CN217279303U - 一种低成本3串口转换模块 - Google Patents

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张建雷
李光举
刘金国
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Abstract

本实用新型属于物联网技术领域，公开了一种低成本3串口转换模块,包括电源电路(1)、串口扩展电路(2)、MCU电路(3)、1路串口电路(4)、2路串口电路(5)、3路串口电路(6)。本实用新型提供了一种低成本3串口转换模块，直接向外提供3路具有完整EMC防护的全双工异步串行通信接口，核心控制芯片采用8位单片机，具有低成本、低开发难度、高可靠性、高可扩展性等诸多优点。

Description

一种低成本3串口转换模块
技术领域
本实用新型涉及物联网技术领域，具体为一种低成本3串口转换模块。
背景技术
单片机与外围电路在通讯方式上，一般采用异步串行通信接口。无论是单片机与单片机之间的板级连接，还是长达数百米的长距离通信，异步串行通信技术都被广泛采用。
异步串行通信技术，简称串口，是指通信双方以一个字符作为数据传输单位且发送方传送字符的间隔时间不一定，具有不规则数据段传送特性的串行数据传输。
异步串行通信技术，虽然应用广泛，但数量受限，如果在系统中希望使用多路串口，一般情况下需要采用32位单片机，其不仅开发难度大，而且成本较高。
发明内容
本实用新型的目的在于提供了一种低成本3串口转换模块，直接向外提供3路具有完整EMC防护的全双工异步串行通信接口，核心控制芯片采用8位单片机，具有低成本、低开发难度、高可靠性、高可扩展性等诸多优点。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种低成本3串口转换模块,包括电源电路(1)、串口扩展电路(2)、MCU电路(3)、1路串口电路(4)、2路串口电路(5)、3路串口电路(6)；所述的电源电路(1)采用线性稳压芯片为串口扩展电路（2）和MCU电路（3）提供电源；所述的串口扩展电路(2)采用CH432T扩展2路全功能串口，与1路串口（4）和2路串口（5）相连接，使用SPI接口与MCU电路相连接；所述的MCU电路(3)采用低成本8位单片机ATmega168PA-AU，使用SPI与串口扩展电路（2）通信，扩展2路串口；所述的1路串口电路(4)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能；所述的2路串口电路(5)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能；所述的3路串口电路(6)是MCU电路（3）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能。
优选的，所述的电源电路(1)采用线性稳压芯片为串口扩展电路（2）和MCU电路（3）提供电源;主要线性稳压芯片MCP33构成，可以直流5V或2节锂电池直接供电，电源经10u电容和3A磁珠滤波后，送线性稳压芯片MCP33；MCP33输出直流3.3V电压经10u电容和0.1u电容滤波后，给串口扩展电路（2）和MCU电路（3）供电；1K电阻和红色LED组成电源指示电路。
优选的，所述的串口扩展电路(2)采用CH432T扩展2路全功能串口，与1路串口（4）和2路串口（5）相连接，使用SPI接口与MCU电路相连接;主要由串口扩展芯片CH432T构成，其第18脚为电源输入引脚，由电源电路（1）提供3.3V电源，并对地接0.1u去耦电容；9脚和10脚接22.1184M晶振；1、2、20、17、16引脚与MCU电路（3）进行通信；4、6引脚与1路串口电路（4）连接； 13、11引脚与2路串口电路（5）连接。
优选的，所述的MCU电路(3)采用低成本8位单片机ATmega168PA-AU，使用SPI与串口扩展电路（2）通信，扩展2路串口;主要由微控制器ATMEGA168PA-AU构成，6和4脚接数字电源3.3V，18和20脚接模拟电源，模拟电源和数字电源之间用0欧电阻隔离；3和5脚接数字地，21脚接模拟地，数字地和模拟地之间用0欧电阻隔离；7脚和8脚接7.3728M晶振，为微控制器提供时钟；通过13、14、15、16、17引脚组成SPI电路与串口扩展电路（2）相连接；通过30、31引脚与3路串口电路（6）相连接。
优选的，所述的1路串口电路(4)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能;主要由共模电感WCM-3216-222T和其辅助外围电路构成，串口扩展电路（2）传递过来的TXD1和RXD1信号经WCM-3216-222T后，对地采用100p电容滤波；经3路瞬态抑制二极管BS0300N-C后，通过自恢复保险丝FRH120-250VF；最后经陶瓷放电管B3D090L-C后送输出接口。
优选的，所述的2路串口电路(5)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能;主要由共模电感WCM-3216-222T和其辅助外围电路构成，串口扩展电路（2）传递过来的TXD2和RXD2信号经WCM-3216-222T后，对地采用100p电容滤波；经3路瞬态抑制二极管BS0300N-C后，通过自恢复保险丝FRH120-250VF；最后经陶瓷放电管B3D090L-C后送输出接口。
优选的，所述的3路串口电路(6)是MCU电路（3）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能;主要由共模电感WCM-3216-222T和其辅助外围电路构成，MCU电路（3）传递过来的TXD3和RXD3信号经WCM-3216-222T后，对地采用100p电容滤波；经3路瞬态抑制二极管BS0300N-C后，通过自恢复保险丝FRH120-250VF；最后经陶瓷放电管B3D090L-C后送输出接口。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
(1)提供3路全双工串口通信；
(2)8位单片机设计，低成本、低复杂度；
(3)完整的EMC保护，使得电路具有高可靠性；
(4)模块之间可以互相搭配，用于电路扩展。
附图说明
本实用新型涉及到的附图说明如下：
图1为实用新型的系统总体框图；
图2为电源电路
图3为串口扩展电路；
图4为MCU电路；
图5为1路串口电路；
图6为2路串口电路；
图7为3路串口电路。
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做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。
请参阅图1，
一种低成本3串口转换模块,包括电源电路(1)、串口扩展电路(2)、MCU电路(3)、1路串口电路(4)、2路串口电路(5)、3路串口电路(6)；所述的电源电路(1)采用线性稳压芯片为串口扩展电路（2）和MCU电路（3）提供电源；所述的串口扩展电路(2)采用CH432T扩展2路全功能串口，与1路串口（4）和2路串口（5）相连接，使用SPI接口与MCU电路相连接；所述的MCU电路(3)采用低成本8位单片机ATmega168PA-AU，使用SPI与串口扩展电路（2）通信，扩展2路串口；所述的1路串口电路(4)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能；所述的2路串口电路(5)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能；所述的3路串口电路(6)是MCU电路（3）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能。
请参阅图1和2，
电源电路(1)采用线性稳压芯片为串口扩展电路（2）和MCU电路（3）提供电源;主要线性稳压芯片MCP33构成，可以直流5V或2节锂电池直接供电，电源经10u电容和3A磁珠滤波后，送线性稳压芯片MCP33；MCP33输出直流3.3V电压经10u电容和0.1u电容滤波后，给串口扩展电路（2）和MCU电路（3）供电；1K电阻和红色LED组成电源知识电路。
电路原理：MCP33是线性稳压芯片，输出低纹波直流3.3V电压，其输入端可为直流电源输入，也可为锂电池输入；MCP33前端的输入电容和磁珠是电压输入端滤波电路；MCP33后端10u和0.1u电容为电压输出端滤波电路；1K电阻是LED限流电阻，当电源接通时，LED灯亮。
请参阅图1和3，
串口扩展电路(2)采用CH432T扩展2路全功能串口，与1路串口（4）和2路串口（5）相连接，使用SPI接口与MCU电路相连接;主要由串口扩展芯片CH432T构成，其第18脚为电源输入引脚，由电源电路（1）提供3.3V电源，并对地接0.1u去耦电容；9脚和10脚接22.1184M晶振；1、2、20、17、16引脚与MCU电路（3）进行通信；4、6引脚与1路串口电路（4）连接； 13、11引脚与2路串口电路（5）连接。
电路原理：CH432T通过INT、CS、SCK、MOSI、MISO组成的SPI电路与MCU电路（3）进行通信；其扩展出两路串行接口RS1和RS2；RS1由TXD1、RXD1组成，与1路串口电路（4）进行通信，RS1由TXD2、RXD2组成，与2路串口电路（5）进行通信。
请参阅图1和4，
MCU电路(3)采用低成本8位单片机ATmega168PA-AU，使用SPI与串口扩展电路（2）通信，扩展2路串口;主要由微控制器ATMEGA168PA-AU构成，6和4脚接数字电源3.3V，18和20脚接模拟电源，模拟电源和数字电源之间用0欧电阻隔离；3和5脚接数字地，21脚接模拟地，数字地和模拟地之间用0欧电阻隔离；7脚和8脚接7.3728M晶振，为微控制器提供时钟；通过13、14、15、16、17引脚组成SPI电路与串口扩展电路（2）相连接；通过30、31引脚与3路串口电路（6）相连接。
电路原理：电源电路（1）给MCU电路（3）提供3.3V数字电源，经0欧电阻隔离后，形成模拟电源给MCU电路（3）提供模拟电源；通过INT、CS、SCK、MOSI和MISO组成SPI电路接口与串口扩展电路进行通信，对串口扩展电路（2）加以控制；主控芯片本身自带串行接口，与3路串口电路（6）进行连接和通信。
请参阅图1和5，
1路串口电路(4)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能;主要由共模电感WCM-3216-222T和其辅助外围电路构成，串口扩展电路（2）传递过来的TXD1和RXD1信号经WCM-3216-222T后，对地采用100p电容滤波；经3路瞬态抑制二极管BS0300N-C后，通过自恢复保险丝FRH120-250VF；最后经陶瓷放电管B3D090L-C后送输出接口。
电路原理：此电路主要用于EMC防护，自恢复保险丝FRH120-250VF和陶瓷放电管B3D090L-C用于防范浪涌信号；瞬态抑制二极管BS0300N-C和电容100p用于防范快速脉冲群；共模电感WCM-3216-222T用于对残留的共模干扰信号进行抑制。
请参阅图1和6，
2路串口电路(5)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能;主要由共模电感WCM-3216-222T和其辅助外围电路构成，串口扩展电路（2）传递过来的TXD2和RXD2信号经WCM-3216-222T后，对地采用100p电容滤波；经3路瞬态抑制二极管BS0300N-C后，通过自恢复保险丝FRH120-250VF；最后经陶瓷放电管B3D090L-C后送输出接口。
电路原理：此电路主要用于EMC防护，自恢复保险丝FRH120-250VF和陶瓷放电管B3D090L-C用于防范浪涌信号；瞬态抑制二极管BS0300N-C和电容100p用于防范快速脉冲群；共模电感WCM-3216-222T用于对残留的共模干扰信号进行抑制。
请参阅图1和7，
3路串口电路(6)是MCU电路（3）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能;主要由共模电感WCM-3216-222T和其辅助外围电路构成，MCU电路（3）传递过来的TXD3和RXD3信号经WCM-3216-222T后，对地采用100p电容滤波；经3路瞬态抑制二极管BS0300N-C后，通过自恢复保险丝FRH120-250VF；最后经陶瓷放电管B3D090L-C后送输出接口。
电路原理：此电路主要用于EMC防护，自恢复保险丝FRH120-250VF和陶瓷放电管B3D090L-C用于防范浪涌信号；瞬态抑制二极管BS0300N-C和电容100p用于防范快速脉冲群；共模电感WCM-3216-222T用于对残留的共模干扰信号进行抑制。
综上所述：一种低成本3串口转换模块,其提供3路全双工串口通信，其采用8位单片机设计，低成本、低复杂度，其完整的EMC保护，使得电路具有高可靠性，其模块之间可以互相搭配，用于电路扩展，因此有效的解决了现有技术的不足。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种低成本3串口转换模块,包括电源电路(1)、串口扩展电路(2)、MCU电路(3)、1路串口电路(4)、2路串口电路(5)、3路串口电路(6)；其特征是，所述的电源电路(1)采用线性稳压芯片为串口扩展电路（2）和MCU电路（3）提供电源；所述的串口扩展电路(2)采用CH432T扩展2路全功能串口，与1路串口（4）和2路串口（5）相连接，使用SPI接口与MCU电路相连接；所述的MCU电路(3)采用低成本8位单片机ATmega168PA-AU，使用SPI与串口扩展电路（2）通信，扩展2路串口；所述的1路串口电路(4)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能；所述的2路串口电路(5)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能；所述的3路串口电路(6)是MCU电路（3）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能。
2.根据权利要求1所述的一种低成本3串口转换模块，其特征是所述的电源电路(1)采用线性稳压芯片为串口扩展电路（2）和MCU电路（3）提供电源;主要由线性稳压芯片MCP33构成，可以直流5V或2节锂电池直接供电，电源经10u电容和3A磁珠滤波后，送线性稳压芯片MCP33；MCP33输出直流3.3V电压经10u电容和0.1u电容滤波后，给串口扩展电路（2）和MCU电路（3）供电；1K电阻和红色LED组成电源指示电路。
3.根据权利要求1所述的一种低成本3串口转换模块，其特征是所述的串口扩展电路(2)采用CH432T扩展2路全功能串口，与1路串口（4）和2路串口（5）相连接，使用SPI接口与MCU电路相连接;主要由串口扩展芯片CH432T构成，其第18脚为电源输入引脚，由电源电路（1）提供3.3V电源，并对地接0.1u去耦电容；9脚和10脚接22.1184M晶振；1、2、20、17、16引脚与MCU电路（3）进行通信；4、6引脚与1路串口电路（4）连接； 13、11引脚与2路串口电路（5）连接。
4.根据权利要求1所述的一种低成本3串口转换模块，其特征是所述的MCU电路(3)采用低成本8位单片机ATmega168PA-AU，使用SPI与串口扩展电路（2）通信，扩展2路串口;其主要由微控制器ATMEGA168PA-AU构成，6和4脚接数字电源3.3V，18和20脚接模拟电源，模拟电源和数字电源之间用0欧电阻隔离；3和5脚接数字地，21脚接模拟地，数字地和模拟地之间用0欧电阻隔离；7脚和8脚接7.3728M晶振，为微控制器提供时钟；通过13、14、15、16、17引脚组成SPI电路与串口扩展电路（2）相连接；通过30、31引脚与3路串口电路（6）相连接。
5.根据权利要求1所述的一种低成本3串口转换模块，其特征是所述的1路串口电路(4)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能;主要由共模电感WCM-3216-222T和其辅助外围电路构成，串口扩展电路（2）传递过来的TXD1和RXD1信号经WCM-3216-222T后，对地采用100p电容滤波；经3路瞬态抑制二极管BS0300N-C后，通过自恢复保险丝FRH120-250VF；最后经陶瓷放电管B3D090L-C后送输出接口。
6.根据权利要求1所述的一种低成本3串口转换模块，其特征是所述的1路串口电路(4)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能;主要由共模电感WCM-3216-222T和其辅助外围电路构成，串口扩展电路（2）传递过来的TXD2和RXD2信号经WCM-3216-222T后，对地采用100p电容滤波；经3路瞬态抑制二极管BS0300N-C后，通过自恢复保险丝FRH120-250VF；最后经陶瓷放电管B3D090L-C后送输出接口。
7.根据权利要求1所述的一种低成本3串口转换模块，其特征是所述的1路串口电路(4)是串口扩展电路（2）扩展出的串口电路，具备完整的EMC保护功能;主要由共模电感WCM-3216-222T和其辅助外围电路构成，MCU电路（3）传递过来的TXD3和RXD3信号经WCM-3216-222T后，对地采用100p电容滤波；经3路瞬态抑制二极管BS0300N-C后，通过自恢复保险丝FRH120-250VF；最后经陶瓷放电管B3D090L-C后送输出接口。
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