CN210804407U - 一种具有电平选择功能的串口转单线通信模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有电平选择功能的串口转单线通信模块，包括电源模块、USB转串口模块以及串口转单线模块；还包括电平转换模块；所述电平转换模块包括双向电平转换芯片；所述双向电平转换芯片的A端数据端口与所述串口转单线模块连接，B端数据端口与单线串口设备连接；所述电源模块用于给所述USB转串口模块、串口转单线模块以及双向电平转换芯片提供3.3V或5V电压；所述USB转串口模块的电源输入端、串口转单线模块的电源输入端以及双向电平转换芯片的A端电源输入端接收与所述USB设备相等的电压；所述双向电平转换芯片的B端电源输入端接收与所述单线串口设备相等的电压；本实用新型实现串口转单线通信模块与USB设备以及单线串口设备的电平统一。

Description

一种具有电平选择功能的串口转单线通信模块

〖技术领域〗

本实用新型涉及串口数据处理技术领域，尤其涉及一种具有电平选择功能的串口转单线通信模块。

〖背景技术〗

TTL串口是单片机技术领域常用的用于外设与主控之间通信的接口，常用的 TTL串口具有VCC、GND、TXD、RXD四条线传输电源与数据，其中TXD用于数据发送，RXD用于数据接收，主设备的TXD连接从设备的RXD向从设备发送数据，从设备的TXD连接主设备的RXD使主设备接收来自从设备发送来的数据，4线的串口是全双工的，可同时发送和接收数据。

在一些特殊领域，串口通信时的数据吞吐量不大，而从设备较多，需要接线简约，四线的串口的线束较多，所以诞生了三线的单总线串口，单总线包括 VCC、GND、DATA三条线分别连接电源、地和数据总线，单总线串口是分时半双工的，即同一时刻只能主设备只能发送数据给从设备，或主设备接收从设备的数据，发送和接收的过程需要主设备进行控制，决定总线在某一时刻用来发送数据还是接收数据。

为了节省成本以及降低功耗，市面上诞生了不依靠单片机控制的串口转单线通信模块，但是这些模块存在基本上只支持5V的TTL电平，不能很好地兼容 3.3V LVTTL电平，如果强行和3.3V的设备进行通信，可能会造成通信异常，甚至烧坏IO口的问题。

〖实用新型内容〗

本实用新型的目的旨在实现一种具有电平选择功能的串口转单线通信模块，根据USB设备和单线串口设备的电平选择串口转单线通信模块的电源电压，统一串口转单线通信模块与USB设备和单线串口设备的电平。

本实用新型的目的由以下技术方案实现：

一种具有电平选择功能的串口转单线通信模块，包括电源模块、USB转串口模块以及串口转单线模块；所述USB转串口模块与USB设备连接，用于USB数据的发送与接收；所述串口转单线模块与所述USB转串口模块连接，用于将双工串口转为分时半工的单线串口；

所述具有电平选择功能的串口转单线通信模块还包括电平转换模块；所述电平转换模块包括双向电平转换芯片；所述双向电平转换芯片的A端数据端口与所述串口转单线模块连接，B端数据端口与单线串口设备连接；所述电源模块用于给所述USB转串口模块、串口转单线模块以及双向电平转换芯片提供3.3V 或5V电压；所述USB转串口模块的电源输入端、串口转单线模块的电源输入端以及双向电平转换芯片的A端电源输入端接收与所述USB设备相等的电压；所述双向电平转换芯片的B端电源输入端接收与所述单线串口设备相等的电压。

进一步地，所述电源模块包括第一电平选择单元以及第二电平选择单元；所述第一电平选择单元包括两个电压输入端与一个电压输出端，两个电压输入端分别接收3.3V电压与5V电压，一个电压输出端选择两个电压输入端的电压中的一个输出给USB转串口模块的电源输入端、串口转单线模块的电源输入端以及双向电平转换芯片的A端电源输入端；所述第二电平选择单元包括两个电压输入端与一个电压输出端，两个电压输入端分别接收3.3V电压与5V电压，一个电压输出端选择两个电压输入端的电压中的一个输出给所述双向电平转换芯片的B端电源输入端。

作为具体的实施方式，所述第一电平选择单元包括第一3pin跳线插针，所述第一3pin跳线插针的两个引脚分别接收3.3V电压和5V电压，另一个引脚通过跳线帽与接收3.3V和5V的两个引脚中的一个短接，输出3.3V电压或5V电压，或，所述第一电平选择单元包括第一单刀双掷开关，所述第一单刀双掷开关的两个动端分别接收3.3V和5V电压，不动端通过与两个动端中的一个导通，输出3.3V电压或5V电压；

所述第二电平选择单元包括第二3pin跳线插针，所述第二3pin跳线插针的两个引脚分别接收3.3V电压和5V电压，另一个引脚通过跳线帽与接收3.3V 和5V的两个引脚中的一个短接，输出3.3V电压或5V电压，或，所述第二电平选择单元包括第二单刀双掷开关，所述第二单刀双掷开关的两个动端分别接收 3.3V和5V电压，不动端通过与两个动端中的一个导通，输出3.3V电压或5V电压。

作为具体的实施方式，所述电源模块包括第一电平转换芯片；所述第一电平转换芯片的电压输入端接收5V电压，电压输出端输出3.3V电压，接地端接地。

作为具体的实施方式，所述电源模块还包括第一电阻、第一电容以及第二电容；所述第一电容的一端与所述第一电平转换芯片的电压输入端连接，另一端接地；所述第二电容的一端与所述第一电阻的一端与所述第一电平转换芯片的电压输出端连接，另一端接地。

作为具体的实施方式，所述USB转串口模块包括USB接口以及USB转串口芯片；所述USB接口的供电端接收5V电压，并与所述第一电平转换芯片的电压输入端连接，接地端接地；所述USB接口的USB数据输入端与所述USB转串口芯片的USB数据输出端连接，用于接收所述USB转串口模块输出的USB数据，并输出给所述USB设备；所述USB接口的USB数据输出端与USB转串口芯片的 USB数据输入端连接，用于接收所述USB设备输出的USB数据，并发送给所述 USB转串口模块；

所述USB转串口芯片的TXD信号输出端以及RXD信号输入端与所述串口转单线模块连接，用于发送TXD信号给所述串口转单线模块以及接收所述串口转单线模块输出的RXD信号；所述USB转串口芯片的电源输入端接收与所述USB 设备相等的电压，接地端接地。

作为具体的实施方式，所述USB转串口模块还包括保险丝、第二电阻、第一发光二极管、第一ESD二极管、第二ESD二极管、第三电容、第四电容以及第六电容；所述保险丝连入所述USB接口的供电端与5V电压之间；所述第一发光二极管的正极与所述保险丝连接5V电压的一端连接，负极与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地；所述第一ESD二极管的一端以及所述第三电容的一端与所述USB接口的USB数据输入端连接，所述第一ESD二极管的另一端以及所述第三电容的另一端接地；所述第二ESD二极管的一端以及所述第四电容的一端与所述USB接口的USB数据输出端连接，所述第二ESD二极管的另一端以及所述第四电容的另一端接地；所述USB接口的接地端接地；所述第六电容的一端与所述USB转串口芯片的电源输入端连接，另一端与所述USB 转串口芯片的接地端连接。

进一步地，所述USB转串口模块还包括串口调试接口；所述串口调试接口的TXD数据端发送TXD信号，RXD数据端接收RXD信号，电源输入端接收与所述 USB设备或所述单线串口设备相等的电压，接地端接地；所述串口调试接口用于其它电子设备与USB设备或单线串口设备进行通信。

作为具体的实施方式，所述串口转单线模块包括四路缓冲器芯片以及反相器芯片；所述四路缓冲器芯片包括第一缓冲器、第二缓冲器、第三缓冲器以及第四缓冲器；所述第四缓冲器的使能端以及所述第三缓冲器的使能端被上拉到高电平；所述第四缓冲器的信号输入端接收所述USB转串口模块输出的TXD信号，信号输出端输出TXD_U信号给所述第一缓冲器的信号输入端、第三缓冲器的信号输入端以及反相器芯片的信号输入端；所述反相器芯片的输出端输出 TXEN信号给所述第一缓冲器的使能端；所述第三缓冲器的信号输出端输出RXEN 信号给所述第二缓冲器的使能端；所述第一缓冲器的信号输出端以及所述第二缓冲器的信号输入端与所述双向电平转换芯片的A端数据端口连接；所述第二缓冲器的信号输出端输出RXD信号给所述USB转串口模块。

进一步地，所述第三缓冲器的延时大于所述反相器的延时，所述串口转单线模块还包括RC延时电路；所述RC延时电路包括第六电阻与第九电容，所述第六电阻的一端和所述第九电容的一端与所述反相器芯片的信号输出端连接，所述第六电阻的另一端接收与所述USB设备相等的电压，所述第九电容的另一端接地。

进一步地，所述电平转换模块还包括连入双向电平转换芯片与单线串口设备之间的单线通信接口；所述单线通信接口的数据端与所述双向电平转换芯片的B端数据端口以及单线串口设备连接，电源输入端与所述双向电平转换芯片的B端电源输入端连接，接地端接地。

进一步地，所述具有电平选择功能的串口转单线通信模块还包括收发指示灯模块；所述收发指示灯模块包括第二发光二极管、第三发光二极管、第七电阻以及第八电阻；所述第七电阻的一端以及所述第八电阻的一端接收与所述USB设备相等的电压；所述第七电阻的另一端与所述第二发光二极管的正极连接，所述第二发光二极管的负极接TXD信号；所述第八电阻的另一端与所述第三发光二极管的正极连接，所述第三发光二极管的负极接RXD信号。

本实用新型有益效果：

本实用新型串口转单线通信模块通过发送与USB设备相同的电压给USB转串口模块的电源输入端、串口转单线模块的电源输入端以及电平转换模块的A 端电源输入端，通过发送与单线串口设备相同的电压给电平转换模块的B端电源输入端，实现串口转单线通信模块与USB设备以及单线串口设备的电平统一。进一步地，本实用新型串口转单线通信模块通过第一电平选择单元选择3.3V或 5V作为电源VCC，通过第二电平选择单元选择3.3V或5.5V作为电源VCCB，实现串口转单线通信模块与USB设备以及单线串口设备的电平统一。进一步地，本实用新型通过在反相器芯片的输出端连接RC延时电路，延长TXEN信号的上升时间，防止TXEN信号与RXEN信号同时为高电平导致四路缓冲器芯片U3中的第一缓冲和第二缓冲器同时导通引起误判。

〖附图说明〗

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍。下面描述中的附图仅仅是本实用新型中的实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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它附图。

图1是本实用新型实施例一提供的具有电平选择功能的串口转单线通信模块的结构框图；

图2是本实用新型实施例一提供的电源模块的电路原理图；

图3是本实用新型实施例一提供的USB转串口模块的电路原理图；

图4是本实用新型实施例一提供的串口转单线模块的电路原理图；

图5是本实用新型实施例一提供的收发指示灯模块的电路原理图；

图6是本实用新型实施例一提供的电平转换模块的电路原理图；

图7是本实用新型实施例一TXEN未进行延时时，TXD_U信号、TXEN信号、 RXEN信号的时序图；

图8是本实用新型实施例一TXEN进行延时后，TXD_U信号、TXEN信号、RXEN 信号的时序图。

〖具体实施方式〗

下面结合附图，对本实用新型进行详细的说明。为了使本实用新型的目的、技术方案、优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种具有电平选择功能的串口转单线通信模块，包括电源模块、USB转串口模块、串口转单线模块、电平转换模块以及收发指示灯模块；USB 转串口模块接收5V电压，输出5V电压给电源模块；电源模块接收5V电压，输出电源VCC给USB转串口模块、串口转单线模块、电平转换模块以及收发指示灯模块，输出电源VCC与电源VCCB给电平转换模块，用于给USB转串口模块、串口转单线模块、电平转换模块以及收发指示灯模块提供5V或3.3V电压，VCC 为5V或3.3V，VCCB为5V或3.3V；USB转串口模块接收USB设备输出的USB数据D_P，输出TXD信号给串口转单线模块，串口转单线模块接收TXD信号，输出 Dx信号给电平转换模块，电平转换模块接收Dx，输出DATA信号给单线串口设备，或，电平转换模块接收单线串口设备输出的DATA信号，输出Dx信号给串口转单线模块，串口转单线模块接收Dx信号，输出RXD信号给USB转串口模块， USB转串口模块输出USB数据D_N给USB设备。

如图2所示，电源模块包括第一电平转换芯片U1、第一电阻R1、第一电容 C1、第二电容C2、第一电平选择单元以及第二电平转换单元；第一电平转换芯片U1的电压输入端Vin接收5V电压，电压输出端Vout输出3.3V电压，接地端接地GND；第一电容C1的一端与第一电平转换芯片U1的电压输入端Vin连接，另一端接地GND；第一电阻R1的一端和第二电容C2的一端均与第一电平转换芯片U1的电压输出端Vout连接，第一电阻R1的另一端和第二电容C2的另一端均接地GND；第一电平选择单元包括两个电压输入端，一个电压输出端，两个电压输入端分别接收5V电压与3.3V电压，电压输出端选择3.3V电压或5V电压作为电源VCC输出。

在本实施例中，第一电平转换芯片U1为LDO芯片，型号为ME6209A33M3G，用于将输入的5V电压转换成3.3V输出；第一电平选择单元为第一3pin跳线插针P1；第一3pin跳线插针P1的第一引脚1与第一电平转换芯片U1的电压输出端Vout连接，第三引脚3与第一电平转换芯片U1的电压输入端Vin连接，第二引脚2输出电源VCC；操作者通过在第一3pin跳线插针P1的第一引脚1与第二引脚2上接跳线帽，使第一3pin跳线插针P1的第一引脚1与第二引脚2短接，则第二引脚2输出的电源VCC为3.3V；操作者通过在第一3pin跳线插针 P1的第二引脚2与第二引脚3上接跳线帽，使第一3pin跳线插针P1的第一引脚1与第二引脚2短接，则第二引脚2输出的电源VCC为5V；第二电平选择单元为第二3pin跳线插针P7；第二3pin跳线插针P7的第一引脚1与第一电平转换芯片U1的电压输出端Vout连接，第三引脚3与第一电平转换芯片U1的电压输入端Vin连接，第二引脚2输出电源VCCB；操作者通过在第二3pin跳线插针P7的第一引脚1与第二引脚2上接跳线帽，使第二3pin跳线插针P7的第一引脚1与第二引脚2短接，则第二引脚2输出的电源VCCB为3.3V；操作者通过在第二3pin跳线插针P7的第二引脚2与第二引脚3上接跳线帽，使第二3pin跳线插针P7的第一引脚1与第二引脚2短接，则第二引脚2输出的电源VCCB为 5V。

在其它实施例中，第一电平转换芯片U1为其它型号的5V转3.3V电平转换芯片。

在本实施例中，第一电阻R1用于稳压，第一电阻R1的电阻值为10kΩ；第一电容C1与第二电容C2用于滤波，第一电容C1与第二电容C2的电容值均为 10uF。

如图3所示，USB转串口模块包括USB接口P2、USB转串口芯片U2、第三跳线插针P3、第四跳线插针P4、第五接口P5、串口调试接口P6、保险丝F1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一发光二极管D1、第一ESD二极管ESD1、第二 ESD二极管ESD2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6以及第七电容C7；USB接口P2为6pin接口；USB接口P2的供电端(即第一引脚1) 与保险丝F1的一端连接，保险丝F1的另一端接5V电压，并与第一电平转换芯片U1的电压输入端Vin、第一发光二极管D1的正极连接，第一发光二极管D1 的负极与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接地GND；USB接口P2 的USB数据输入端(即第二引脚2)与USB转串口芯片U2的USB数据输出端、第一ESD二极管ESD1的一端以及第三电容C3的一端连接，用于接收USB转串口模块输出的USB数据D_N，并将USB数据D_N输出给USB设备；第一ESD二极管ESD1的另一端以及第三电容C3的另一端接地GND；USB接口P2的USB数据输出端(即第三引脚3)与USB转串口芯片U2的USB数据输入端、第二ESD二极管ESD2的一端以及第四电容C4的一端连接，用于将USB设备输出的USB数据D_P发送给USB转串口模块；第二ESD二极管ESD2的另一端以及第四电容C4 的另一端接地GND；USB接口P2的接地端(即第四引脚4)接地GND；USB接口 P2的第五引脚5与第六引脚6连接，且与第三电阻R3的一端以及第五电容C5的一端连接，第三电阻R3的另一端以及第五电容C5的另一端接地GND。

在本实施例中，第一ESD二极管ESD1与第二ESD二极管ESD2的型号均为PESD3V3L1BA。

在本实施例中，USB转串口芯片U2的型号为CH340C；如图3所示，USB转串口芯片U2的TXD信号输出端(即第二引脚2)与第三跳线插针P3的第二引脚 2连接；第三跳线插针P3的第一引脚1与串口转单线模块连接，用于接收USB 转串口芯片输出的TXD信号，并发送给串口转单线模块；USB转串口芯片U2的 RXD信号输入端(即第三引脚3)与第四跳线插针P4的第二引脚2连接；第四跳线插针P4的第一引脚1与串口转单线模块连接，用于接收串口转单线模块输出的RXD信号，并发送给USB转串口芯片U2；USB转串口芯片U2的接地端(即第四引脚4)接地GND；USB转串口芯片U2的电源输入端(即第十六引脚16) 与第一电平选择单元的电压输出端连接，接收电源VCC，并与第六电容C6的一端连接，第六电容C6的另一端接地GND；USB转串口芯片U2的V3电压端(即第四引脚4)与第七电容C7的一端连接，第七电容C7的另一端接地GND。

在本实施例中，第三跳线插针P3与第四跳线插针P4均为2pin跳线插针；第三跳线插针P3与第四跳线插针P4均接上跳线帽，即USB转串口芯片的TXD 信号输出端(即第二引脚2)以及RXD信号输入端(即第三引脚3)与串口转单线模块连接；第五接口P5为2pin接口，第五接口P5的两个引脚均接地GND；串口调试接口P6为4pin接口，串口调试接口P6的电源输入端(即第一引脚1) 接VCC(即串口调试接口P6的电源输入端电源输入端接收与所述USB设备或所述单线串口设备相等的电压)，接地端(即第二引脚2)接地GND，TXD数据端 (即第三引脚3)与第三跳线插针P3的第一引脚1连接，即接TXD信号，RXD 数据端(即第四引脚4)与第四跳线插针P4的第一引脚1连接，即接RXD信号；串口调试接口P6的TXD数据端(第三引脚3)和RXD数据端(即第四引脚4) 与其它电子设备(比如无线模块)的TXD信号输出端和RXD信号输入端连接，用于其它电子设备与USB设备或单线串口设备进行通信。

在本实施例中，第一发光二极管D1用于显示USB转串口模块的供电状态：当USB接口接收到5V电压时，第一发光二极管D1亮；当USB接口未接收到5V 电压时，第一发光二极管D1暗。

如图4所示，串口转单线模块包括四路缓冲器芯片U3、反相器芯片U4、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电容C8以及第九电容C9；四路缓冲器芯片U3包括第一缓冲器、第二缓冲器、第三缓冲器以及第四缓冲器；第四缓冲器的使能端40E(即四路缓冲器芯片U3的第十三引脚13)以及第三缓冲器的使能端30E(即四路缓冲器芯片U3的第十引脚10)与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端接电源VCC；第四缓冲器的信号输入端4A(即四路缓冲器芯片U3的第十二引脚12)接收USB转串口模块输出的TXD信号，信号输出端4Y(即四路缓冲器芯片U3的第十一引脚11)输出TXD_U信号给第一缓冲器的信号输入端1A(即第二引脚2)、第三缓冲器的信号输入端3A(即四路缓冲器芯片U3的第九引脚9)以及反相器芯片U4的信号输入端A(即反相器芯片U5 的第2引脚)；第三缓冲器的信号输出端3Y(即四路缓冲器芯片U3的第八引脚 8)输出RXEN信号给第二缓冲器的使能端20E(即四路缓冲器芯片U3的第四引脚4)；第二缓冲器的信号输出端2Y(即四路缓冲器芯片U3的第六引脚6)输出RXD信号给USB转串口模块；第一缓冲器的使能端10E(即四路缓冲器芯片 U3的第一引脚1)接收反相器芯片U4的输出端Y(即反相器芯片U4的第四引脚 4)输出TXEN信号；第一缓冲器的输出端1Y(即四路缓冲器芯片U3的第三引脚 3)和第二缓冲器的输入端2A(即四路缓冲器芯片U3的第五引脚5)与电平转换模块连接，用于输出Dx信号给电平转换模块或接收电平转换模块的输出的Dx 信号；第一缓冲器的输出端1Y和第二缓冲器的输入端2A与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接电源VCC；四路缓冲器芯片U3的电源输入端VCC (即四路缓冲器芯片U3的第十四引脚14)接电源VCC，并与第八电容C8的一端连接，第八电容C8的另一端与四路缓冲器芯片U3的接地端(即四路缓冲器芯片U3的第七引脚7)接地GND；反相器芯片U4的电源输入端(即反相器芯片 U4的第五引脚5)接电源VCC，接地端(即反相器芯片U4的第三引脚3)接地 GND，输出端Y与第六电阻R6的一端以及第九电容C9的一端连接，第六电阻R6 的另一端接电源VCC，第九电容C9的另一端接地GND。

在本实施例中，串口转单线芯片U3的型号为74HCT126D；反相器芯片U4的型号为SN74LVC1G04DBVR；第四电阻R4、第五电阻R5以及第六电阻R6的电阻值为10kΩ；第八电容C8的电容值为0.1uF；第九电容C9的电容值为10nF。

在本实施例中，串口转单线模块发送Dx信号给电平转换模块或接收电平转换模块输出的Dx信号的工作原理是：第三缓冲器的使能端30E与第四缓冲器的使能端40E通过第五电阻R5接电源VCC，被上拉到高电平导通，即四路缓冲器芯片U3中的第三缓冲器与第四缓冲器导通；当TXD信号为低电平时，TXD_U信号为低电平，TXEN信号为高电平，RXEN信号为低电平，四路缓冲器芯片U3中的第一缓冲器导通，第二缓冲器断开，第一缓冲器可以发送Dx信号给电平转换模块；当TXD信号为高电平时，TXD_U信号为高电平，TXEN信号为低电平，RXEN 信号为高电平，四路缓冲器芯片U3中的第一缓冲器断开，第二缓冲器导通，第二缓冲器可以接收电平转换模块输出Dx信号。

如图8所示，在本实施例中，第三缓冲器的延时时间大于反相器芯片U4的延时时间，当反相器芯片U4的输出端Y未接延时电路时，由于RXEN信号的下降时间比TXEN信号的上升时间长，所以在t2-t3时间段内，RXEN信号与TXEN 信号同时为高电平，导致四路缓冲器芯片U3的第一缓冲器与第二缓冲器同时导通，第一缓冲器发送Dx信号给电平转换模块的同时，第二缓冲器可以接收电平转换芯片输出的Dx信号，导致误判。

如图4所示，在本实施例中，第六电阻R6与第九电容C9组成RC延时电路，用于延迟TXEN信号的上升时间；使得TXEN信号在RXEN信号下降为低电平后才上升为高电平，防止TXEN信号与RXEN信号同时为高电平导致四路缓冲器芯片 U3中的第一缓冲和第二缓冲器同时导通。

如图5所示，在本实施例中，收发指示灯模块包括第二发光二极管D2、第三发光二极管D3、第七电阻R7以及第八电阻R8；第七电阻R7的一端接VCC，另一端与第二发光二极管D2的正极连接，第二发光二极管D2的负极接TXD信号；第八电阻R8的一端接VCC，另一端与第三发光二极管D3的正极连接，第三发光二极管D3的负极接RXD信号。

在本实施例中，第二发光二极管D2与第三发光二极管D3用于指示串口转单线模块处于发送状态或接收状态：当TXD信号为低电平、RXD信号为高电平时，第二发光二极管D2亮，串口转单线模块处于发送状态，串口转单线模块接收USB 转串口模块输出的TXD信号，发送Dx信号给电平转换模块；当RXD信号为低电平、TXD信号为高电平时，第三发光二极管D3亮，串口转单线模块处于接收状态，串口转单线模块接收电平转换模块输出的Dx信号，输出RXD信号给串口转单线模块。

如图6所示，电平转换模块包括第二电平转换芯片U5、第九电阻R9、第十电容C10、第十一电容C11以及单线通信接口；第二电平转换芯片U5为双向电平转换芯片；第二电平选择单元包括两个电压输入端，一个电压输出端，第二电平选择单元的两个电压输入端分别与第一电平选择单元的两个电压输入端连接，接收5V电压与3.3V电压，电压输出端选择3.3V电压或5V电压作为电源 VCCB输出；第二电平转换芯片U5的A端数据端口(即第二电平转换芯片U5的第一引脚1)与四路缓冲器芯片U3中的第一缓冲器的信号输出端1Y以及第二缓冲器的信号输入端1A连接，发送或接收Dx信号；第二电平转换芯片U5的B端数据端口(即第二电平转换芯片U5的第五引脚5)与单线通信接口连接，发送或接收DATA信号；第二电平转换芯片U5的A端电源输入端Vcca(即第二电平转换芯片U5的第三引脚3)与第一电平选择单元的电压输出端连接，接收电源 VCC，并与第十电容C10的一端连接；第二电平转换芯片U5的B端电源输入端 Vccb(即第二电平转换芯片U5的第四引脚4)与第二电平选择单元的电压输出端连接，接收电源VCCB，并与第十一电容C11的一端连接；第十电容C10的另一端与第十一电容C11的另一端接地GND；第二电平转换芯片U5的接地端(即第二电平转换芯片U5的第二引脚2)接地GND，使能端EN(即第二电平转换芯片U5的第六引脚6)通过第九电阻R9接电源VCC。

在本实施例中，第二电平转换芯片U5的型号为PI4ULS5V201TAEX；第九电阻R9的电阻值为10k，第十电容C10与第十一电容C11的电容值均为0.1uF；

如图6所示，在本实施例中，单线通信接口P8为3pin接口，3pin接口的电源输入端(即第一引脚1)接VCCB，接地端(即第二引脚2)接地GND，DATA 数据端(即第三引脚3)与第二电平转换芯片的B端数据端口连接，发送DATA 信号给单线串口设备或接收单线串口设备输出的DATA信号。

在本实施例中，串口转单线通信模块通过第一电平选择单元选择3.3V或5V 作为电源VCC，不仅可以支持5V的USB设备，而且可以支持其他3.3V或5V双线串口设备；电平转换模块通过第二电平选择单元选择3.3V或5.5V作为电源 VCCB，不仅可以支持3.3V的单线串口设备，而且可以支持5V的单线串口设备，实现串口转单线通信模块与USB设备以及单线串口设备的电平统一。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：第一电平选择单元为单刀双掷开关，单刀双掷开关的两个动端分别为两个电压输入端，分别接收3.3V电压与5V电压，不动端为电压输出端，输出电源VCC。

实施例三

本实施例与实施例一或实施例二的区别在于：第二电平选择单元为单刀双掷开关，单刀双掷开关的两个动端分别为两个电压输入端，分别接收3.3V电压与5V电压，不动端为电压输出端，输出电源VCCB。

实施例四

本实施例与实施例一或实施例二或实施例三的区别在于：USB转串口模块不包括第三跳线插针P3与第四跳线插针P4；USB转串口芯片U2的TXD信号输出端以及RXD信号输入端直接与串口转单线芯片连接。

USB转串口芯片通过第三跳线插针P3与第四跳线插针P4与串口转单线芯片连接或直接与串口转单线芯片连接，均为USB转串口芯片的TXD信号输出端以及RXD信号输入端与串口转单线芯片连接。

以上所述仅是本实用新型的优选实施例，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种具有电平选择功能的串口转单线通信模块，包括电源模块、USB转串口模块以及串口转单线模块；所述USB转串口模块与USB设备连接，用于USB数据的发送与接收；所述串口转单线模块与所述USB转串口模块连接，用于将双工串口转为分时半工的单线串口；

其特征在于：还包括电平转换模块；所述电平转换模块包括双向电平转换芯片；所述双向电平转换芯片的A端数据端口与所述串口转单线模块连接，B端数据端口与单线串口设备连接；所述电源模块用于给所述USB转串口模块、串口转单线模块以及双向电平转换芯片提供3.3V或5V电压；所述USB转串口模块的电源输入端、串口转单线模块的电源输入端以及双向电平转换芯片的A端电源输入端接收与所述USB设备相等的电压；所述双向电平转换芯片的B端电源输入端接收与所述单线串口设备相等的电压。

2.根据权利要求1所述的具有电平选择功能的串口转单线通信模块，其特征在于：所述电源模块包括第一电平选择单元以及第二电平选择单元；所述第一电平选择单元包括两个电压输入端与一个电压输出端，两个电压输入端分别接收3.3V电压与5V电压，一个电压输出端选择两个电压输入端的电压中的一个输出给USB转串口模块的电源输入端、串口转单线模块的电源输入端以及双向电平转换芯片的A端电源输入端；所述第二电平选择单元包括两个电压输入端与一个电压输出端，两个电压输入端分别接收3.3V电压与5V电压，一个电压输出端选择两个电压输入端的电压中的一个输出给所述双向电平转换芯片的B端电源输入端。

3.根据权利要求2所述的具有电平选择功能的串口转单线通信模块，其特征在于：所述第一电平选择单元包括第一3pin跳线插针，所述第一3pin跳线插针的两个引脚分别接收3.3V电压和5V电压，另一个引脚通过跳线帽与接收3.3V和5V的两个引脚中的一个短接，输出3.3V电压或5V电压，或，所述第一电平选择单元包括第一单刀双掷开关，所述第一单刀双掷开关的两个动端分别接收3.3V和5V电压，不动端通过与两个动端中的一个导通，输出3.3V电压或5V电压；

所述第二电平选择单元包括第二3pin跳线插针，所述第二3pin跳线插针的两个引脚分别接收3.3V电压和5V电压，另一个引脚通过跳线帽与接收3.3V和5V的两个引脚中的一个短接，输出3.3V电压或5V电压，或，所述第二电平选择单元包括第二单刀双掷开关，所述第二单刀双掷开关的两个动端分别接收3.3V和5V电压，不动端通过与两个动端中的一个导通，输出3.3V电压或5V电压。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的具有电平选择功能的串口转单线通信模块，其特征在于：所述电源模块包括第一电平转换芯片；所述第一电平转换芯片的电压输入端接收5V电压，电压输出端输出3.3V电压，接地端接地。

5.根据权利要求4所述的具有电平选择功能的串口转单线通信模块，其特征在于：所述电源模块还包括第一电阻、第一电容以及第二电容；所述第一电容的一端与所述第一电平转换芯片的电压输入端连接，另一端接地；所述第二电容的一端与所述第一电阻的一端与所述第一电平转换芯片的电压输出端连接，另一端接地。

6.根据权利要求4所述的具有电平选择功能的串口转单线通信模块，其特征在于：所述USB转串口模块包括USB接口以及USB转串口芯片；所述USB接口的供电端接收5V电压，并与所述第一电平转换芯片的电压输入端连接，接地端接地；所述USB接口的USB数据输入端与所述USB转串口芯片的USB数据输出端连接，用于接收所述USB转串口模块输出的USB数据，并输出给所述USB设备；所述USB接口的USB数据输出端与USB转串口芯片的USB数据输入端连接，用于接收所述USB设备输出的USB数据，并发送给所述USB转串口模块；

所述USB转串口芯片的TXD信号输出端以及RXD信号输入端与所述串口转单线模块连接，用于发送TXD信号给所述串口转单线模块以及接收所述串口转单线模块输出的RXD信号；所述USB转串口芯片的电源输入端接收与所述USB设备相等的电压，接地端接地。

7.根据权利要求6所述的具有电平选择功能的串口转单线通信模块，其特征在于：所述USB转串口模块还包括保险丝、第二电阻、第一发光二极管、第一ESD二极管、第二ESD二极管、第三电容、第四电容以及第六电容；所述保险丝连入所述USB接口的供电端与5V电压之间；所述第一发光二极管的正极与所述保险丝连接5V电压的一端连接，负极与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地；所述第一ESD二极管的一端以及所述第三电容的一端与所述USB接口的USB数据输入端连接，所述第一ESD二极管的另一端以及所述第三电容的另一端接地；所述第二ESD二极管的一端以及所述第四电容的一端与所述USB接口的USB数据输出端连接，所述第二ESD二极管的另一端以及所述第四电容的另一端接地；所述USB接口的接地端接地；所述第六电容的一端与所述USB转串口芯片的电源输入端连接，另一端与所述USB转串口芯片的接地端连接。

8.根据权利要求6所述的具有电平选择功能的串口转单线通信模块，其特征在于：所述USB转串口模块还包括串口调试接口；所述串口调试接口的TXD数据端发送TXD信号，RXD数据端接收RXD信号，电源输入端接收与所述USB设备或所述单线串口设备相等的电压，接地端接地；所述串口调试接口用于电子设备与USB设备或单线串口设备进行通信。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的具有电平选择功能的串口转单线通信模块，其特征在于：所述串口转单线模块包括四路缓冲器芯片以及反相器芯片；所述四路缓冲器芯片包括第一缓冲器、第二缓冲器、第三缓冲器以及第四缓冲器；所述第四缓冲器的使能端以及所述第三缓冲器的使能端被上拉到高电平；所述第四缓冲器的信号输入端接收所述USB转串口模块输出的TXD信号，信号输出端输出TXD_U信号给所述第一缓冲器的信号输入端、第三缓冲器的信号输入端以及反相器芯片的信号输入端；所述反相器芯片的输出端输出TXEN信号给所述第一缓冲器的使能端；所述第三缓冲器的信号输出端输出RXEN信号给所述第二缓冲器的使能端；所述第一缓冲器的信号输出端以及所述第二缓冲器的信号输入端与所述双向电平转换芯片的A端数据端口连接；所述第二缓冲器的信号输出端输出RXD信号给所述USB转串口模块。

10.根据权利要求9所述的具有电平选择功能的串口转单线通信模块，其特征在于：所述第三缓冲器的延时大于所述反相器的延时，所述串口转单线模块还包括RC延时电路；所述RC延时电路包括第六电阻与第九电容，所述第六电阻的一端和所述第九电容的一端与所述反相器芯片的信号输出端连接，所述第六电阻的另一端接收与所述USB设备相等的电压，所述第九电容的另一端接地。

11.根据权利要求8所述的具有电平选择功能的串口转单线通信模块，其特征在于：所述电平转换模块还包括连入双向电平转换芯片与单线串口设备之间的单线通信接口；所述单线通信接口的数据端与所述双向电平转换芯片的B端数据端口以及单线串口设备连接，电源输入端与所述双向电平转换芯片的B端电源输入端连接，接地端接地。

12.根据权利要求1-3任意一项所述的具有电平选择功能的串口转单线通信模块，其特征在于：还包括收发指示灯模块；所述收发指示灯模块包括第二发光二极管、第三发光二极管、第七电阻以及第八电阻；所述第七电阻的一端以及所述第八电阻的一端接收与所述USB设备相等的电压；所述第七电阻的另一端与所述第二发光二极管的正极连接，所述第二发光二极管的负极接TXD信号；所述第八电阻的另一端与所述第三发光二极管的正极连接，所述第三发光二极管的负极接RXD信号。

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