CN205375458U

CN205375458U - 一种四通道的多协议通信接口卡

Info

Publication number: CN205375458U
Application number: CN201620054589.8U
Authority: CN
Inventors: 孙绍武; 王敬伟
Original assignee: Beijing Hytch Science And Technology Developmnet Co Ltd
Current assignee: Beijing Hytch Science And Technology Developmnet Co Ltd
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2026-01-20

Abstract

公开了一种四通道的多协议通信接口卡，包括控制模块、串口扩展模块、第一至第四串口模块。串口扩展模块的八位数据线、三位地址线、四路片选信号输入端与控制模块的八位数据线、三位地址线、四路片选信号输出端对应相连，串口扩展模块的第一至第四串行数据通道与第一至第四串口模块对应相连；第一至第四串口模块的可编程控制脚与控制模块的控制端相连，用于接收所述控制模块发送的串口控制信号。本实用新型的通信接口卡可实现四通道多协议、多波特率异步串口通讯，成本低而且使用方便。

Description

一种四通道的多协议通信接口卡

技术领域

本实用新型涉及通信领域，尤其涉及一种四通道的多协议通信接口卡。

背景技术

以下对本实用新型的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本实用新型的现有技术。

目前，在军用通信领域，各类传感器与微处理器之间广泛使用RS232或RS422标准的串口总线传输数据。一般情况下，一个微处理器仅包括一个RS232或RS422标准的串口，不能与传感器进行多串口通信。为了满足多串口通信的要求，往往需要对微处理器的串口进行扩展。

扩展串口主要包括以下两种方法：软件扩展方法和硬件扩展方法。目前，最常见的软件扩展方法是通过I/O接口模拟串口以进行通信。该方法具有成本低、扩展方便等优点，但是存在通讯波特率低、实时性差等缺点。硬件扩展方法是通过增加器件来实现串口的扩展，主要包括利用串行口扩展串行口、利用并行口扩展串行口两种方法。其中，利用并行口扩展串行口由于功能强大、能提供MODEM控制信号、通讯速度高、能对多通道进行不同波特率设置等优点，因此更适用于对实时性、多波特率通信要求较高的军用通信领域。

因此，为了满足军用通信领域中的通信要求，需要设计一种用于串口扩展的高实时性、多波特率的通信接口卡。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种能够用于串口扩展的高实时性、多波特率设置的通信接口卡，以满足军用通信领域的通信需求。

本实用新型的一种四通道的多协议通信接口卡，包括：控制模块、串口扩展模块、第一至第四串口模块；

所述串口扩展模块的八位数据线、三位地址线、四路片选信号端与所述控制模块的八位数据线、三位地址线、四路片选信号端依次对应相连，所述串口扩展模块的第一至第四串行数据通道与第一至第四串口模块依次对应相连；所述串口扩展模块用于将所述控制模块发送的并行数据转换成串行数据后发送至第一至第四串口模块，所述串口扩展模块还用于将第一至第四串口模块发送的串行数据转换成并行数据后发送至所述控制模块；

第一至第四串口模块的可编程控制脚与所述控制模块的控制端相连，用于接收所述控制模块发送的串口控制信号；

其中，第一至第四串行数据通道均包括：串行数据输出端、串行数据输入端、请求发送数据端、接收发送请求端；所述可编程控制脚包括通信协议控制脚、全双工控制脚、节能控制脚、限摆率控制脚。

优选的，所述控制模块的外部中断信号输入端与所述串口扩展模块的中断信号输出端相连，用于接收所述串口扩展模块发送的中断请求；所述控制模块的读使能信号输出端、写使能信号输出端与所述串口扩展模块的读使能端、写使能端相连，用于控制所述串口扩展模块的读写操作。

优选的，所述控制模块的复位信号输出端与所述串口扩展模块的复位信号输入端相连，用于控制所述串口扩展模块的复位。

优选的，所述串口扩展模块的外部时钟端与频率为29.4912MHz的外部晶振电路相连。

优选的，所述串口扩展模块、第一至第四串口模块的电源端均外接3V的电源，并且第一至第四串口模块的外接电容端外接0.1μF的电容。

优选的，所述控制模块为FPGA。

优选的，所述串口扩展模块为TL16C754B芯片。

优选的，第一至第四串口模块为MAX3160芯片。

根据本实用新型的四通道的多协议通信接口卡，包括控制模块、串口扩展模块、第一至第四串口模块。通过将串口扩展模块的八位数据线、三位地址线、与控制模块的八位数据线、三位地址线对应相连，并且将串口扩展模块的第一至第四串行数据通道与第一至第四串口模块依次对应相连，可以实现将控制模块发送的并行数据转换成串行数据，并通过四个通道发送至第一至第四串口模块，还能实现将第一至第四串口模块发送的串行数据转换成并行数据，并发送至控制模块；通过将控制模块的四路片选信号输入串口扩展模块，方便控制模块进行控制，不需要额外的握手连接操作；通过将控制模块与第一至第四串口模块的可编程控制脚相连，可以对第一至第四串口模块的通信协议、通信波特率进行独立的设置，实现独立的四通道串口通信。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本实用新型的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是本实用新型的通信接口卡的结构示意图；

图2是具体实施例中的串口扩展模块的电路连接示意图；

图3是具体实施例中的第一串口模块的电路连接示意图；

1、控制模块；2、串口扩展模块；3、第一串口模块；4、第二串口模块；5、第三串口模块；6、第四串口模块。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。

目前，在军用通信领域中，往往需要微处理器同时与多个传感器进行通信。但是，一般的微处理器只包括一个串口，不能满足多串口通信的需求。而且，在具体应用环境中可能需要多个串口具有不同的通信协议、不同的通信波特率。

针对军用通信领域中对串口扩展的需求，本实用新型提供了一种四通道的多协议通信接口卡。本技术方案的通信接口卡包括：控制模块、串口扩展模块、第一至第四串口模块。通过将串口扩展模块的八位数据线、三位地址线、与控制模块的八位数据线、三位地址线对应相连，并且将串口扩展模块的第一至第四串行数据通道与第一至第四串口模块依次对应相连，可以实现将控制模块发送的并行数据转换成串行数据，并通过四个通道发送至第一至第四串口模块，还能实现将第一至第四串口模块发送的串行数据转换成并行数据，并发送至控制模块；通过将控制模块的四路片选信号输入串口扩展模块，方便控制模块进行控制，不需要额外的握手连接操作；通过将控制模块与第一至第四串口模块的可编程控制脚相连，可以对第一至第四串口模块的通信协议、通信波特率进行独立的软件设置，实现独立的四通道串口通信。

下面结合附图1详细说明本实用新型的技术方案。图1给出了本实用新型的通信接口卡的结构示意图，包括控制模块1、串口扩展模块2、第一串口模块3、第二串口模块4、第三串口模块5、第四串口模块6。其中，控制模块可以是FPGA(现场可编程门阵列)芯片、DSP(数字信号处理)芯片或者ARM芯片。串口扩展模块为UART(通用异步收发传输器)芯片，用于实现并行数据与串行数据的转换。优选的，串口扩展模块为TL16C754B芯片。第一至第四串口模块用于实现串口的电平转换，可优先选取MAX3160芯片。

控制模块1的八位数据线端与串口扩展模块2的八位数据线端相连，控制模块1的三位地址线端与串口扩展模块2的三位地址线端相连，控制模块1的四路片选信号端与串口扩展模块2的片选信号端相连。控制模块1通过与串口扩展模块2相连，可将处理得到的并行数据发送至串口扩展模块2，并可接收串口扩展模块2发送的并行数据。而且，通过向串口控制模块2输入四路片选信号，可便于对通信过程进行控制，不需要额外的握手连接操作。

串口扩展模块2除了数据线、地址线、四路片选信号端与控制模块1上对应的接口相连，串口扩展模块2上的第一至第四串行数据通道还与第一至第四串口模块依次对应相连。串口扩展模块2通过与控制模块1、第一至第四串口模块相连，可接收控制模块1发送的并行数据，并将并行数据转换成串行数据，然后通过第一至第四串行数据通道输出至第一至第四串口模块；串口扩展模块2还可用于从第一至第四串口模块接收串行数据，并将串行数据转换成并行数据，然后输出至控制模块1。其中，对于第一至第四串行数据通道中的每一个均包括以下接口：串行数据输出端、串行数据输入端、请求发送数据端、接收发送请求端。

此外，第一至第四串口模块的可编程控制脚与控制模块1的控制端相连，用于接收所述控制模块发送的串口控制信号。其中，所述可编程控制脚包括通信协议控制脚、全双工控制脚、节能控制脚、限摆率控制脚。本实用新型通过控制模块1对第一至第四串口模块的可编程控制脚进行编程控制，可以使第一至第四串口模块配置不同的通信协议、通信波特率，以满足相互独立的多通道串口通信的需求。

在实施时，还可将控制模块1的外部中断信号输入端与串口扩展模块2的中断信号输出端相连，用于接收串口扩展模块2发送的中断请求，使控制模块1以中断模式工作；还可将控制模块1的读使能信号输出端、写使能信号输出端与串口扩展模块2的读使能端、写使能端相连，用于控制所述串口扩展模块的读写操作。在实施时，还可将控制模块1的复位信号输出端与串口扩展模块2的复位信号输入端相连，用于控制串口扩展模块2的复位。

在实施时，串口扩展模块2还外接有外部晶振电路。优选的，串口扩展模块2的外部时钟端与频率为29.4912MHz的外部晶振电路相连，可用于提供军用通信领域中所需的各种通讯波特率，如9.6kbps、19.2kbps、115.2kbps、614.4kbps，1.8432Mbps等。此外，在实施时，控制模块1、串口扩展模块2、第一至第四串口模块的电源端均外接3V的电源，在第一至第四串口模块的外接电容端外接有0.1μF的电容。

下面结合附图2、附图3给出本实用新型的一个具体实施例。在本具体实施例中，控制模块1选用FPGA芯片，串口扩展模块2选用TL16C754B芯片，第一至第四串口模块分别选用MAX3160芯片。

其中，TL16C754B芯片内置4套可独立工作的UART系统，其数据传输速率可高达3Mbps。该芯片具有64字节的发送FIFO和接收FIFO，并且FIFO的触发等级可通过编程控制。此外，该芯片还具有软件、硬件流控制功能、内部闭环测试功能，并可对数据传输速率、串行数据格式进行设置。

MAX3160芯片一种高性能管脚可编程的多协议收发器件，可通过引脚设置为2Tx/2Rx(双发送双接收)的RS232协议接口或者单路RS485/RS422收发器。该芯片采用低压差发送输出级和内部双电荷泵结构，在+3V～+5V电源供电时可满足RS232和RS485/RS422协议。

图2为本具体实施例的串口扩展模块的电路连接示意图，从图中可见，控制模块1选取FPGA芯片，串口扩展模块2选取TL16C754B芯片。其中，TL16C754B芯片上的引脚连接关系如下：其八位数据线D0～D7端与FPGA芯片上的八位数据线FPGA_IO_D0～FPGA_IO_D7端对应相连，用于并行数据的双向传输；三位地址线A0～A2端与FPGA芯片的FPGA_A0～FPGA_A2端对应相连，用于选择TL16C754B芯片内部的寄存器地址；四路片选信号端CSA～CSD与FPGA芯片的FPGA_CSAn～FPGA_CSDn对应相连，用于选择TL16C754B扩展出的具体串口。本具体实施例中，TL16C754B芯片能接收FPGA芯片发送的并行数据，并将所述并行数据转换成串行数据，然后将串行数据通过其第一至第四串行通道中的任一通道输出；TL16C754B芯片还能从其第一至第四串行通道中的任一通道接收串行数据，并将接收的串行数据转换成并行数据，并将并行数据发送至FPGA芯片。为了提高FPGA芯片与TL16C754B芯片的通信效率，两者采用中断模式进行通信，因此需将TL16C754B芯片的四路中断信号端INTA～INTD与FPGA的INTA～INTD端对应相连、另外，将读使能端IOR与FPGA芯片的FPGA_IOR1端相连，写使能端LOW与FPGA芯片的FPGA_LOW4端相连。在具体实施时，还将TL16C754B芯片的复位端RESET与FPGA的SYS_RESET_INPUT端相连，用于通过FPGA芯片控制TL16C754B芯片的复位。

图2还示出了TL16C754B芯片与MAX3160芯片的引脚连接关系。TL16C754B芯片包括四个串行数据传输通道，即第一至第四串行数据通道。在本具体实施例中，每个串行数据传输通道均与一个MAX3160芯片相连。具体的，TL16C754B芯片上与四个MAX3160芯片的引脚连接关系包括：四个请求发送数据端VK_CTS0～VK_CTS3，四个接收发送请求端VK_RTS0～VK_RTS3，四个串行数据输出端VK_TXD0～VK_TXD3，四个串行数据输入端VK_RXD0～VK_RXD3。TL16C754B芯片通过与四个MAX3160芯片相连，可将串行数据通过第一至第四串行数据传输通道输出至MAX3160芯片，还能接收MAX3160芯片发送的串行数据。

除了与FPGA芯片、MAX3160芯片相连外，TL16C754B芯片的引脚连接关系还包括：外部时钟端XTAL1与频率为29.4912MHz的外部晶振电路相连，可用于提供军用通信领域所需的各种波特率，如9.6kbps、19.2kbps、115.2kbps、614.4kbps，1.8432Mbps等；电源端Vcc外接3V的电源，用于为TL16C754B芯片提供所需的工作电平。

图3为本具体实施例的第一串口模块的电路连接示意图。本发明实施例中，第一至第四串口模块均选用MAX3160芯片，并且每个MAX3160芯片的引脚连接关系均相同。从图3可见，MAX3160芯片与TL16C754B芯片、FPGA芯片均相连。在已描述MAX3160芯片与TL16C754B芯片的引脚连接关系的基础上，下面对MAX3160芯片与FPGA芯片的引脚连接关系进行介绍。从图3可见，MAX3160芯片的RS-485/RS-232n引脚与FPGA芯片的EN1_RS232n控制端相连，用于配置MAX3160芯片的通信协议标准：当该引脚的输入电平为低电平时，MAX3160芯片配置为RS-232标准，当输入电平为高电平时，MAX3160芯片配置为RS-485或RS-422标准。MAX3160芯片的HDPLX引脚与FPGA芯片的HALF/DUPLEX1相连，用于配置MAX3160芯片的通信方式：当该引脚的输入电平为低电平时，MAX3160芯片配置为全双工状态，当输入电平为高电平时，MAX3160芯片配置为半双工状态。MAX3160芯片的节能控制端SHDNn与FPGA芯片的SHDN1n端相连，当其输入为低电平时关断收发器和内部的充电泵。另外，MAX3160芯片的限摆率控制端FAST与FPGA芯片的FAST1相连，用于控制数据传输速率：当输入电平为低电平时，传输速率为250kbit/s，并可有效降低EMI干扰；当输入电平为高电平时，RS-485或RS-422标准下的传输速率可达10Mbit/s，RS-232标准下的传输速率可达1Mbit/s。通过将MAX3160芯片的RS-485/RS-232n、HDPLX、SHDNn、FAST引脚与FPGA上相应的控制端相连，可以通过软件控制其电平的高低，从而实现多协议串口的编程控制。

本具体实施例中的通信接口卡具体选用FPGA芯片、TL16C754B芯片、MAX3160芯片，可实现四通道的多协议异步串口通信，并且可通过FPGA芯片对各通道的通信波特率、通信协议进行编程控制。

虽然参照示例性实施方式对本实用新型进行了描述，但是应当理解，本实用新型并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims

1.一种四通道的多协议通信接口卡，其特征在于，所述通信接口卡包括：控制模块、串口扩展模块、第一至第四串口模块；

2.如权利要求1所述的通信接口卡，其中，所述控制模块的外部中断信号输入端与所述串口扩展模块的中断信号输出端相连，用于接收所述串口扩展模块发送的中断请求；所述控制模块的读使能信号输出端、写使能信号输出端与所述串口扩展模块的读使能端、写使能端相连，用于控制所述串口扩展模块的读写操作。

3.如权利要求1所述的通信接口卡，其中，所述控制模块的复位信号输出端与所述串口扩展模块的复位信号输入端相连，用于控制所述串口扩展模块的复位。

4.如权利要求1所述的通信接口卡，其中，所述串口扩展模块的外部时钟端与频率为29.4912MHz的外部晶振电路相连。

5.如权利要求1所述的通信接口卡，其中，所述串口扩展模块、第一至第四串口模块的电源端均外接3V的电源，并且第一至第四串口模块的外接电容端外接0.1μF的电容。

6.如权利要求1所述的通信接口卡，其中，所述控制模块为FPGA。

7.如权利要求1所述的通信接口卡，其中，所述串口扩展模块为TL16C754B芯片。

8.如权利要求1所述的通信接口卡，其中，第一至第四串口模块为MAX3160芯片。