接打印机的并行界面，但有些界面还需另外安装界面卡，例如连接大容量备份装置的SCSI(Small Computer System Interface)界面，SCSI界面即需另外安装界面卡，又有些设备更需使用专有的界面，如有些扫描器是使用特殊的专用界面，必需安装专用的界面卡。因此在个人电脑中，必需提供许多插槽(slot)以供安装各种界面卡，所以，电脑后面的连线十分烦杂。

由于上述情况，已发展出通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB)统一的界面规格，希望各种设备都可使用统一的界面来连接，这样可简化系统的安装，并且电脑内部亦不需要预留太多的空间来安装各种特殊界面卡，另外USB界面亦有即插即用(PnP)的功能，即个人电脑可以自动检测所连接的设备，并安装相关的驱动程序(driver)供使用者使用。此外，在旧有的个人电脑系统上，使用者在连接一个周边设备时，必需做许多设定，设定完成之后，还要重新开机来完成软件的安装程序，并且在设备移除的时候，系统无法即时得知此讯息，如果使用者执行和此设备相关的程序时，会有错误讯息产生，严重时，将导致系统死机。而采用USB界面的设备，则有线上即插即用的功能，可以在电脑不关机状态，将设备连接上去，电脑主机皆可以自动检测并安装相关的程序，无需经过关机再重新开机步骤，随即可让使用者使用新连上的周边设备，同样，在周边设备移除时，电脑主机亦可自动检测并将相关程序移除，以免使用者执行相关程序而产生错误。

虽然采用USB统一标准界面有前面所提的许多优点，但是因为发展的时间较晚，所以仍有许多周边设备仍采用旧有的界面，这一类的周边设备即无法使用USB界面连接，因此又发展出一些转换装置，使这一类采用原有界面的周边设备由USB界面连接至电脑上。

USB界面要达到即插即用功能，是在周边设备内部设置一提升电阻连在USB界面信号线上，当在周边设备连接至电脑主机的USB界面时，会使电脑主机的USB界面的信号线电位改变，这种改变使电脑主机可立即开始做检测。检测时，由电脑主机发出若干请求(request)，周边设备给以回应(descriptor)，电脑主机因此而得知周边设备的情形，因此电脑主机可完成周边设备的即插即用动作。但是因为有些设备在刚接上电脑主机时，尚未完全启始化工作或各种界面尚未稳定，若这时这些设备接到电脑主机送来的指令，将无法处理，造成错误判断，因此可等系统完全初始化，工作稳定之后，才将提升电阻接上，以确保不会判断错误。

虽然已有一些转换装置使采用旧有界面的周边设备由USB界面连接至电脑，但这些已发展出来的习知转换装置的功能是有限，仅能做到将旧有的界面转换为USB界面，并且在电脑主机上仅能出现转换装置的讯息，但不能显示转换装置所连接的周边设备的相关讯息。另外也不能达到线上即插即用的目的，因此，执行时可能发生错误。若要利用程序模拟，采用询问(polling)的方式来检测周边设备的状态是否改变，将会影响系统的工作效率，且浪费系统资源，并且这种作法已失去即插即用的真正目的，在相容性上亦可能产生问题。

综合上述的讨论，可知习知的USB转换装置，存在下列缺点：

1.只做到界面间传输数据的转换，在电脑主机只能显示转换装置的相关讯息，无法显示所连接的周边设备的相关讯息，使用者不能确实掌握周边设备的状态，使用不方便。

2.不具备线上即插即用的功能，电脑主机不能自动检测周边设备的连接情形，致使使用者因执行程序不当，例如在未连接时执行，将使电脑主机不能正常工作，若用程序模拟，又会影响电脑主机的正常动作，亦会有相容性的问题。

本发明的目的在于提供一种适应通用串行总线的界面转换装置，可将旧有的界面经转换装置与USB界面相适应，并且使电脑主机除可以显示转换装置的讯息外，在周边设备连接时，亦可显示周边设备的讯息，以便使用者能确实掌握周边设备的状态。

本发明的另一目的在于提供可即插即用的通用串行总线转换装置，利用改变USB界面信号线的提升电阻连接与否，可以使电脑主机自动检测，转换装置再传回适当的信息给电脑主机，而使周边设备可即插即用。

本发明的再一目的在于提供一种适合于通用串行总线界面转换装置的控制方法。

为达到上述目的，本发明采取如下措施：

本发明的即插即用USB转换装置，用以将一非PnP界面转换为一PnP的USB界面，可以让非PnP界面的周边设备连接至电脑主机的USB界面，USB界面具有一第一传输线，转换装置主要包括开关、电阻及转换电路。

其中转换电路负责非PnP界面与USB界面间信号的转换，并且由开关控制信号控制开关的切断与导道，电阻则起提升电压作用，其一端耦接至USB界面的第一传输线，另一端经开关连接至正电源。

开关平时处于导通状，当非即插即用界面与周边设备由未连接变为连接状态时，转换电路经由开关控制信号控制开头先切断一短暂时间，再重新导通，电脑主机可察觉周边设备连接的变化，主动检测。

当非即插即用界面与周边设备由连接变为未连接时，同样，转换电路亦经由开关控制信号控制开关先切断(在一短暂时间)，再重新导通。

本发明的一较佳实施例，通用串行总线USB界面包括一个第一传输线及一与其互补的第二传输线，第一传输线可供检测是否连接高速的周边设备，第二传输线可供检测是否连接低速的周边设备，第二传输线可供检测是否连接低速的周边设备。另外一提升电阻所连接的正电源的电位为3.3V。

通用串行总线USB转换装置更包括一数据库，供存放周边设备的数据，供转换电路检测到非即插即用界面连接的周边设备时，可由装置的数据库查询周边设备的相关信息。

本发明的一种适应通用串行总线的周边界面转换装置，其特征在于，包括：一个转换电路、一电源、一电阻及一开关；

所述开关连接在电源与电阻之间，以控制电源的接通与切断；

所述转换电路，一端连接至通用串行总线界面的一传输线及所述电阻的一端，另一端用于连接周边设备界面，以转换周边设备界面与通用串行总线界面之间的信号，并送出一开关控制信号控制开关的接通与切断，二者择一；

当周边界面与周边设备由不连接变为连接时，所述开关控制信号控制开关先在一短暂的时间内切断，再重新导通；

当周边界面与周边设备由连接变为不连接时，所述开关控制信号控制开关先切断，再重新导通。

一种适应通用串行总线的周边界面转换装置的控制方法，包括下列步骤：

将通用串行总线的第一传输线提升至一电源电压；

当周边界面与周边设备由不连接变为连接时，第一传输线与电源短时间切断，再接通；

当周边界面与周边设备由连接变为不连接时，第一传输与电源短时间切断，再接通。

一种线上即插即用通用串列汇流排转换装置的控制方法，所述通用串行总线的第一传输线经一电阻及一开关连接到一电源；

其特征在于，包括下列步骤：

进行第一阶段设定，送出转换电路的讯息给一电脑主机；

检查周边界面是否连接至周边设备，当未连接时，重覆检查直到连接；

判断周边设备为何种形式；

将电阻由第一传输线切断一段时间再接上；

进行第二阶段设定，送出周边设备的讯息给所述电脑主机；

进行主循环步骤，检查周边界面是否连接周边设备，当未连接时，由开关将电源切断一段时间再接上，然后回到第一阶段设定步骤，重覆其后的步骤；

当检查结果为连接时，传送电脑主机的指令给周边设备；以及

回到主循环步骤。

结合较佳实施例及附图，对本发明的装置详细说明如下：

附图简单说明：

图1是本发明的USB转换装置与电脑主机及周边设备连接示意图。

图2是周边设备与USB界面检测设备连接的电路图。

图3是本发明的转换装置的电路方框图。

图4是本发明控制方法的两段式设定的流程图。

图5是本发明控制方法的进阶式设定的流程图。

图6为控制方法中的第一种电路组合示意图

图7为控制方法中的第二种电路组合示意图。

图8为控制方法中的第三种电路组合示意图。

请参照图1，其表示本发明的转换装置与电脑主机及周边设备连接示意图。电脑主机110可检测通过USB界面连接的具即插即用功能的周边设备，但是周边设备130没有USB的界面，是一个不具有即插即用功能的设备，其只能经由其他的界面，如并列界面、SCSI界面或串行界面与电脑主机110连接。但依照图1所示的连接方式，周边设备130的界面经由USB转换装置120，即可转换为具有即插即用功能的USB界面，即当周边设备130经由USB转换装置120连接到电脑主机110时，电脑主机110随即可以检测到周边设备130的存在，并可知道是属于何种设备，而使用适当的驱动程序及应用程序，使用者亦可由电脑主机110使用周边设备130。同样，当周边设备130由电脑主机110分离时，电脑主机110亦可立即检测到其消失的讯息，将相关的驱动程序与应用程序取消，以免使用者误用已不存在的周边设备。

本发明的实施例一，是在周边设备中设置一个电压提升电阻，以将USB界面的传输线的电压提升。

一部接到USB界面的电脑主机，其检测是否有周边设备连接到USB界面的方式如图2所示，USB界面设有两个信号传输线D+及D-，其为互补的传输数据线，其中第一传输线D+可供检测是否连接高速周边设备，第二传输线D-可供检测是否连接低速周边设备，在周边设备210(在此假设为高速周边设备)内部可设有一电压提升(pull up)电阻220，用以将USB界面的第一传输线的电压D+提升至3.3V。当周边设备210连接到电脑主机的USB界面，或是由电脑主机USB界面分离时，都会使电脑主机的USB界面的第一传输线D+的电位改变，电脑主机即可得知周边设备现在是否处于连接状态。因此，本发明的转换装置即利用控制电压提升电阻连接与否，使电脑主机自动检测连接设备的变化，而达到线上即插即用的功能。

如图3所示，其为本发明的另一实施例的电路方框图，转换装置120，可以将非即插即用的界面转换为即插即用的USB界面，非PnP界面可供连接一个不具有PnP界面的周边设备，非PnP界面可以是并行界面、SCSI界面或串行界面。

USB转换装置120除包括一个转换电路310之外，还包括一个数据库320、开关330及电阻340。转换电路310负责转换装置的主要工作，如接收由USB界面送来的电脑主机110的指令或讯息，并可处理此收到的指令或讯息，或再将其转换成非PnP界面的格式送给周边设备130，相对的，亦可接收周边设备130送来的讯息，并处理此讯息或将其转换成USB界面的格式传回电脑主机110。

数据库320中存放着各种可能连接的非PnP界面的周边设备130的相关数据，当转换装置120的非PnP界面连接上一个非PnP界面的周边设备130时，转换电路310即可由数据库320中提取相对应的讯息，例如装置号码(product Id.)，再将此数据送给连接在转换装置120的USB界面的电脑主机110。

电阻340的作用是将USB界面的第一传输线的电压D+提升至3.3V的正电源，开关330则受转换电路310的控制，以决定提升电阻340是否起作用。当开关330切断，提升电阻340没有作用，对电脑主机110而言，如同转换装置120与电脑主机110分离，而当开关330再次导通，提升电阻340将USB界面的第一传输线D+的电压提升至3.3V的正电源，电脑主机110检测到此变化，对电脑主机110来说，如同转换装置120又再次被连接上。

当周边设备130由转换装置120的非PnP界面连接或分离时，转换电路310利用开关330控制提升电阻340的切断后再接上，使电脑主机110主动检测，而达到线上即插即用的作用。例如，当转换装置120连接至电脑主机110时，周边设备130尚未连接至转换装置120的非PnP界面，则转换装置120只将本身的相关数据传送给电脑主机110，电脑主机110亦只提供转换装120的讯息给使用者。在非PnP界面未连接周边设备130时，转换装置会随时检测是否有周边设备边连到非PnP界面，若检测到周边设备130连接至非PnP界面时，转换电路310将会控制开关330处于切断状态，使电阻340无提升作用，此时电脑主机110将认为转换装置120已分离，而将相关讯息除去。经过一段时间后，转换电路310再控制开关330导通，此时电脑主机110将认为转换装置120是新连接的装置，向转换装置120要求相关讯息，转换装置120将刚连上的周边设备130的相关讯息传给电脑主机110，电脑主机110则将此讯息提供给使用者，使用者可立即使用周边设备130。在周边设备130连接着的过程中，转换装置120亦随时检测周边设备130是否已分离，若检测到周边设备130已分离，转换电路120亦将控制开关330将提升电阻340切离正电源，电脑主机110检测到此变化，会将周边设备130的相关讯息除去，使用者无法再继续使用周边设备130。稍后转换电路310再控制开关330将提升电阻340接回正电源，电脑主机110检测到USB界面的变化，将要求转换装置120  将相关讯息，回电脑主机110。经由以上的过程，可知非PnP界面的周边设备经过转换装置120再经由USB界面连接至电脑主机110，可使非PnP界面的周边设备变成一个可在线上即插即用的周边设备。

上述转换装置中的转换电路310为一微控制器，在本实施例中采用型号为PIC16CR57A的微控制器。

为了更详细地说明转换装置120的动作方式，下面以图4及图5的流程图说明其动作过程，其中图4是控制方法中的两阶段式设定(configuration)的流程图，而图5是进阶式设定的流程图。

首先说明图4的固定两阶段设定的动作过程。

步骤410为转换装置120启动后，先进行硬件的初始化(hardwareinitialize)工作。

步骤412为硬件初始化之后，进行第一阶段设定，亦即将转换装置120本身的相关设息传送给电脑主机110。

步骤414为检测是否有周边设备连接至非PnP界面，若检测不到周边设备，则继续重覆检测，直到检测到有周边设备连接，再进行下一步骤。

步骤420为检测到周边设备130连接至非PnP界面，转换电路310根据检测的数据，搜寻数据库320以判断周边设备130是何种设备。

步骤422为确定周边设备130的型式后，转换装置120准备将数据传给电脑主机110，将提升电阻340切断一段时间后再重新接上，使电脑主机110检测到其变化。

步骤424进行第二阶段设定，亦即将周边设备130的相关讯息传送电脑主机。

步骤426为检测周边设备130是否仍保持连线状态。

步骤430为周边设备130仍保持连线，转换装置120将电脑主机110送来的指令转送给周边设备130，或将周边设备送来的数据送给电脑主机110，然后再回到步骤426，如此重覆地为电脑主机110及周边设备130传递讯息。

步骤440为周边设备130已分离时，转换装置120，将提升电阻340切断一段时间后再重新接上，以使电脑主机110得知此变化，然后回到步骤412做第一阶段设定。

下面再依照图5的流程图讨论另一种进阶式(advanced)设定的运作过程。

步骤510为转换装置120启动后，先进行硬件的初始化工作。

步骤512为检测是否有周边设备连接至非PnP界面，若检测到周边设备，则跳至步骤530，若未测到周边设备连线，则至下一步骤。

步骤520未检测到周边设备连线，则进行第一阶段设定，将转换装置120本身的相关设息传送给电脑主机110。

步骤522为检测是否有周边设备连接至非PnP界面，若检测不到周边设备，则继续重覆检测，直到检测到有周边设备连接再进行下一步骤。

步骤530为检测到周边设备130连接至非PnP界面，转换电路310根据检测的数据搜寻数据库320判断周边设备130是何种设备。

步骤532为确定周边设备130的形式后，转换装置120准备将数据传给电脑主机110，将提升电阻340切断一段时间后再重新接上，使电脑主机110检测到其变化。

步骤534进行第二阶段设定，将周边设备130的相关讯息传给电脑主机。

步骤536为检测周边设备130是否仍保持连线状态。

步骤540为周边设备130仍保持连线，转换装置120将电脑主机110送来的指令转送给周边设备130，然后再回到步骤536，重覆为电脑主机110及周边设备130传递讯息。

步骤550为周边设备130已分离，转换装置120，将提升电阻340切断一段时间后再重新接上，以使电脑主机110得知此变化，然后回到步骤512。

两段式设定与进阶式设定的不同处，在于两段式设定固定做完第一阶段设定，再检查是否有周边设备连线，若有，再做第二阶段设定；而进阶式设定则是在进行第一阶段设定之前即先检查是否有周边设备连线，若有则直接进行第二阶段设定。不论采用何种方式，皆可达到线上即插即用的目的，只是过程不同而已。

经由转换装置120连接非PnP界面的周边设备时，在安装时可能有几种组合，如第6图至第8图所示。

第6图所示为第一种组合，在步骤一，只有转换装置120连至电脑主机110，周边设备130并未连接，在电脑主机110会检测并安装转换装置120。到了步骤二，将周连设备130连接至转换装置120的非PnP界面，转换提升电阻340切断再接上，使电脑主机110重新检测并安装周边设备130。

图7所示为第二种组合，在步骤一，周边设备130先连接至转换装置120，转换装置120将先行检测是何种周边设备。到步骤二，转换装置120连接至电脑主机110，电脑主机会检测并安装周边设备130。

图8是第三种组合，在第一步骤时，电脑主机110、转换装置120及周边设备130都已连接，转换装置120将先检测周边设备130的类型，然后电脑主机110会检测并安装周边设备130。

经由以上实施例的讨论可知，USB转换装置可将旧有非PnP界面的周边设备转换成线上即插即用的USB设备，当周边设备经由转换装置连接至电脑后，无需重新开机，电脑随即可以检测并安装连接的周边设备，使旧有非PnP界面的周边设备成为具有线上即插即用的USB设备。

从以上之讨论，可知本实施例的线上即插即用USB转换装置与习知作法比较，具有以下效果：

1、不只做到将旧有界面转换为USB界面，并且在电脑主机上除了能显示转换装置的相关讯息外，亦可显示所连接的周边设备的相关讯息，使用者能确实掌握周边设备的状态，使用较为方便。

2、能增加线上即插即用的功能，藉改变USB界面的信号线的电压提升电阻的作用，使电脑主机能自动检测周边设备的连接情形，并安装或移除相关的程序，不会出使用者执行不适当程序的现象，使电脑主机能正常工作，并且有较佳的相容性。

Claims (8)

1、一种适应通用串行总线的周边界面转换装置，其特征在于，包括：一个转换电路、一电源、一电阻及一开关；

所述开关连接在电源与电阻之间，以控制电源的接通与切断；

所述转换电路，一端连接至通用串行总线界面的一传输线及所述电阻的一端，另一端用于连接周边设备界面，以转换周边设备界面与通用串行总线界面之间的信号，并送出一开关控制信号控制开关的接通与切断，二者择一；

当周边界面与周边设备由不连接变为连接时，所述开关控制信号控制开关先在一短暂的时间内切断，再重新导通；

当周边界面与周边设备由连接变为不连接时，所述开关控制信号控制开关先切断，再重新导通。

2、根据权利要求1所述的转换装置，其特征在于，还包括一数据库，耦接至转换电路，以储存周边设备的信息。

3、根据权利要求1所述的转换装置，其特征在于，所述传输线供检测是否连接高速周边设备。

4、根据权利要求1所述的转换装置，其特征在于，所述转换电路还连接通用串行总线界面的第二传输线以供检测是否连接低速周边设备。

5、根据权利要求1所述的转换装置，其特征在于，所述通用串行总线界面连接一电脑主机。

6、一种适应通用串行总线的周边界面转换装置的控制方法，包括下列步骤：

将通用串行总线的第一传输线提升至一电源电压；

当周边界面与周边设备由不连接变为连接时，第一传输线与电源短时间切断，再接通；

当周边界面与周边设备由连接变为不连接时，第一传输与电源短时间切断，再接通。

7、一种线上即插即用通用串列汇流排转换装置的控制方法，其中，通用串行总线的第一传输线经一电阻及一开关连接到一电源；

其特征在于，包括下列步骤：

进行第一阶段设定，送出转换电路的讯息给一电脑主机；

检查周边界面是否连接至周边设备，当未连接时，重覆检查直到连接；

判断周边设备为何种形式；

将电阻由第一传输线切断一段时间再接上；

进行第二阶段设定，送出周边设备的讯息给所述电脑主机；

进行主循环步骤，检查周边界面是否连接周边设备，当未连接时，由开关将电源切断一段时间再接上，然后回到第一阶段设定步骤，重覆其后的步骤；

当检查结果为连接时，传送电脑主机的指令给周边设备；以及

回到主循环步骤。

8、一种适应通用串行总线的周边界面转换装置的控制方法，其中，通用串行总线的第一传输线经一电阻及一开关连接到一电源；

其特征在于，包括下列步骤：

进行第一次判断，检查周边界面是否连接周边设备；

当检查结果为不连接时，做第一阶段设定，送出转换电路的讯息给电脑主机；

进行第二次判断，检查周边界面是否连接周边设备，当不连接时，重覆检查直到连接；

当第一次判断与第二次判断的结果中有一为连接时，执行以下步骤：

判断周边设备为何种形式；

将所述电阻由第一传输线切断一段时间再接上；

进行第二阶段设定，送出周边设备的讯息给电脑主机；

进行主循环步骤，检查周边界面是否连接周边设备；

当不连接时，由开关将电源切断一段时间再接上，然后回到第一次判断步骤，重覆其后的步骤；

当检查结果为连接时，传送电脑主机的指令给周边设备；以及

回到主循环步骤。

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