CN201607724U - 一种支持多线程操作的usb hub - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了USB HUB技术领域中的一种支持多线程操作的USB HUB。所述USB HUB与上位机、USB设备分别相连，包括：接口模块、取电模块、通讯模块、主控模块、设置模块、供电模块和端口模块；接口模块与上位机、取电模块和通讯模块相连；取电模块与接口模块、主控模块和供电模块相连；通讯模块与接口模块、主控模块和端口模块分别相连；主控模块与取电模块、通讯模块、设置模块和供电模块分别相连；设置模块与主控模块相连；供电模块与取电模块、主控模块和端口模块分别相连；端口模块与通讯模块、供电模块和USB设备分别相连。所述USB HUB不仅具有电流检测功能，还可以对USB HUB进行标识。

Description

一种支持多线程操作的USB HUB

技术领域

本实用新型属于USB HUB技术领域，尤其涉及一种支持多线程操作的USBHUB。

背景技术

USB HUB是一种可以将一个USB接口扩展成为多个独立工作的USB接口，并使这些USB接口可以同时使用的装置。其中，USB(Universal Serial Bus)就是通用串行总线，也称通用串联接口，HUB是大家常说的集线器，它应用于使用星型拓扑结构的网络中，连接多个计算机或网络设备，并且USB HUB直接与电脑相连，无须外接电源，简单好用，电脑自动识别安装，无须驱动程序，即插即用。

目前，随着电脑的普及，相应带动了电脑包括USB HUB在内的周边产品的飞速发展。USB HUB以其使用方便、可靠性好等特点受到了消费者的普遍欢迎，但是现有的USB HUB中没有检测电流的功能，即使有些USB HUB有电流检测功能，但是由于USB HUB上没有明确的标识，因此难以实现一台上位机上连接多个USB HUB进行使用，即使当上位机上同时连接多个USB HUB进行操作时，也会因为用户无法对USB HUB进行区分，不能对这多个USB HUB进行控制，也就不能知道每个USB HUB的操作细节和结果。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种支持多线程操作的USB HUB，用于解决现有USB HUB中没有电流检测功能以及检测出电流后没有明确的标识的缺陷。

技术方案是，一种支持多线程操作的USB HUB，所述USB HUB与上位机、USB设备分别相连，其特征在于，所述USB HUB包括：接口模块、取电模块、通讯模块、主控模块、设置模块、供电模块和端口模块；

所述接口模块与所述上位机、所述取电模块和所述通讯模块分别相连；

所述取电模块与所述接口模块、所述主控模块和所述供电模块分别相连；

所述通讯模块与所述接口模块、所述主控模块和所述端口模块分别相连；

所述主控模块与所述取电模块、所述通讯模块、所述设置模块和所述供电模块分别相连；

所述设置模块与所述主控模块相连；

所述供电模块与所述取电模块、所述主控模块和所述端口模块分别相连；

所述端口模块与所述通讯模块、所述供电模块和所述USB设备分别相连。

所述接口模块、取电模块、通讯模块、设置模块、供电模块和端口模块中的至少一个模块与主控模块集成在一个控制芯片上。

所述设置模块具体为按轮开关、拨盘开关、拨轮开关、摇臂开关、拨动开关、旋转开关、DIP开关、拨码开关、滑动开关或跳线。

所述通讯模块包括：中转单元、第一通讯单元、第二通讯单元和第三通讯单元；

所述中转单元与所述第一通讯单元、所述第二通讯单元和所述第三通讯单元分别相连，并且所述中转单元通过所述第二通讯单元与所述主控模块相连；

所述第一通讯单元通过所述接口模块与所述上位机相连；

所述第三通讯单元通过所述端口模块与所述USB设备相连。

所述USB HUB还包括：电流处理模块、电压检测模块、报警模块、A/D转换模块、端口控制模块和显示模块；

所述电流处理模块与所述主控模块、所述电压检测模块和所述端口模块分别相连；

所述电压检测模块与所述主控模块、所述电流处理模块、所述报警模块和所述A/D转换模块分别相连；

所述报警模块与所述主控模块和所述电压检测模块分别相连；

所述A/D转换模块与所述主控模块和所述电压检测模块分别相连；

所述端口控制模块与所述主控模块和所述端口模块分别相连；

所述显示模块与所述主控模块和所述端口模块分别相连。

所述接口模块、所述取电模块、所述通讯模块、所述设置模块、所述供电模块、所述端口模块、所述电流处理模块、所述电压检测模块、所述报警模块、所述A/D转换模块、所述端口控制模块和所述显示模块中的至少一个模块与所述主控模块集成在一个控制芯片上。

所述报警模块具体为二极管LED和/或蜂鸣器。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供了一种支持多线程操作的USBHUB，该USB HUB不仅具有电流检测功能，并且通过该USB HUB进行设置(如设有各种开关)，能够对该USB HUB进行标识，因此可以在上位机上同时插入多个USB HUB，从而用户可以通过USB HUB上的设置对相应地USB HUB进行区分，便于用户对USB HUB进行控制，并且上位机也可以读取USB HUB的标识，以及插在USB HUB上的各个USB设备的端口号，从而显示USB设备的相关信息，便于用户知道每个USB HUB的操作细节和结果。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的USB HUB的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的USB HUB的另一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的接口模块的具体实现电路图；

图4为本实用新型实施例提供的取电模块的具体实现电路图；

图5为本实用新型实施例提供的通讯模块的具体实现电路图；

图6为本实用新型实施例提供的主控模块的具体实现电路图；

图7和图8为本实用新型实施例提供的设置模块的具体实现电路图；

图9为本实用新型实施例提供的供电模块的具体实现电路图；

图10为本实用新型实施例提供的电流处理模块、电压检测模块和报警模块的具体实现电路图；

图11为本实用新型实施例提供的A/D转换模块的具体实现电路图；

图12为本实用新型实施例提供的端口控制模块的具体实现电路图；

图13为本实用新型实施例提供的显示模块的具体实现电路图；

图14为本实用新型实施例提供的端口模块的具体实现电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步解释。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

实施例

为了使上位机应用程序能够对插在上位机上的多个USB HUB进行控制，本实用新型实施例提供了一种支持多线程操作的USB HUB。在本实施例中，USB HUB 100上有8个端口，即8个USB接口，可以连接8个USB设备。图1为本实用新型实施例提供的USB HUB的结构示意图，图1中，该USB HUB 100与上位机200、USB设备300分别相连，其中，USB HUB 100可以包括：接口模块101、取电模块102、通讯模块103、主控模块104、设置模块105、供电模块106和端口模块107。

接口模块101与上位机200、取电模块102和通讯模块103分别相连，用于将USB HUB 100与上位机200进行连接。

取电模块102与接口模块101、主控模块104和供电模块106分别相连，用于在主控模块104的控制下通过接口模块101从上位机200上获取电量提供给供电模块106。

通讯模块103与接口模块101、主控模块104和端口模块107分别相连，用于通过接口模块101与上位机200进行通讯，还用于与主控模块104进行通讯，还用于通过端口模块107与USB设备300进行通讯。

主控模块104与取电模块102、通讯模块103、设置模块105和供电模块106分别相连，用于控制USB HUB 100中的各模块的各种操作。

设置模块105，用于控制该USB HUB 100的ID号，并且设置模块105与主控模块104相连，主控模块104可以通过查询每个USB HUB 100的设置模块105的I/O口(input/output输入输出端口)的电流信号来确定USB HUB 100的ID号。

在本实施例中，设置模块105具体包括按轮开关(拨盘开关)、拨轮开关、摇臂开关、拨动开关、旋转开关、DIP开关(拨码开关)、滑动开关或跳线。

具体地，本实施例中，上位机上插有3个USB HUB，用户通过设置模块105控制这3个USB HUB的ID号分别为1、2、3，对应的二进制分别为001、010、011，其中，在本实施例中0对应着低电平，1对应着高电平，则当主控模块104查询到某个设置模块105的I/O口的电流信号为低电平、高电平、低电平时，则表示该USB HUB的ID号为2，相应地，上位机可以读取USB HUB的ID号，以及插在USB HUB上的各个USB设备的端口号，从而显示各个USB设备的相关信息。

供电模块106与取电模块102、主控模块104和端口模块107分别相连，用于在主控模块104的控制下对插在端口模块107上的USB设备300进行供电。

具体地，当主控模块104接收到上位机发送的对USB设备进行操作的命令时，则主控模块104控制供电模块106对上述USB设备300进行供电。

端口模块107与通讯模块103、供电模块106和USB设备300相连，用于USBHUB 100与USB设备300进行连接。

接口模块101、取电模块102、通讯模块103、设置模块105、供电模块106和端口模块107中的至少一个模块与主控模块104集成在一个控制芯片上。

进一步地，参见图2，图2为本实用新型实施例提供的USB HUB的另一种结构示意图。图2中，通讯模块103具体包括：中转单元1031、第一通讯单元1032、第二通讯单元1033和第三通讯单元1034。

中转单元1031与第一通讯单元1032、第二通讯单元1033和第三通讯单元1034分别相连，并且中转单元1031通过第一通讯单元1032以及接口模块101与上位机200相连，通过第二通讯单元1033与主控模块104相连，通过第三通讯单元1034以及端口模块107与USB设备300相连。中转单元1031与第一通讯单元1032、第二通讯单元1033和第三通讯单元1034，共同用于中转上位机200与主控模块104之间的通讯，以及用于中转上位机200与USB设备300之间的通讯。

第一通讯单元1032通过接口模块101与上位机200相连，用于与上位机200进行通信。

第二通讯单元1033与主控模块104相连，用于与主控模块104进行通信。

第三通讯单元1034通过端口模块107与USB设备300相连，用于与USB设备300进行通信。

并且，USB HUB 100还可以包括：电流处理模块108、电压检测模块109、报警模块110、A/D转换模块111、端口控制模块112和显示模块113。

电流处理模块108与主控模块104、端口模块107和电压检测模块109分别相连，用于在主控模块104的控制下对端口的电流进行采集，并对采集到的电流进行转换，将电流按照一定的比例转换成电压。

电压检测模块109与主控模块104、电流处理模块108、报警模块110和A/D转换模块111分别相连，用于在主控模块104的控制下对电流处理模块108转换得到的电压进行检测，判断转换得到的电压是否在允许的阈值以内，若不在允许的阈值以内，则通知报警模块110进行报警。

报警模块110与主控模块104和电压检测模块109分别相连，用于在主控模块104的控制下，当电压检测模块109检测到电压不在允许的阈值以内时进行报警，在本实施例中报警模块110具体为二极管LED和蜂鸣器，即当电压检测模块109检测得到电压不在允许的阈值以内时，二极管LED发出红光进行报警，蜂鸣器发出蜂鸣短音进行报警。

A/D转换模块111与主控模块104和电压检测模块108分别相连，用于在主控模块104的控制下对电压检测模块109转换得到的电压进行采集、量化，将模拟化的电压转换成数字化的电压，相应地，主控模块104从A/D转换模块111中读取数字化的电压，根据该电压值拟合出电流值，从而可以确定电流处理模块108采集电流的那个端口上的电流大小。

端口控制模块112与主控模块104和端口模块107分别相连，用于在主控模块104的控制下控制端口模块107的各个端口中的电源线和数据线。

显示模块113与主控模块104和端口模块107分别相连，用于在主控模块104的控制下对端口模块107中各个端口的工作状态进行显示，当端口正常工作时，则显示绿灯亮，当端口不正常工作时，则显示红灯亮。

在本实施例中，显示模块113可以分为8部分，分别对应着8个端口，用于对各个端口的工作状态进行显示，如当端口0正常工作时，则显示模块113中对应着端口0的部分显示绿灯亮，当端口4不正常工作时，则显示模块113中对应着端口4的部分显示红灯亮。

接口模块101、取电模块102、通讯模块103、设置模块105、供电模块106、端口模块107、电流处理模块108、电压检测模块109、报警模块110、A/D转换模块111、端口控制模块112和显示模块113中的至少一个模块与主控模块104集成在一个控制芯片上。

进一步地，下面结合具体实现电路图来对USB HUB中的各个功能模块进行详细地描述。

参见图3，图3为本实用新型实施例提供的接口模块的具体实现电路图。图3中，接口模块用于USB HUB与上位机之间进行连接，R52为一个压敏电阻，用来防止电压过大时损坏USB HUB内部元器件，C14，C15，C16为滤波电容，用来去除信号噪声和电源噪声，D+信号线通过上拉电阻R13连接至3V电压源，D-则没有加上拉电阻，这是为了匹配USB协议的全速传输模式，这样就形成了全速传输模式的USB接口。

参见图4，图4为本实用新型实施例提供的取电模块的具体实现电路图。图4中，取电模块，用于给USB HUB提供电能，具体地，当USB HUB与上位机通过接口模块连接时，则取电模块从上位机上获取电能供给USB HUB，是常规供电，此时开关S2指向右边的接口2进行导通，当USB HUB与仿真器进行连接时，则取电模块从仿真器上获取电能供给USB HUB，是靠仿真器供电，此时开关S2指向上面的接口3进行导通。

参见图5，图5为本实用新型实施例提供的通讯模块的具体实现电路图。图5中，通讯模块，用于通过接口模块与上位机进行通讯，用于与主控模块进行通讯，还用于通过端口模块与USB设备进行通讯，通讯模块具体包括中转单元、第一通讯单元、第二通讯单元和第三通讯单元。图5中的AU9254A21芯片对应为中转单元，D+和D-对应为第一通讯单元，D2+和D2-对应为第二通讯单元，D1+和D1-对应为第三通讯单元，AU9254A21芯片通过D+和D-经接口模块与上位机相连，通过D2+和D2-与主控模块中的D2+和D2-相连，通过D1+和D1-经端口模块与USB设备相连，用于中转上位机与主控模块之间的通讯，以及用于中转上位机与USB设备之间的通讯，并且第一通讯单元与接口模块和上位机分别相连，用于与上位机进行通讯，第二通讯单元与主控模块相连，用于与主控模块进行通讯，第三通讯单元与端口模块和USB设备分别相连，用于与USB设备进行通讯。

参见图6，图6为本实用新型实施例提供的主控模块的具体实现电路图。图6中，主控模块，用于控制USB HUB中的各模块的各种操作，其中图6中的U13芯片对应着主控模块，D2+和D2-与第二通信单元的D2+和D2-相连，通过D2+和D2-与中转模块AU9254A21芯片进行通信。

参见图7和图8，图7和图8均为本实用新型实施例提供的设置模块的具体实现电路图，图7和图8均是以设置模块为开关为例来进行说明。图7和图8中的R65电阻均是限流电阻，R65电阻另一端的VCC用来控制开关的高电平电压大小，J7作为开关接口，开关的BCD输出，即图7和图8中的DI P1、DIP2和DIP3三条线连接于主控模块U13芯片中的三条I/O线上，因此，当主控模块要查询USBHUB的ID号时，主控模块U13芯片可以通过读取三条I/O线上的电平确定开关的数值，从而确定USB HUB对应的ID号，并且图8中还有DIP4到DIP8五条线，可以完成USB HUB的扩展功能。

参见图9，图9为本实用新型实施例提供的供电模块的具体实现电路图。图9中，供电模块，用于给插在USB HUB上的USB设备提供电能，图9中的U2(MAX4638)芯片起到一个多路选择开关的作用，连接于主控模块U13芯片与端口模块的电源线之间，上位机可以通过控制主控模块U13芯片的I/O电平，即PTA0(S0)、PTA1(S1)和PTA2(S2)三根线上的电平，从而控制U2(MAX4638)芯片的某一路电平高低，即控制某个USB HUB中的某个端口的电平高低，使得电源线上的三极管导通或关闭，当三极管导通时，电源能够顺利进入设备，就达到了对指定的USB HUB中的指定端口供电的目的。

参见图10，图10为本实用新型实施例提供的电流处理模块、电压检测模块和报警模块的具体实现电路图。图10中包含有电流处理模块、电压检测模块和报警模块。其中U9(MAX471)、F1和R36构成了电流处理模块，用于对电流进行采集以及将采集到的电流按照一定的比例转化为电压，R57、D7、R46、R58、R47、R44、R45、R54、U10、R50、R48、R49、U12、R37、U6、R62、R63、R60、R59、R53、C23、R64、R12、U5和Q11构成了电压检测模块，用于对转换得到的电压进行检测，判断转换得到的电压是否在允许的阈值以内，D5、D6和B1构成了报警模块，用于当电压检测模块检测得到电压超出允许的阈值以内时进行报警，即D5、D6二极管LED发出红光，B1蜂鸣器发出蜂鸣短音进行报警，实现硬件电流监测，同时，还可以通过主控芯片来控制D5、D6二极管LED和蜂鸣器，使得软件电流监测得以实现。

参见图11，图11为本实用新型实施例提供的A/D转换模块的具体实现电路图。图11中，A/D转换模块，通过图11中的TLC1549芯片将模拟化的电压信号转化成数字化的电压信号，即当前的模拟化的电压信号由AnalogIN端进入TLC1549芯片，TLC1549芯片的DATA OUT端输出的为数字化的电压信号。

参见图12，图12为本实用新型实施例提供的端口控制模块的具体实现电路图。图12中的两个MAX4638芯片、图9中的MAX4638芯片以及图10中的MAX4638芯片一起组成了端口控制模块，用于在主控模块的控制下控制端口模块的各个端口中的电源线和数据线。

参见图13，图13为本实用新型实施例提供的显示模块的具体实现电路图。图13中，显示模块，用于对端口模块中各个端口的工作状态进行显示，其中图13中的8个块分别对应着端口模块中的8个端口，如图中的VCC_CH0与端口模块中的VCC_CH0相连，D1用于指示端口0的工作状态，当端口0工作正常时，D1显示绿灯亮，当端口0工作不正常时，D1显示红灯亮，VCC_CH3与端口模块中的VCC_CH3相连，D4用于指示端口3的工作状态等。

参见图14，图14为本实用新型实施例提供的端口模块的具体实现电路图。图14中，端口模块，用于USB HUB与USB设备进行连接，图14中有8个端口，即8个USB接口，USB1、USB2、USB3、USB4、USB5、USB6、USB7和USB8，可以接入8个USB设备，并且每个端口中有4根线，1根电源线，2根数据线和一根接地的线，如USB5中有电源线VCC_CH4，数据线D-CH4和D+CH4，以及一根接地的线。

本实用新型实施例提供了的支持多线程操作的USB HUB，该USB HUB不仅具有电流检测功能，并且通过对该USB HUB进行设置(如设有开关)，能够对USB HUB进行标识，因此可以在上位机上同时插入多个USB HUB，从而用户可以通过USB HUB上的设置来对相应地USB HUB进行区分，便于用户对USB HUB进行控制，并且上位机也可以读取USB HUB的标识，以及插在USB HUB上的各个USB设备的端口号，从而显示USB设备的相关信息，便于用户知道每个USB HUB的操作细节和结果。

以上所述实施例，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种支持多线程操作的USB HUB，所述USB HUB与上位机、USB设备分别相连，其特征在于，所述USB HUB包括：接口模块、取电模块、通讯模块、主控模块、设置模块、供电模块和端口模块；

所述接口模块与所述上位机、所述取电模块和所述通讯模块分别相连；

所述取电模块与所述接口模块、所述主控模块和所述供电模块分别相连；

所述通讯模块与所述接口模块、所述主控模块和所述端口模块分别相连；

所述主控模块与所述取电模块、所述通讯模块、所述设置模块和所述供电模块分别相连；

所述设置模块与所述主控模块相连；

所述供电模块与所述取电模块、所述主控模块和所述端口模块分别相连；

所述端口模块与所述通讯模块、所述供电模块和所述USB设备分别相连。

2.根据权利要求1所述的一种支持多线程操作的USB HUB，其特征在于，所述接口模块、取电模块、通讯模块、设置模块、供电模块和端口模块中的至少一个模块与主控模块集成在一个控制芯片上。

3.根据权利要求1所述的一种支持多线程操作的USB HUB，其特征在于，所述设置模块具体为按轮开关、拨盘开关、拨轮开关、摇臂开关、拨动开关、旋转开关、DIP开关、拨码开关、滑动开关或跳线。

4.根据权利要求1所述的一种支持多线程操作的USB HUB，其特征在于，所述通讯模块包括：中转单元、第一通讯单元、第二通讯单元和第三通讯单元；

所述中转单元与所述第一通讯单元、所述第二通讯单元和所述第三通讯单元分别相连，并且所述中转单元通过所述第二通讯单元与所述主控模块相连；

所述第一通讯单元通过所述接口模块与所述上位机相连；

所述第三通讯单元通过所述端口模块与所述USB设备相连。

5.根据权利要求1或4所述的一种支持多线程操作的USB HUB，其特征在于，所述USB HUB还包括：电流处理模块、电压检测模块、报警模块、A/D转换模块、端口控制模块和显示模块；

所述电流处理模块与所述主控模块、所述电压检测模块和所述端口模块分别相连；

所述电压检测模块与所述主控模块、所述电流处理模块、所述报警模块和所述A/D转换模块分别相连；

所述报警模块与所述主控模块和所述电压检测模块分别相连；

所述A/D转换模块与所述主控模块和所述电压检测模块分别相连；

所述端口控制模块与所述主控模块和所述端口模块分别相连；

所述显示模块与所述主控模块和所述端口模块分别相连。

6.根据权利要求5所述的一种支持多线程操作的USB HUB，其特征在于，所述接口模块、所述取电模块、所述通讯模块、所述设置模块、所述供电模块、所述端口模块、所述电流处理模块、所述电压检测模块、所述报警模块、所述A/D转换模块、所述端口控制模块和所述显示模块中的至少一个模块与所述主控模块集成在一个控制芯片上。

7.根据权利要求5所述的一种支持多线程操作的USB HUB，其特征在于，所述报警模块具体为二极管LED和/或蜂鸣器。

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