CN210488540U - Usb接口扩展装置及数控系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种USB接口扩展装置及数控系统，该系统包括PCB板，以及设置在所述PCB板上的主输入模块、扩展通讯模块和多路输出模块，所述主输入模块与所述数控系统的USB接口连接；所述主输入模块包括供电输入单元和USB信号输入单元，所述供电输入单元、所述USB信号输入单元分别与所述扩展通讯模块电连接，所述供电输入单元用于为所述扩展通讯模块提供稳定的直流电源，所述USB信号输入单元用于输入USB信号；所述扩展通讯模块与所述多路输出模块电连接，所述扩展通讯模块用于将所述USB信号扩展为多路USB信号，通过所述多路输出模块分别输出所述多路USB信号。通过上述装置，可以对数控系统的USB接口进行扩展，为数控系统提供多个USB接口。

Description

USB接口扩展装置及数控系统

技术领域

本实用新型涉及数控系统领域，尤其涉及一种USB接口扩展装置及数控系统。

背景技术

随着处理设备的处理能力越来越强大，其应用处理需求也迅速增长。相应地，在一个处理设备上需要外接各种外设部件，从而完成更多的业务应用。

然而，随着各种应用的发展，外设部件越来越多的使用USB口通信，这将导致处理设备的USB口资源越来越紧张。例如，在激光机床应用领域中，CNC(ComputerizedNumerical Control，计算机数控技术)数控系统一般都采用小主板，小主板上通常只配备4个外接的USB口，由于在一些特殊的应用场合，有时需加装扩充至6个甚至10个USB口才能满足客户使用。也即需要同时在处理设备上使用多个USB口插接多个外设部件，往往会出现处理设备上USB接口不足的情况，导致业务无法实现。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种USB接口扩展装置及数控系统，可以对数控系统的USB接口进行扩展，为数控系统提供多个USB接口。

一方面，提供一种USB接口扩展装置，用于对数控系统的USB接口进行扩展，包括PCB板，以及设置在所述PCB板上的主输入模块、扩展通讯模块和多路输出模块，所述主输入模块与所述数控系统的USB接口连接；

所述主输入模块包括供电输入单元和USB信号输入单元，所述供电输入单元、所述USB信号输入单元分别与所述扩展通讯模块电连接，所述供电输入单元用于为所述扩展通讯模块提供稳定的直流电源，所述USB信号输入单元用于输入USB信号；

所述扩展通讯模块与所述多路输出模块电连接，所述扩展通讯模块用于将所述USB信号扩展为多路USB信号，通过所述多路输出模块分别输出所述多路USB信号。

可选的，在其中一个实施例中，所述供电输入单元包括供电输入端、稳压电路和滤波电路，所述供电输入端与所述数控系统的USB接口中的电源线连接，用于接入5V直流电源；

所述稳压电路与所述供电输入端连接，用于对所述5V直流电源进行稳压；

所述滤波电路分别与所述供电输入端、所述扩展通讯模块连接，用于对所述5V直流电源进行滤波，并将滤波后的5V直流电源传输至所述扩展通讯模块。

可选的，在其中一个实施例中，所述稳压电路包括充电电容和稳压二极管，所述充电电容的一端与所述供电输入端连接、另一端接地，所述稳压二极管的负极与所述供电输入端连接、正极接地。

可选的，在其中一个实施例中，所述滤波电路包括滤波电容和磁珠，所述滤波电容的一端与所述供电输入端连接、另一端接地，所述磁珠的一端与所述供电输入端连接、另一端与所述扩展通讯模块连接。

可选的，在其中一个实施例中，所述USB信号输入单元包括正极输入端和负极输入端，所述正极输入端和负极输入端分别用于传输正极USB信号和负极USB信号。

可选的，在其中一个实施例中，所述扩展通讯模块包括USB集线器芯片，所述USB集线器芯片的USB正信号端、USB负信号端分别与所述正极输入端、负极输入端连接，分别用于接收所述正极USB信号和负极USB信号；

所述USB集线器芯片还包括多个USB信号输出端，用于将所述正极USB信号和负极USB信号分别扩展为多路USB信号进行输出。

可选的，在其中一个实施例中，所述多路输出模块包括四路输出接口，所述四路输出接口分别连接至所述USB集线器芯片的USB信号输出端，每路输出接口分别输出一路正极USB信号和一路负极USB信号。

可选的，在其中一个实施例中，所述多路输出模块还包括阻抗匹配电阻和下拉电阻，所述阻抗匹配电阻连接在所述USB信号输出端与所述每路输出接口之间，用于匹配阻抗；所述下拉电阻的一端连接在所述USB信号输出端与所述每路输出接口之间、另一端接地，用于固定电平。

可选的，在其中一个实施例中，所述PCB板上还设有多个安装孔，所述多个安装孔用于实现对所述PCB板的安装。

一种数控系统，所述数控系统的电路板上嵌入有上述的USB接口扩展装置。

实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：

上述USB接口扩展装置及数控系统，通过主输入模块、扩展通讯模块和多路输出模块对数控系统的USB接口进行扩展，为数控系统提供多个USB接口，解决了数控系统USB接口数量不足的问题，增加了业务应用的可实现性及数控系统的操作便利性。

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获得其他的附图。

其中：

图1为一个实施例中USB接口扩展装置的结构框图；

图2为一个实施例中USB接口扩展装置的结构连接示意图；

图3为一个实施例中主输入模块与扩展通讯模块的电路原理图；

图4为一个实施例中稳压电路的电路示意图；

图5为一个实施例中滤波电路的电路示意图；

图6为一个实施例中电源显示电路的电路示意图；

图7所示为一个实施例中多路输出模块的电路示意图；

图8所示为一个实施例中地隔离电路的电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本申请。可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，且类似地，可将第二元件称为第一元件。第一元件和第二元件两者都是元器件，但其不是同一元器件。

图1为一个实施例中USB接口扩展装置的结构框图，该USB接口扩展装置，可以对数控系统的USB接口进行扩展，为数控系统提供多个USB接口。其中，数控系统可以是激光机床应用领域的CNC数控系统。如图1所示，该USB接口扩展装置包括PCB(Printed CircuitBoard，印制电路板)板(图中未示)，以及设置在该PCB板上的主输入模块110、扩展通讯模块120和多路输出模块130，主输入模块110与数控系统的USB接口连接。

其中，主输入模块110包括供电输入单元112和USB信号输入单元114，供电输入单元112、USB信号输入单元114分别与扩展通讯模块120电连接，供电输入单元112用于为扩展通讯模块120提供稳定的直流电源，USB信号输入单元114用于输入USB信号。

具体的，主输入模块110中包含与数控系统的USB接口匹配的接口，如数控系统的USB接口为USB母接口，则主输入模块110中包含USB公接口，通过与数控系统的USB接口连接，为该USB接口扩展装置提供了供电电源以及USB信号。

进一步的，扩展通讯模块120与多路输出模块130电连接，扩展通讯模块120用于将一路USB信号扩展为多路USB信号，通过多路输出模块130分别输出所述多路USB信号。具体的，扩展通讯模块120可以是USB HUB(Universal SerialBus Hub，通用串行总线集线器)，也即是USB集线器，指的是可以将一个USB接口扩展为多个，并可以使这些接口同时使用的器件。多路输出模块130具体可以是四路输出接口，也即是四路USB接口，本实施例通过扩展通讯模块120将一路USB信号扩展为四路USB信号，并通过四路USB接口进行传输，以实现将一个USB接口扩展为四个USB接口的效果。可以理解的是，在其他实施例中，多路输出模块130还可以根据需求设置为其他数量的USB接口，以实现不同的扩展效果。

需要说明的是，本实施例提供的USB接口扩展装置也可以通过多路输出模块130将多路USB信号传输至扩展通讯模块120，进而通过主输出模块110传输至数控系统，实现USB信号的双向传输。

本实施例提供的USB接口扩展装置，通过主输入模块、扩展通讯模块和多路输出模块对数控系统的USB接口进行扩展，为数控系统提供多个USB接口，解决了数控系统USB接口数量不足的问题，增加了业务应用的可实现性及数控系统的操作便利性。且本实施例应用在激光机床领域能够完善机床功能，为激光机床调试人员提供了操作便利性，提高了机床调试效率。

在一个实施例中，如图2所示，供电输入单元包括供电输入端201、稳压电路202和滤波电路203，扩展通讯模块包括USB集线器芯片205，多路输出模块包括USB接口1、USB接口2、USB接口3和USB接口4。

其中，供电输入端201与数控系统的USB接口中的电源线连接，用于接入5V直流电源。稳压电路202与供电输入端201连接，用于对该5V直流电源进行稳压。滤波电路203分别与供电输入端201、USB集线器芯片205连接，用于对该5V直流电源进行滤波，并将滤波后的5V直流电源传输至USB集线器芯片205。USB信号输入单元204与USB集线器芯片205连接，USB集线器芯片205分别与USB接口1、USB接口2、USB接口3、USB接口4连接。

具体的，图3为一个实施例中主输入模块与扩展通讯模块的电路原理图，其中，J2为USB接口扩展装置的USB接口，与数控系统的USB接口连接，J2的1号引脚为供电输入端，用于输入5V直流电源，其供电来源于数控系统。

进一步的，如图4所示为一个实施例中稳压电路的电路示意图，稳压电路202包括充电电容C1和稳压二极管D2，充电电容C1的一端与供电输入端连接、另一端接地，稳压二极管D2的负极与供电输入端连接、正极接地。当外部供电超过稳压二极管D2的击穿电压(如6.8V)时，稳压二极管D2会自动短路保护，可使PCB板上电路芯片不被烧坏。

进一步的，如图5所示为一个实施例中滤波电路的电路示意图，请参阅图3和图5，滤波电路203包括滤波电容C2、滤波电容C3和磁珠L1，滤波电容C2/滤波电容C3的一端与供电输入端连接、另一端接地，磁珠L1的一端与供电输入端连接、另一端与USB集线器芯片U1的10号引脚连接。其中滤波电容C2、滤波电容C3和磁珠L1可组成EMC(Electro MagneticCompatibility，电磁兼容性)供电滤波电路，其用于去除杂波和电磁干扰，以保证USB集线器芯片U1的电源输入质量。可选的，在PCB板的设计布局时可以将滤波电路贴近在USB集线器芯片U1的电源引脚附近。

可选的，如图6所示，供电输入单元还包括电源显示电路，该电源显示电路包括限流电阻R1和LED灯D1，限流电阻R1的一端与供电输入端连接、另一端与LED灯D1的正极连接，LED灯D1的负极接地。该电源显示电路用于实现LED显示功能，在无法测量电源电压情况下可根据LED灯亮灭来的简单地判断电源是否正常，可方便维修人员针对问题进行分析排除。

进一步的，请继续参阅图3，USB信号输入单元204包括正极输入端和负极输入端，其中J2的2号引脚为负极输入端，其中J2的3号引脚为正极输入端，该正极输入端和负极输入端分别用于传输正极USB信号和负极USB信号，也即USB的D+信号和D-信号，D+信号和D-信号属于一组差分信号。

进一步的，请继续参阅图3，扩展通讯模块包括USB集线器芯片U1，其型号可以是AU9254，可以理解的是，在其他实施例中还可以选用功能类似的其他型号的芯片，本实施例对此不进行限定。USB集线器芯片U1的USB正信号端USB-DP、USB负信号端USB-DM分别连接至J2的3号引脚、J2的2号引脚，分别用于接收正极USB信号和负极USB信号。USB集线器芯片U1还包括多个USB信号输出端，用于将所述正极USB信号和负极USB信号分别扩展为多路USB信号进行输出。本实施例中USB集线器芯片U1可以将一路USB信号转换为四路USB信号进行输出。四路输出接口分别连接至USB集线器芯片U1的USB信号输出端，每路输出接口分别输出一路正极USB信号和一路负极USB信号。可选的，限流电阻R17和LED指示灯D3与USB集线器芯片U1的16号引脚连接，用于指示USB集线器芯片U1的运行情况，当USB集线器芯片U1正常运行后LED指示灯D3会闪烁。

进一步的，如图7所示为一个实施例中多路输出模块的电路示意图，J1、J3、J4、J5分别为多路输出模块的输出接口，用于将扩展通讯模块传输的USB信号进行输出。可以理解的是，也可以通过多路输出模块将多路USB信号传输至扩展通讯模块，进而通过主输出模块传输至数控系统，实现USB信号的双向传输。

因每路输出接口的工作原理类似，故选取其中一路为例进行说明，多路输出模块还包括阻抗匹配电阻和下拉电阻，阻抗匹配电阻连接在所述USB信号输出端与所述每路输出接口之间，其中，阻抗匹配电阻R2、阻抗匹配电阻R3的一端分别连接至USB集线器芯片U1的28号引脚和27号引脚、另一端分别连接至J1的2号引脚、J1的3号引脚，用于匹配USB信号的阻抗。下拉电阻的一端连接在所述USB信号输出端与所述每路输出接口之间、另一端接地，其中，下拉电阻R5、下拉电阻R6的一端分别连接至J1的2号引脚、J1的3号引脚，用于固定电平。

可选的，多路输出模块还包括地隔离电路，如图8所示为一个实施例中地隔离电路的电路示意图，该地隔离电路包括隔离电阻R25和隔离电容C6，隔离电阻R25、隔离电容C6的一端接地、另一端与PE地连接，该地隔离电路用于对信号干扰到隔离防护作用。通过在USB接口扩展装置的PCB板的电路设计上增加了数字地与PE地隔离电路，提高了地与地之间的抗干扰能力，尤其是应用到大功率机床上的效果更为明显。

进一步的，在USB接口扩展装置的PCB板上还设有多个安装孔，该安装孔具体可以是螺丝安装孔，多个安装孔用于实现对所述PCB板的安装，可以通过该安装孔将USB接口扩展装置安装在机床操作台或人机界面盒体中。

可选的，该USB接口扩展装置的PCB板上还设置有SMT(Surface MountingTechnology，表面组装技术)光学定位点，该SMT光学定位点用于贴片机焊接元件时进行坐标定位。

本实施例提供的USB接口扩展装置，通过主输入模块、扩展通讯模块和多路输出模块对数控系统的USB接口进行扩展，为数控系统提供多个USB接口，解决了数控系统USB接口数量不足的问题，增加了业务应用的可实现性及数控系统的操作便利性。且该USB接口扩展装置可以以裸板形式安装，通过PCB板上螺丝孔安装固定，该USB接口扩展装置还通过在表层涂覆一层工业三防漆，可以有效防水、防尘，提高了产品的耐用性及防腐蚀性能。

基于相同的发明构思，还提供一种数控系统，该数控系统的电路板上嵌入有如上述实施例所述的USB接口扩展装置，该USB接口扩展装置的PCB板体积较小，可以嵌入在数控系统的处理设备的电路中，具有安装方便，接线简单的优点。本实施例提供的数控系统，为数控系统提供多个USB接口，解决了数控系统USB接口数量不足的问题，增加了业务应用的可实现性及数控系统的操作便利性。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种USB接口扩展装置，用于对数控系统的USB接口进行扩展，其特征在于，包括PCB板，以及设置在所述PCB板上的主输入模块、扩展通讯模块和多路输出模块，所述主输入模块与所述数控系统的USB接口连接；

所述主输入模块包括供电输入单元和USB信号输入单元，所述供电输入单元、所述USB信号输入单元分别与所述扩展通讯模块电连接，所述供电输入单元用于为所述扩展通讯模块提供稳定的直流电源，所述USB信号输入单元用于输入USB信号；

所述扩展通讯模块与所述多路输出模块电连接，所述扩展通讯模块用于将所述USB信号扩展为多路USB信号，通过所述多路输出模块分别输出所述多路USB信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电输入单元包括供电输入端、稳压电路和滤波电路，所述供电输入端与所述数控系统的USB接口中的电源线连接，用于接入5V直流电源；

所述稳压电路与所述供电输入端连接，用于对所述5V直流电源进行稳压；

所述滤波电路分别与所述供电输入端、所述扩展通讯模块连接，用于对所述5V直流电源进行滤波，并将滤波后的5V直流电源传输至所述扩展通讯模块。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述稳压电路包括充电电容和稳压二极管，所述充电电容的一端与所述供电输入端连接、另一端接地，所述稳压二极管的负极与所述供电输入端连接、正极接地。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述滤波电路包括滤波电容和磁珠，所述滤波电容的一端与所述供电输入端连接、另一端接地，所述磁珠的一端与所述供电输入端连接、另一端与所述扩展通讯模块连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述USB信号输入单元包括正极输入端和负极输入端，所述正极输入端和负极输入端分别用于传输正极USB信号和负极USB信号。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述扩展通讯模块包括USB集线器芯片，所述USB集线器芯片的USB正信号端、USB负信号端分别与所述正极输入端、负极输入端连接，分别用于接收所述正极USB信号和负极USB信号；

所述USB集线器芯片还包括多个USB信号输出端，用于将所述正极USB信号和负极USB信号分别扩展为多路USB信号进行输出。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多路输出模块包括四路输出接口，所述四路输出接口分别连接至所述USB集线器芯片的USB信号输出端，每路输出接口分别输出一路正极USB信号和一路负极USB信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述多路输出模块还包括阻抗匹配电阻和下拉电阻，所述阻抗匹配电阻连接在所述USB信号输出端与所述每路输出接口之间，用于匹配阻抗；所述下拉电阻的一端连接在所述USB信号输出端与所述每路输出接口之间、另一端接地，用于固定电平。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述PCB板上还设有多个安装孔，所述多个安装孔用于实现对所述PCB板的安装。

10.一种数控系统，其特征在于，所述数控系统的电路板上嵌入有如权利要求1至9任一项所述的USB接口扩展装置。

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