CN208298176U - 一种多功能多接口通信板卡 - Google Patents
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Abstract
一种多功能多接口通信板卡，包括与CPCI总线连接的CPCI转UART模块，CPCI转UART模块转换的多路UART串口中的每一路均连接CAN通道转换模块和COM通道转换模块，通过CAN通道转换模块或COM通道转换模块转换为CAN总线通道或COM总线通道。本实用新型的功能集成度更高。单板集成串口和CAN总线接口，且每种功能最多支持8通道输出，解决了目前业内主流扩展板卡扩展能力不足的缺点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种通信板卡，尤其涉及一种扩展功能更优、扩展端口更多的通信板卡。
背景技术
在工控系统设计过程中，通常会用到各种各样的通信接口，如常用的串口、CAN以及网络等，而且同一种接口可能使用多路。当遇到多种或多路接口同时使用的情况时，单张板卡拥有的接口就无法满足需求，需要在设备内增加通信板卡数量，来满足通信接口种类及数量上的需求。目前行业内主流工控外设板卡主要有以下特征。
1.基于标准高速总线的较高传输速率及很强扩展性，板卡一般依托于高速通信总线接口进行设计，如PCI/CPCI、PCI-E以及miniPCI-E等。
2.因为通信接口的常用性，板卡中通信板卡种类较多，如常用的CAN通信板卡、串口通信板卡等。
3.通信板卡对外通信接口多为2路或4路，板卡接口种类相同；当接口数量不够时，可增加板卡数量。
而目前主流的外设通信板卡主要存在以下缺点：
1.单板支持的扩展通道数量较少。目前主流CPCI串口卡或CAN卡仅支持扩展双路或四路通道，若系统需要更多数量的通信端口，只能通过增加外设板卡的数量来实现；过多的板卡数量，不仅增加了系统整体设计成本，而且占用了更多的卡槽资源。
2.单板支持的扩展功能种类单一。对于常用通信端口，如串口、CAN等，不同接口需要采用不同的板卡进行扩展，既增加了板卡种类及系统复杂度，又有可能造成资源浪费。
3.单板一般采用前面板出线方式。前面板出线时，若信号线较多，线缆较粗，会影响整
体工艺美观度；若前出线连接器体积较大，前面板无位置放置信号指示灯等，会减少设备状态指示功能。
4.单板设计方案较为复杂。一部分通信板为了实现接口扩展，采用FPGA控制器为架构进行设计，FPGA相对于普通嵌入式单片机来说，软、硬件设计相对复杂，还会涉及PC端软件驱动编写等问题。
实用新型内容
本实用新型提供一种扩展功能更优、扩展端口数量更多的通信板卡，以解决现有技术存在的问题。
本实用新型采用以下技术方案：
一种多功能多接口通信板卡，包括与CPCI总线连接的CPCI转UART模块，CPCI转UART模块转换的多路UART串口中的每一路均连接CAN通道转换模块和COM通道转换模块，通过CAN通道转换模块或COM通道转换模块转换为CAN总线通道或COM总线通道。
通信板卡通过CPCI总线与主机控制器相连。
所述每一路UART串口均通过通道选择电路连接CAN通道转换模块和COM通道转换模块。
所述通道选择电路为双刀双掷开关或者跳帽线。
所述CPCI转UART模块为PCI桥接芯片，PCI桥接芯片将CPCI总线转换为8路UART串口。
所述CAN通道转换模块和COM通道转换模块均通过隔离电路连接外部的CAN接口和COM接口。
所述CAN通道转换模块和COM通道转换模块分别为TTL转CAN模块和TTL转COM模块。
所述COM通道能够通过模式选择电路配置为RS232、RS485、RS422中的一种。
所述模式选择电路为通过拨码开关控制TTL转COM模块的模式配置管脚电平状态，通过管脚电平状态组合配置通信模式。
CPCI总线通过连接器ⅠJ1与通信板卡通信，通信板卡独立输出的8路COM总线接口或CAN总线接口通过连接器ⅡJ2与后插IO板的连接器ⅢJ4管脚一一对应连接，后插IO板通过连接器ⅣJ3将通信板卡输出的8路总线引出板外，与外部设备连接通信。
本实用新型的有益效果：
1）功能集成度更高。单板集成串口和CAN总线接口，且每种功能最多支持8通道输出，解决了目前业内主流扩展板卡扩展能力不足的缺点。
2）使用更加灵活。板卡各路CAN接口和COM接口能够独立使用，且COM接口模式可根据需求配置为RS232/422/485。
3）便于系统设计时线缆布线。后出线的方式，使得线缆布线不再受空间影响，不但降低了布线工艺难度，而且不影响系统整体美观。
4）便于设备维护、检修。前面板指示灯与传输通道一一对应，有助于通过指示灯状态直观判断板卡当前所处状态，有助于对板卡调试及后期维护、检修等。
5）有助于降低系统设计成本。对于复杂系统应用，可以利用本实用新型的方案取代之前多块板卡的重复使用的实施方案，节约硬件成本。
附图说明
图1为多功能通信板设计框架示意图。
图2为通道选择电路示意图。
图3为多功能通信板结构示意图。
图4为对应的后插IO板结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1～4和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型提供一种多功能通信板卡，能够提供扩展功能更优、扩展端口数量更多的通信板卡。
本实用新型的通信板卡包括CPCI总线，CPCI总线连接CPCI转UART模块，CPCI转UART模块将CPCI总线转换为多路UART串口进行扩展，每路UART串口均连接有两个转换模块：CAN通道转换模块和COM通道转换模块，两个转换模块不同时连通，即每路UART串口能够转换为CAN总线通道或COM总线通道使用。最终转换为CAN总线通道或COM(RS485/RS422/RS232)总线通道。
上述的CPCI转UART模块优选采用兼容5V或3.3V PCI总线信号的PCI桥接芯片，PCI桥接芯片能够通过cPCI 总线扩展出8路独立的UART串口，且每路UART通信速率最高支持6.25Mbps，完全满足下游COM总线或CAN总线接口通信要求。
每一路UART串口均通过通道选择电路连接CAN通道转换模块和COM通道转换模块，通过通道选择电路同一时刻选通一个转换模块。
上述的通道选择电路主要采用双刀双掷开关或者跳线帽等方式实现。如图2所示，为本实用新型采用双刀双掷方式实现通道选择的电路图。若通道配置为CAN通道，则切换UART接口的TX、RX信号与CAN接口的TX、RX信号连接，同理，若通道配置为COM通道，则切换UART接口的TX、RX信号与COM接口的TX、RX信号连接。
CAN总线通道采用UART转CAN模块转换为CAN总线。UART转CAN模块可以选择广州致远电子有限公司的CSM100芯片，UART波特率及CAN波特率可以进行设置，使用比较灵活。
COM总线通道采用UART转COM模块转换为COM总线。UART转COM模块可以选择EXAR公司的SP330E芯片，可通过配置芯片的管脚，来选择输出RS232、RS422、RS485中的一种。管脚配置方法为采用拨码开关来拉高、拉低管脚电平状态。
转换后输出的CAN总线通道工作参数可通过主机控制器设置，通信波特率最大可设置为1Mbps。其中RS232通信波特率最大可设置为921600bps，RS485波特率最大可设置为1Mbps，RS422波特率最大可设置为2Mbps。
由于cPCI桥接芯片转换输出的8路UART接口，硬件电平为标准的5V TTL电平，而CAN接口信号为CAN2.0B规范定义的电平信号，COM接口信号为IEA232/IEA485规范定义的电平信号，因此，如图1所示，上述的每路UART接口通过通道选择电路连接的通道转换模块可为TTL转CAN模块或者TTL转COM模块，通过上述两个模块转换为CAN总线通道或COM总线通道。
且为提高电气性能，各通道应具备一定的防护能力，如CAN接口或者COM接口可配置TVS管进行静电防护、瞬态电压抑制和抗浪涌等。CAN通道接口的TVS管可选择Philips公司的PESD1CAN芯片；COM通道接口的TVS管可选择Protek公司的PSOT15C芯片。
通信板卡的CAN总线通道及COM总线通道均对外电气隔离。即CAN通道转换模块和COM通道转换模块均通过隔离电路连接外部的CAN接口和COM接口。具体实施时，每路CAN通信通道的CAN通道转换模块CSM100自带电气隔离，隔离电压2500VDC。每路COM总线通道在转换模块前端添加隔离芯片，隔离芯片可选择TI公司的ISO7241CDW，隔离电压4000VDC。
优选的，本实用新型还支持指示灯模块指示功能，指示灯模块采用LED指示灯，LED指示灯亮灭状态代表各通道工作状态。当通道有数据收发通信时，相对应的指示灯按照固定频率闪烁；当通道无数据通信时，相对应的指示灯常亮。LED指示灯安装在单板前面板，连接在CAN总线通道或者COM总线通道上，方便通过观察指示灯状态判断通道通信状态。
如图3和图4所示，本实用新型的通信板卡主要应用与机箱内部，作为机箱的前插件，与作为机箱后插件的后插IO板配套使用。
使用时，多功能通信板插入到机箱前端卡槽，后插IO板插入到机箱后端卡槽。CPCI总线通过连接器ⅠJ1与通信板卡通信连接，通信板卡独立输出的8路COM总线接口或CAN总线接口通过连接器ⅡJ2与后插IO板的连接器ⅢJ4管脚一一对应连接，后插IO板通过连接器ⅣJ3将通信板卡输出的8路总线引出机箱，与外部设备连接通信。通过后插IO板实现了设备的后出线工艺。
在设计时，本实用新型依据PICMG 2.0 R3.0 cPCI系统设计规范，结合标准3U 板卡尺寸展开设计。单板宽度4HP（20.32mm），支持8路串口或8路CAN总线端口独立输出，且对外支持后插IO板，以后出线的方式实现与外部设备通信。
综上，本实用新型集成了串口与CAN总线接口扩展功能，且每种功能最多支持8通道扩展；除此之外，单板支持各通道隔离输出，并具备通道状态指示功能。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种多功能多接口通信板卡，其特征在于：包括与CPCI总线连接的CPCI转UART模块，CPCI转UART模块转换的多路UART串口中的每一路均连接CAN通道转换模块和COM通道转换模块，通过CAN通道转换模块或COM通道转换模块转换为CAN总线通道或COM总线通道。
2.根据权利要求1所述的通信板卡，其特征在于：通信板卡通过CPCI总线与主机控制器相连。
3.根据权利要求1所述的通信板卡，其特征在于：所述每一路UART串口均通过通道选择电路连接CAN通道转换模块和COM通道转换模块。
4.根据权利要求3所述的通信板卡，其特征在于：所述通道选择电路为双刀双掷开关或者跳帽线。
5.根据权利要求1所述的通信板卡，其特征在于：所述CPCI转UART模块为PCI桥接芯片，PCI桥接芯片将CPCI总线转换为8路UART串口。
6.根据权利要求1所述的通信板卡，其特征在于：所述CAN通道转换模块和COM通道转换模块均通过隔离电路连接外部的CAN接口和COM接口。
7.根据权利要求1所述的通信板卡，其特征在于：所述CAN通道转换模块和COM通道转换模块分别为TTL转CAN模块和TTL转COM模块。
8.根据权利要求1所述的通信板卡，其特征在于：所述COM通道能够通过模式选择电路配置为RS232、RS485、RS422中的一种。
9.根据权利要求8所述的通信板卡，其特征在于：所述模式选择电路为通过拨码开关控制TTL转COM模块的模式配置管脚电平状态，通过管脚电平状态组合配置通信模式。
10.根据权利要求5所述的通信板卡，其特征在于：CPCI总线通过连接器Ⅰ（J1）与通信板卡通信，通信板卡独立输出的8路COM总线接口或CAN总线接口通过连接器Ⅱ（J2）与后插IO板的连接器Ⅲ（J4）管脚一一对应连接，后插IO板通过连接器Ⅳ（J3）将通信板卡输出的8路总线引出板外，与外部设备连接通信。
Priority Applications (1)
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| CN201821012317.7U CN208298176U (zh) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | 一种多功能多接口通信板卡 |
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Publications (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110260886A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-09-20 | 上海航天控制技术研究所 | 一种空间用光电敏感器智能化测试系统 |
| CN110799007A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-14 | 河南思维轨道交通技术研究院有限公司 | 一种工控机和工控机通信防护方法 |
| CN112087358A (zh) * | 2020-09-09 | 2020-12-15 | 天津津航计算技术研究所 | 基于cpci的多通道can总线通信通用模块的实现方法 |
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