CN213241142U - 串行通信接口的拓展电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种串行通信接口的拓展电路。该串行通信接口的拓展电路包括：IO拓展模块、第一多路开关模块、第二多路开关模块、电平翻转模块、第一通信接口模块和第二通信接口模块；IO拓展模块的地址引脚分别耦合至第一多路开关模块、第二多路开关模块、第一通信接口模块和第二通信接口模块的地址引脚；IO拓展模块的IO引脚分别耦合至第一多路开关模块、第二多路开关模块、第一通信接口模块和第二通信接口模块的IO引脚；IO拓展模块的使能引脚分别耦合至电平翻转模块的输入端、第二多路开关模块和第二通信接口的使能引脚；电平翻转模块的输出端分别耦合至第一多路开关模块的使能引脚和第一通信接口的使能引脚。通过本申请，实现了主芯片引脚的拓展。

Description

串行通信接口的拓展电路

技术领域

本申请涉及电子领域，特别是涉及串行通信接口的拓展电路。

背景技术

随着应用环境的变化，现在对主芯片的资源需求越来越大，例如对主芯片的IO口、UART口、SPI口、I2C口、ADC口等一些接口的需求越来越多。

然而在相关技术中，如果需要主芯片的资源都满足，则主芯片引脚的数量需要很多，进而造成了主芯片的价格高昂；并且资源较多的主芯片，并不能满足特殊的资源需求，例如UART口，一般芯片的UART口数量不会很多，如果在需要多路UART的应用场景下(比如有单主机多从机的情况下)，则无法满足。

目前针对相关技术中因主芯片引脚数量需要多，而造成的主芯片引脚不足的问题，尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种串行通信接口的拓展电路，以至少解决相关技术中主芯片引脚不足的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种串行通信接口的拓展电路，所述串行通信接口的拓展电路包括：IO拓展模块、第一多路开关模块、第二多路开关模块、电平翻转模块、第一通信接口模块和第二通信接口模块；

所述IO拓展模块的地址引脚分别耦合至所述第一多路开关模块的地址引脚、所述第二多路开关模块的地址引脚、所述第一通信接口模块的地址引脚和所述第二通信接口模块的地址引脚；

所述IO拓展模块的IO引脚分别耦合至所述第一多路开关模块的IO引脚、所述第二多路开关模块的IO引脚、所述第一通信接口模块的IO引脚和所述第二通信接口模块的IO引脚；

所述IO拓展模块的使能引脚分别耦合至所述电平翻转模块的输入端、所述第二多路开关模块的使能引脚和所述第二通信接口的使能引脚；

所述电平翻转模块的输出端分别耦合至所述第一多路开关模块的使能引脚和所述第一通信接口的使能引脚。

在其中一些实施例中，所述电平翻转模块包括：上拉单元、开关管，所述上拉单元的一端耦合至第一电源，所述上拉单元的另一端耦合至所述开关管的集电极，所述开关管的集电极还耦合至所述第一多路开关模块的使能引脚，所述开关管的基极耦合至所述IO拓展模块的使能引脚，所述开关管的发射极耦合至第二电源。

在其中一些实施例中，所述上拉单元包括第一电阻，所述第一电阻耦合至所述第一电源和所述开关管的集电极之间。

在其中一些实施例中，所述电平翻转模块还包括：第二电阻和第三电阻，所述第二电阻耦合至所述IO拓展模块的使能引脚和所述开关管的基极之间，所述第三电阻耦合至所述第二电阻和所述开关管的发射极之间。

在其中一些实施例中，所述开关管包括：NPN型三极管。

在其中一些实施例中，第一通信接口模块和第二通信接口模块均包括以下至少之一：解码器、解复用器。

在其中一些实施例中，所述串行通信接口的拓展电路还包括第一电容：所述第一电容耦合至第二电源和所述第一多路开关模块的供电引脚之间，所述第一多路开关模块的供电引脚还耦合至第一电源。

在其中一些实施例中，所述串行通信接口的拓展电路还包括第二电容：所述第二电容耦合至第二电源和所述第二多路开关模块的供电引脚之间，所述第二多路开关模块的供电引脚还耦合至第一电源。

在其中一些实施例中，所述串行通信接口的拓展电路还包括第三电容：所述第三电容耦合至所述第一通信接口模块的供电引脚和第二电源之间，所述第一通信接口模块的供电引脚还耦合至第一电源。

在其中一些实施例中，所述串行通信接口的拓展电路还包括第四电容：所述第四电容耦合至所述第二通信接口模块的供电引脚和第二电源之间，所述第二通信接口模块的供电引脚还耦合至第一电源。

相比于相关技术，本申请实施例提供的串行通信接口的拓展电路，通过在串行通信接口的拓展电路中设置IO拓展模块、第一多路开关模块、第二多路开关模块、电平翻转模块、第一通信接口模块和第二通信接口模块；IO拓展模块的地址引脚分别耦合至第一多路开关模块的地址引脚、第二多路开关模块的地址引脚、第一通信接口模块的地址引脚和第二通信接口模块的地址引脚；IO拓展模块的IO引脚分别耦合至第一多路开关模块的IO引脚、第二多路开关模块的IO引脚、第一通信接口模块的IO引脚和第二通信接口模块的IO引脚；IO拓展模块的使能引脚分别耦合至电平翻转模块的输入端、第二多路开关模块的使能引脚和第二通信接口的使能引脚；电平翻转模块的输出端分别耦合至第一多路开关模块的使能引脚和第一通信接口的使能引脚的方式，解决了相关技术中主芯片引脚不足的问题，实现了主芯片引脚拓展。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的串行通信接口的拓展电路的结构框图；

图2是本申请优选实施例的IO拓展模块的结构示意图；

图3是本申请优选实施例的第一多路开关模块的结构示意图；

图4是本申请优选实施例的第一多路开关模块的结构示意图；

图5是本申请优选实施例的第一通信接口模块的结构示意图；

图6是本申请优选实施例的第二通信接口模块的结构示意图；

图7是本申请优选实施例的电平翻转模块的结构示意图。

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，对本申请进行描述和说明。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。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本实施例提供了一种串行通信接口的拓展电路，图1是根据本申请实施例的串行通信接口的拓展电路的结构框图，如图1所示，该串行通信接口的拓展电路包括：IO拓展模块10、第一多路开关模块20、第二多路开关模块30、电平翻转模块40、第一通信接口模块50和第二通信接口模块60；IO拓展模块10的地址引脚分别耦合至第一多路开关模块20的地址引脚、第二多路开关模块30的地址引脚、第一通信接口模块50的地址引脚和第二通信接口模块60的地址引脚；IO拓展模块10的IO引脚分别耦合至第一多路开关模块20的IO引脚、第二多路开关模块30的IO引脚、第一通信接口模块50的IO引脚和第二通信接口模块60引脚；IO拓展模块10的使能引脚分别耦合至电平翻转模块40的输入端、第二多路开关模块30的使能引脚和第二通信接口的使能引脚；电平翻转模块40的输出端分别耦合至第一多路开关模块20的使能引脚和第一通信接口的使能引脚。

在本实施例中，通过IO拓展模块10、电平翻转模块40、第一多路开关模块20、第二开关模块、第一通信接口模块50和第二通信接口模块60，可以实现串口的分时串口通讯功能；其中，IO拓展模块10的IO引脚分别耦合至第一多路开关模块20、第二开关模块、第一通信接口模块50和第二通信接口模块60的IO引脚，第一通信接口模块50和第二通信接口模块60做串口的数据发送模块，而第一多路开关模块20和第二多路开关模块30做串口的数据接收模块，并通过使能引脚和地址引脚，来确保主机都能与同一分机进行数据的接收和发送工作；且该电路分别有两个通信接口模块和两个多路开关模块，通过电平翻转模块40来控制，即一组通信接口模块和多路开关模块的使能为高电平时，控制另一组的通信接口模块和多路开关模块的使能转换成低电平，从而关闭另一组通信接口模块和多路开关模块的功能，可以实现一组通信接口模块和多路开关模块工作时，另一组通信接口模块和多路开关模块关闭，实现了串口的分时通讯，解决了相关技术中主芯片引脚不足的问题，实现了主芯片引脚拓展。

在本实施例中，电平翻转模块40用于将IO拓展模块10的使能引脚输出的高电平转换成低电平，以及将IO拓展模块10的使能引脚输出的低电平转换成高电平。

在其中一些实施例中，为了是实现上述电平翻转功能，该电平翻转模块40可以包括：上拉单元、开关管，上拉单元的一端耦合至第一电源，上拉单元的另一端耦合至开关管的集电极，开关管的集电极还耦合至第一多路开关模块20的使能引脚，开关管的基极耦合至IO拓展模块10的使能引脚，开关管的发射极耦合至第二电源。

需要说明的是，第一电源可以是+3.3V的电源，第二电源可以是GND。

在本实施例中，通过开关管来实现电平的翻转，以实现对第二多路开关模块30以及第二通信接口模块60的控制。

在其中一些实施例中，上拉单元包括第一电阻，第一电阻耦合至第一电源和开关管的集电极之间。在本实施例中，通过第一电阻的上拉，以实现电平翻转模块40输出高电平。

为了防止开关管在电路断路是局部电压过而导致开关管损坏的问题，可以在电路中设置旁路电阻，在其中一些实施例中，电平翻转模块40还可以包括：第二电阻和第三电阻，第二电阻耦合至IO拓展模块10的使能引脚和开关管的基极之间，第三电阻耦合至第二电阻和开关管的发射极之间。

在本实施例中，通过设置第一电阻和第二电阻，防止了开关管在电路断路是局部电压过而导致开关管损坏的问题，保护了开关管。

需要说明的是，旁路电阻通常是指在电路设计时为保护例如敏感电压计等器件，防止电路断路时局部电压过大而导致器件损坏设计的并联支路电路。

在其中一些实施例中，开关管可以包括：NPN型三极管。

在其中一些实施例中，第一通信接口模块50和第二通信接口模块60均包括以下至少之一：解码器、解复用器。在本实施例中，解码器、解复用器可以是型号为74HC138D的解码器或解复用器。

需要说明的是，74HC138D是一款高速CMOS器件，74HC138D引脚兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列。74HC138D解码器或解复用器可接受3位二进制加权地址输入(A0，A1和A2)，并当使能时，提供8个互斥的低电平有效输出(Y0至Y7)。74HC138D特有3个使能输入端：两个低电平有效(E1和E2)和一个高电平有效(E3)。除非E1和E2置均于低电平且E3置于高电平，否则74HC138D将保持所有输出为高。且74HC138D可以用来作为8个输出解复用器或解码器使用低电平有效使能输入的数据输入和作为选通使能输入。

在其中一些实施例中，串行通信接口的拓展电路还包括第一电容：第一电容耦合至第二电源和第一多路开关模块20的供电引脚之间，第一多路开关模块20的供电引脚还耦合至第一电源。在本实施例中，通过设置第一电容，实现了对第一多路开关模块20的输入电压的滤波。

在其中一些实施例中，串行通信接口的拓展电路还包括第二电容：第二电容耦合至第二电源和第二多路开关模块30的供电引脚之间，第二多路开关模块30的供电引脚还耦合至第一电源。在本实施例中，通过设置第二电容，实现了对第二多路开关模块30的输入电压的滤波。

在其中一些实施例中，串行通信接口的拓展电路还包括第三电容：第三电容耦合至第一通信接口模块50的供电引脚和第二电源之间，第一通信接口模块50的供电引脚还耦合至第一电源。在本实施例中，通过设置第三电容，实现了对第一通信接口模块50的输入电压的滤波。

在其中一些实施例中，串行通信接口的拓展电路还包括第四电容：第四电容耦合至第二通信接口模块60的供电引脚和第二电源之间，第二通信接口模块60的供电引脚还耦合至第一电源。通过设置第四电容，实现了对第二通信接口模块60的输入电压的滤波。

在一些实施例中，还可以设置主控模块(例如MCU)，以用于控制IO拓展模块10的使能引脚的使能信号的输出，以及通过控制IO拓展模块10的地址引脚来控制多路开关模块和通信接口模块的IO口的开闭。该主控模块可以通过I2C总线来控制IO拓展模块10。

下面通过优选实施例对本申请实施例进行描述和说明。

图2是本申请优选实施例的IO拓展模块的结构示意图，图3是本申请优选实施例的第一多路开关模块的结构示意图，图4是本申请优选实施例的第一多路开关模块的结构示意图，图5是本申请优选实施例的第一通信接口模块的结构示意图，图6是本申请优选实施例的第二通信接口模块的结构示意图，图7是本申请优选实施例的电平翻转模块的结构示意图，如图2至图7所示，IO拓展模块可以选择CH423DS1IO拓展芯片，第一多路开关模块和第二多路开关模块均可以选择CD4051B多路开关，第一通信接口模块和第二通信接口模块可以选择74HC138D解码器，电平翻转模块包括：NPN三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻，其中，需要说明的是，可以设定IO拓展模块输出的使能信号可以为4051_EN使能信号，而通过电平翻转模块输出的使能信号可以为4051_EN_1使能信号。

在本实施例中，首先，解码器U3(相当于第一通信接口模块)、解码器U4(相当于第二通信接口模块)使用NXP的74HC138D，多路开关芯片U1(相当于第一多路开关模块)、多路开关芯片U2(相当于第二多路开关模块)使用TI的CD4051B，且U4和U2的使能引脚的接入4051_EN使能信号，且U3和U1的使能引脚的接入4051_EN_1使能信号，且U1、U2、U3、U4地址引脚均包括4051_A、4051_B、4051_C，且该地址引脚对应的地址均可由IO拓展芯片U5提供，主控模块MCU通过IIC(I2C)来控制U5芯片。

在本实施例中，继续参照图2至图7，串口的数据发送：USAT_TX引脚可以为MCU的串口TX引脚，U3的HDO1～HDO8为1-8号从机的串口RX脚，U4的HDO9～HDO16为9-16号从机的串口RX脚。

再参照图2至图7，当MCU发送数据时，MCU通过IIC协议来配置U5的IO输出状态，第四电阻R4和第五电阻R5(该电阻的型号可以选择国巨RC0603FR-074K7L)可以是IIC总线的上拉电阻，该上拉电阻的功能是为集电极开路输出型电路输出电流通道；因U3，U4是选择了74HC138D解码器，可以通过E1、E2、E3和三个地址引脚A0、A1、A2来决定Y0～Y7(即IO口)的输出状态，当E1、E2为高电平时，无论E3是什么状态，Y0～Y7都为高电平；当E1、E2为低电平时，E3为高电平，且Y0～Y7的电平状态根据A0、A1和A2的状态来决定是哪路输出低电平；此时通过用户配置的程序(例如通过地址引脚来控制某一路的电平输出状态)，便可以指定其中的一路输出状态与UART_TX状态一致，实现信号指定传输功能。

需要说明的是由于U3与U4的UART_TX引脚、4051_A、4051_B、4051_C是公用的，如果E3引脚也是同时输入4051_EN，则U3和U4会有同一序号的引脚输出相同波形，从而导致接收端会有同时输入，不满足功能需求。因此在本申请实施例中，U3、U4的E3引脚需要输入不同的电平状态的信号；4051_EN使能信号为低电平时，4051_EN_1使能信号通过上拉电阻R1(该电阻的型号可以选择国巨RC0603FR-0710KL的电阻)来输出高电平，该电阻耦合至+3.3V的电源，当4051_EN使能信号输出高电平时，4051_EN_1使能信号通过三极管(该三极管可以选择型号为LRC的LMBT2222ALT1G NPN三极管)输出低电平，该三极管主要做电平取反作用。且电容C3、C4(该电容的型号可以选择型号为CC0603KRX7R9BB104的电容)可以给U3、U4做滤波用。

在串口的数据接收的情况下，继续参照图2至图7，U1、U2是型号为CD4051B的单端8通道多路开关，COM为公共端，接MCU的RX引脚UART_RX，INH引脚是使能引脚，其中，U2的使能引脚接4051_EN使能信号且U1的使能引脚接4051_EN_1使能信号，I/O1～I/O7是8路输入输出通道，接外部从机TX信号HDI1～HDI7，当INH使能引脚输入信号为低电平时，8路输入输出通道与公共端都不连通；当INH输入高电平时，8路输入输出端中的某一路与公共端相连取决于地址引脚INA、INB和INC。且U1的使能引脚和地址引脚与U4是共用的，U2的使能引脚和地址引脚与U3是共用的，通过该方式，可以保证主机能完整的与外部其中一路分机进行完整的串口数据发送和接收工作。需要说明的是电容C1、C2(该电容可以选择型号为CC0603KRX7R9BB104的电容)可以给U1，U2做滤波用。

通过上述实施例，解决了相关技术中只能使用主芯片现成的uart串口资源进行开发或者使用IO口模拟uart功能，以及在多路uart场景时需要大量IO口和高资源的MCU，且模拟串口通讯质量不如芯片自带uart口的问题，通过本申请可以实现多达16路的uart转换通讯，且MCU端只使用了一路串口，大大降低芯片要求，且使用的是主芯片自带的uart口，可以保证通讯质量，解决了相关技术中主芯片引脚不足的问题，实现了主芯片引脚拓展。

本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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实施例范围的限制。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)

1.一种串行通信接口的拓展电路，其特征在于，所述串行通信接口的拓展电路包括：IO拓展模块、第一多路开关模块、第二多路开关模块、电平翻转模块、第一通信接口模块和第二通信接口模块；

所述IO拓展模块的地址引脚分别耦合至所述第一多路开关模块的地址引脚、所述第二多路开关模块的地址引脚、所述第一通信接口模块的地址引脚和所述第二通信接口模块的地址引脚；

所述IO拓展模块的IO引脚分别耦合至所述第一多路开关模块的IO引脚、所述第二多路开关模块的IO引脚、所述第一通信接口模块的IO引脚和所述第二通信接口模块的IO引脚；

所述IO拓展模块的使能引脚分别耦合至所述电平翻转模块的输入端、所述第二多路开关模块的使能引脚和所述第二通信接口的使能引脚；

所述电平翻转模块的输出端分别耦合至所述第一多路开关模块的使能引脚和所述第一通信接口的使能引脚。

2.根据权利要求1所述的串行通信接口的拓展电路，其特征在于，所述电平翻转模块包括：上拉单元、开关管，所述上拉单元的一端耦合至第一电源，所述上拉单元的另一端耦合至所述开关管的集电极，所述开关管的集电极还耦合至所述第一多路开关模块的使能引脚，所述开关管的基极耦合至所述IO拓展模块的使能引脚，所述开关管的发射极耦合至第二电源。

3.根据权利要求2所述的串行通信接口的拓展电路，其特征在于，所述上拉单元包括第一电阻，所述第一电阻耦合至所述第一电源和所述开关管的集电极之间。

4.根据权利要求2所述的串行通信接口的拓展电路，其特征在于，所述电平翻转模块还包括：第二电阻和第三电阻，所述第二电阻耦合至所述IO拓展模块的使能引脚和所述开关管的基极之间，所述第三电阻耦合至所述第二电阻和所述开关管的发射极之间。

5.根据权利要求2所述的串行通信接口的拓展电路，其特征在于，所述开关管包括：NPN型三极管。

6.根据权利要求1所述的串行通信接口的拓展电路，其特征在于，第一通信接口模块和第二通信接口模块均包括以下至少之一：解码器、解复用器。

7.根据权利要求1所述的串行通信接口的拓展电路，其特征在于，所述串行通信接口的拓展电路还包括第一电容：所述第一电容耦合至第二电源和所述第一多路开关模块的供电引脚之间，所述第一多路开关模块的供电引脚还耦合至第一电源。

8.根据权利要求1所述的串行通信接口的拓展电路，其特征在于，所述串行通信接口的拓展电路还包括第二电容：所述第二电容耦合至第二电源和所述第二多路开关模块的供电引脚之间，所述第二多路开关模块的供电引脚还耦合至第一电源。

9.根据权利要求1所述的串行通信接口的拓展电路，其特征在于，所述串行通信接口的拓展电路还包括第三电容：所述第三电容耦合至所述第一通信接口模块的供电引脚和第二电源之间，所述第一通信接口模块的供电引脚还耦合至第一电源。

10.根据权利要求1所述的串行通信接口的拓展电路，其特征在于，所述串行通信接口的拓展电路还包括第四电容：所述第四电容耦合至所述第二通信接口模块的供电引脚和第二电源之间，所述第二通信接口模块的供电引脚还耦合至第一电源。

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