CN209913196U - 一种带i/o控制的usb转串行通信的串口 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，包括USB接口，所述的的USB接口扩展为两个RS‑232/RS‑422/RS‑485接口，4个带隔离的数字量输入接口TL290‑4和4个带隔离的数字量输出接口TL290‑4，还包括USB驱动芯片FT4232H和SP339EER1‑L电平转换芯片，还包括DI输入电路和DO输出电路，DI输入电路实现DI输入检测，DO输出电路实现DO输出。本实用新型的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，能扩展串口系统的I/O功能，不需要额外组网或增加从站数量，方便对原来的系统进行功能升级。
Description
技术领域
本实用新型涉及网络控制系统技术领域，特别涉及一种带I/O控制的USB转串行通信的串口。
背景技术
串形通讯接口简称串口，是一种广泛使用的接口，按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS-485等。由于串口不支持热插拔及传输速率较低，目前部分新主板和大部分便携电脑已开始取消该接口，需要使用串口时一般通过USB转串口的方式来扩展串口。
目前串口多用于工业控制设备中作为通讯接口，在这些场合，除了通讯传输数据外，往往还有一部分I/O的控制需求。比如，在一种以工控主机为核心的温室控制系统中，需要检测开门、开窗状态，还需要通过USB转RS-232串口来监测室内的CO2浓度，如果CO2浓度过高则开启新风系统。在这个系统中，除了需要串口通讯外，还需要一些I/O控制信号。
常见的串口通讯有RS-232、RS-422和RS-485,其中RS-232只能用于点对点通信，不能组网；RS-422可以组网，但是最多构建10个站点的线性网，另外RS-422是全双工，共需要5个信号线(TX+、TX-、RX+、RX-、GND)，布线成本高，通常用RS-485替代；RS-485可以构建32个站点(新型器件可以构建高达256个站点)的总线网。对于一些同时需要串口通讯和I/O控制的应用，常见的方式是采用RS-485组网，通过专用的I/O从站的来扩展I/O控制功能，但是对于RS-485/RS-422网络，虽然可以增加从站来扩展I/O功能，但是额外地增加了成本、额外地增加了总线的消耗(包括站点数量和通讯用时)。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提出的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，包括USB接口，所述的的USB接口扩展为两个RS-232/RS-422/RS-485接口，4个带隔离的数字量输入接口TL290-4和4个带隔离的数字量输出接口TL290-4，还包括USB驱动芯片FT4232H和SP339EER1-L电平转换芯片。
进一步地，还包括DI输入电路和DO输出电路，DI输入电路实现DI输入检测，DO输出电路实现DO输出。
进一步地，两个RS-232/RS-422/RS-485接口接到USB驱动芯片FT4232H IC对应的引脚，经过配置USB驱动芯片FT4232H把通道A和通道B模拟成UART接口，每个UART出来的8个UARTTTL信号分别为DCD/RXD/TXD/DTR/DSR/RTS/CTS/RI，这8个信号直接接到SP339EER1-L电平转换芯片对应的引脚。
进一步地，两个RS-232/RS-422/RS-485接口接到USB驱动芯片FT4232H IC对应的引脚，经过配置USB驱动芯片FT4232H把通道C和通道D模拟成GPIO接口，其中通道C为DO数字量输出信号，通道D为DI数字量输入信号。
进一步地，从USB驱动芯片FT4232H的通道A输出的DCD/RXD/TXD/DTR/DSR/RTS/CTS/RI 8个信号连接到SP339EER1-L电平转换芯片，配合其他的电路完成电平转换，输出对应的MDCD1/MSIN1/MSOUT1/MDTR1/MDSR1/MRTS1/MCTS1/MRI1信号，转换出的3种电平形式由FT4232H C通道的COM1_MODE0和MODE_1来控制。
进一步地，USB驱动芯片FT4232H的通道B输出的DCD/RXD/TXD/DTR/DSR/RTS/CTS/RI 8个信号连接到SP339EER1-L电平转换芯片，配合其他的电路完成电平转换，输出对应的MDCD1/MSIN1/MSOUT1/MDTR1/MDSR1/MRTS1/MCTS1/MRI1信号，转换出的3种电平形式由USB驱动芯片FT4232H C通道的COM1_MODE0和MODE_1来控制。
进一步地，从USB驱动芯片FT4232H的通道C输出的信号除了用于控制COM1和COM2的电平转换形式的COM1_MODE0、COM1_MODE1、COM2_MODE0、COM2_MODE1外，还有4个通用的DO输出控制信号GPIO_OUT1、GPIO_OUT2、GPIO_OUT3、GPIO_OUT4，这4个控制信号经过数字量输出接口TL290-4光耦隔离后，分别驱动两级MOS管，达到控制输出的功能。
进一步地，从USB驱动芯片FT4232H的通道D输出的信号GPIO_IN1、GPIO_IN2、GPIO_IN3、GPIO_IN4，这4个控制信号为外部输入信号经过数字量输入接口TL290-4光耦隔离后输入的，用于检测外部的输入信号。
本实用新型的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，通过一个USB扩展两个RS-232/RS-422/RS-485接口，4个带隔离的数字量输入接口和4个带隔离的数字量输出接口，能扩展串口系统的I/O功能，不需要额外组网或增加从站数量，方便对原来的系统进行功能升级。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口的电路结构图；
图2为本实用新型实施例提供的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口的USB驱动电路图；
图3为本实用新型实施例提供的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口的UART转RS-232/RS-422/RS-485电路图；
图4为本实用新型实施例提供的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口的DO输出电路图；
图5为本实用新型实施例提供的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口的DI输入电路图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
在本实用新型实施例中，参照图1，该带I/O控制的USB转串行通信的串口，包括USB接口，所述的的USB接口扩展为两个RS-232/RS-422/RS-485接口，4个带隔离的数字量输入接口TL290-4和4个带隔离的数字量输出接口TL290-4，还包括USB驱动芯片FT4232H和SP339EER1-L电平转换芯片。
进一步地，参照图4和图5，还包括DI输入电路和DO输出电路，DI输入电路实现DI输入检测，DO输出电路实现DO输出。
在本实施例中，通过USB驱动芯片FT4232H,得到2路UART信号，4路DI信号，4路DO信号，两路UART信号经过SP339EER1-L电平转换芯片，可以配置成所需的RS-232、RS-422或RS-485信号；4路DI信号经过字量输入接口TL290-4隔离，再配合DI输入电路实现DI输入检测；4路DO信号经过数字量输出接口TL290-4隔离，再配合DO输出电路实现DO输出。
进一步地，参照图2，两个RS-232/RS-422/RS-485接口接到USB驱动芯片FT4232HIC对应的引脚，经过配置USB驱动芯片FT4232H把通道A和通道B模拟成UART接口，每个UART出来的8个UARTTTL信号分别为DCD/RXD/TXD/DTR/DSR/RTS/CTS/RI，这8个信号直接接到SP339EER1-L电平转换芯片对应的引脚。其中：
RXD/TXD为UARTTTL的接收、发送信号；
DSR为数据发送准备好信号；
DTR数据终端准备好信号；
RTS为DTE(Data Terminal Equipment，数据终端设备)请求DCE(DataCommunicate Equipment，数据通信设备)发送的请求信号；
CTS为DCE允许DTE发送的应答信号，该信号是对RTS信号的回答；
RI为振铃信号(Ringing)，当DCE收到对方的DCE设备送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知DTE已被呼叫。
进一步地，两个RS-232/RS-422/RS-485接口接到USB驱动芯片FT4232H IC对应的引脚，经过配置USB驱动芯片FT4232H把通道C和通道D模拟成GPIO接口，其中通道C为DO数字量输出信号，通道D为DI数字量输入信号。通道C的前4个GPIO口GPIO_OUT1、GPIO口GPIO_OUT2、GPIO口GPIO_OUT3、GPIO口GPIO_OUT4被设计成通用的DO信号，后4个GPIO口被设计成COM1_MODE0、COM1_MODE1、COM2_MODE0、COM2_MODE1，用于控制通道A和通道B经过SP339EER1-L电平转换的类型，其配置如下：
进一步地，参照图3，从USB驱动芯片FT4232H的通道A输出的DCD/RXD/TXD/DTR/DSR/RTS/CTS/RI 8个信号连接到SP339EER1-L电平转换芯片，配合其他的电路完成电平转换，输出对应的MDCD1/MSIN1/MSOUT1/MDTR1/MDSR1/MRTS1/MCTS1/MRI1信号，转换出的3种电平形式由FT4232H C通道的COM1_MODE0和MODE_1来控制。具体如下：
在本实施例中，参照图3，从FT4232H的通道B输出的信号和通道A一样，最终也转换成串口.
进一步地，参照图4，从USB驱动芯片FT4232H的通道C输出的信号除了用于控制COM1和COM2的电平转换形式的COM1_MODE0、COM1_MODE1、COM2_MODE0、COM2_MODE1外，还有4个通用的DO输出控制信号GPIO_OUT1、GPIO_OUT2、GPIO_OUT3、GPIO_OUT4，这4个控制信号经过数字量输出接口TL290-4光耦隔离后，分别驱动两级MOS管，达到控制输出的功能。
进一步地，参照图5，从USB驱动芯片FT4232H的通道D输出的信号GPIO_IN1、GPIO_IN2、GPIO_IN3、GPIO_IN4，这4个控制信号为外部输入信号经过数字量输入接口TL290-4光耦隔离后输入的，用于检测外部的输入信号。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，其特征在于，包括USB接口，所述的USB接口扩展为两个RS-232/RS-422/RS-485接口，4个带隔离的数字量输入接口TL290-4和4个带隔离的数字量输出接口TL290-4，还包括USB驱动芯片FT4232H和SP339EER1-L电平转换芯片。
2.如权利要求1所述的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，其特征在于，还包括DI输入电路和DO输出电路，DI输入电路实现DI输入检测，DO输出电路实现DO输出。
3.如权利要求1所述的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，其特征在于，两个RS-232/RS-422/RS-485接口接到USB驱动芯片FT4232H IC对应的引脚，经过配置USB驱动芯片FT4232H把通道A和通道B模拟成UART接口，每个UART出来的8个UARTTTL信号分别为DCD/RXD/TXD/DTR/DSR/RTS/CTS/RI，这8个信号直接接到SP339EER1-L电平转换芯片对应的引脚。
4.如权利要求1所述的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，其特征在于，两个RS-232/RS-422/RS-485接口接到USB驱动芯片FT4232H IC对应的引脚，经过配置USB驱动芯片FT4232H把通道C和通道D模拟成GPIO接口，其中通道C为DO数字量输出信号，通道D为DI数字量输入信号。
5.如权利要求3所述的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，其特征在于，从USB驱动芯片FT4232H的通道A输出的DCD/RXD/TXD/DTR/DSR/RTS/CTS/RI 8个信号连接到SP339EER1-L电平转换芯片，配合电路完成电平转换，输出对应的MDCD1/MSIN1/MSOUT1/MDTR1/MDSR1/MRTS1/MCTS1/MRI1信号，转换出的3种电平形式由FT4232H C通道的COM1_MODE0和MODE_1来控制。
6.如权利要求3所述的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，其特征在于，USB驱动芯片FT4232H的通道B输出的DCD/RXD/TXD/DTR/DSR/RTS/CTS/RI 8个信号连接到SP339EER1-L电平转换芯片，配合电路完成电平转换，输出对应的MDCD1/MSIN1/MSOUT1/MDTR1/MDSR1/MRTS1/MCTS1/MRI1信号，转换出的3种电平形式由USB驱动芯片FT4232H C通道的COM1_MODE0和MODE_1来控制。
7.如权利要求4所述的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，其特征在于，从USB驱动芯片FT4232H的通道C输出的信号除了用于控制COM1和COM2的电平转换形式的COM1_MODE0、COM1_MODE1、COM2_MODE0、COM2_MODE1外，还有4个通用的DO输出控制信号GPIO_OUT1、GPIO_OUT2、GPIO_OUT3、GPIO_OUT4，这4个控制信号经过数字量输出接口TL290-4光耦隔离后，分别驱动两级MOS管，达到控制输出的功能。
8.如权利要求4所述的一种带I/O控制的USB转串行通信的串口，其特征在于，从USB驱动芯片FT4232H的通道D输出的信号GPIO_IN1、GPIO_IN2、GPIO_IN3、GPIO_IN4，这4个控制信号为外部输入信号经过数字量输入接口TL290-4光耦隔离后输入的，用于检测外部的输入信号。
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