CN218996026U - 一种串口扩展电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种串口扩展电路，包括串口扩展模块、光电隔离模块以及串口端口，所述串口扩展模块包括上行通讯线路和至少六个串口输出端，所述串口扩展模块通过所述上行通讯线路与上位系统连接，所述串口扩展模块的每个串口输出端均通过一个光电隔离模块与一个串口端口连接。本实用新型的有益效果在于：提供了一种通过单片机扩展串口的串口扩展电路，该串口扩展电路采用成本低廉、扩展性更好的国产单片机，能够获得更好的扩展性能，扩展串口工作稳定，每个扩展串口还具备信号、电源双重隔离，能够有效降低干扰、防止浪涌电流，实现通讯工业级别的品质。

Description

一种串口扩展电路

技术领域

本实用新型涉及串口通信技术领域，尤其是指一种串口扩展电路。

背景技术

随着IT技术的飞速发展，尤其是网络通信技术和Android操作系统的日益成熟，互联网的迅速普及和性价比的提高，加上安卓系统的可扩展性，可移植性，智能化等优点开启智能化建筑时代新篇章，为可视对讲系统的智能化价值挖掘打开了一扇崭新的大门。

但也随着楼宇可视对讲产品应用需求的不断增加，需求不同外围设备的的各种应用模块增减搭配，快速应用到产品上用的最多和技术难度最低的是串口总线，技术上驱动和应用都能快速实现，硬件价格也相应便宜，但目前主芯片本身配置串口一般少于3个，不利于实现多个串口多个应用业务功能实现。

现有串口扩展方案一般采用多个USB转UART(异步串口)芯片方式进行串口的扩展，在有更多串口需求的应用场景还需要增加USB HUB芯片，成本较高，而且USB接口本身稳定性不足，容易出现系统丢失分配串口信息，导致系统异常。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构合理的低成本串口扩展电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种串口扩展电路，包括串口扩展模块、光电隔离模块以及串口端口，所述串口扩展模块包括上行通讯线路和至少六个串口输出端，所述串口扩展模块通过所述上行通讯线路与上位系统连接，所述串口扩展模块的每个串口输出端均通过一个光电隔离模块与一个串口端口连接。

进一步的，所述串口扩展模块为赛元单片机SC95F8617B芯片。

进一步的，所述上行通讯线路为串口总线。

进一步的，所述上行通讯线路为IIC总线。

进一步的，所述上行通讯线路为SPI总线。

进一步的，所述光电隔离模块包括TX输入端、TX输出端、RX输入端、RX输出端、第一光电隔离芯片、第二光电隔离芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述TX输入端与所述第一光电隔离芯片的第二端口连接，所述第一光电隔离芯片的第一端口通过第一电阻与串口扩展电路电源正极连接，所述第一光电隔离芯片的第三端口与TX输出端连接，所述第一光电隔离芯片的第三端口通过第二电阻与扩展设备电源正极连接，所述第一光电隔离芯片的第四端口与扩展设备电源地连接；

所述RX输入端与所述第二光电隔离芯片的第三端口连接，所述第二光电隔离芯片的第三端口通过第三电阻与电源正极连接，所述第二光电隔离芯片的第四端口与串口扩展电路电源地连接，所述第二光电隔离芯片的第一端口通过第四电阻与扩展设备电源正极连接，所述第二光电隔离芯片的第二端口与RX输出端连接。

进一步的，所述第一光电隔离芯片和第二光电隔离芯片均为PC817光耦芯片。

进一步的，所述串口扩展电路电源正极和扩展设备电源正极的供电电压均为5V。

进一步的，所述第一电阻和第二电阻的阻值均为330欧姆；所述第三电阻和第四电阻的阻值均为2.2K欧姆。

进一步的，所述串口扩展模块包括扩展串口流控协调器，所述扩展串口流控协调器用于为每个串口输出端独立编址。

本实用新型的有益效果在于：提供了一种通过单片机扩展串口的串口扩展电路，该串口扩展电路采用成本低廉、扩展性更好的国产单片机，能够获得更好的扩展性能，扩展串口工作稳定，每个扩展串口还具备信号、电源双重隔离，能够有效降低干扰、防止浪涌电流，实现通讯工业级别的品质。

附图说明

下面结合附图详述本实用新型的具体结构：

图1为本实用新型的串口扩展电路的一种应用方式的电路逻辑示意图；

图2为本实用新型的串口扩展电路的另一种应用方式的电路逻辑示意图；

图3为本实用新型的串口扩展电路的光电隔离模块的电路结构示意图；

R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；U1-第一光电隔离芯片；U2-第二光电隔离芯片。

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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

实施例

请参阅图1至图3，一种串口扩展电路，包括串口扩展模块、光电隔离模块以及串口端口，所述串口扩展模块包括上行通讯线路和至少六个串口输出端，所述串口扩展模块通过所述上行通讯线路与上位系统连接，所述串口扩展模块的每个串口输出端均通过一个光电隔离模块与一个串口端口连接。

本实施例中，所述串口扩展模块为赛元单片机SC95F8617B芯片，赛元单片机SC95F8617B芯片具有7个串口，可以以较低的成本极大地扩展串口的数量，其中主串口的波特率可达115200，是一般扩展串口波特率的12倍，当将主串口作为上行通讯线路的串口总线时，可以保证主要数据通道不会发生数据堵塞，此时串口扩展电路可以扩展出6个串口输出端。

当需要更多串口输出端时，所述上行通讯线路可以为IIC总线或SPI总线，此时赛元单片机SC95F8617B芯片的7个串口均可作为串口输出端使用，此时串口扩展电路可以扩展出7个串口输出端。

通常双方设备通过串口线缆物理连接时存在以下隐患：开关机或带电插拔时造成的浪涌电流；雷击、静电或电磁耦合时的尖峰脉冲；两个设备间的地电位差过高引起短路电流；两设备间存在一端损坏时直接连接造成另外一个设备损坏等，为了避免设备因为上述情况导致故障，需要在串口连接处增加数据和电源双隔离。

本实施例采用增加光电隔离模块对串口扩展电路和扩展设备进行隔离。具体的，所述光电隔离模块包括TX输入端、TX输出端、RX输入端、RX输出端、第一光电隔离芯片U1、第二光电隔离芯片U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，所述TX输入端与所述第一光电隔离芯片的第二端口连接，所述第一光电隔离芯片的第一端口通过第一电阻与串口扩展电路电源正极连接，所述第一光电隔离芯片的第三端口与TX输出端连接，所述第一光电隔离芯片的第三端口通过第二电阻与扩展设备电源正极连接，所述第一光电隔离芯片的第四端口与扩展设备电源地连接；

所述RX输入端与所述第二光电隔离芯片的第三端口连接，所述第二光电隔离芯片的第三端口通过第三电阻与电源正极连接，所述第二光电隔离芯片的第四端口与串口扩展电路电源地连接，所述第二光电隔离芯片的第一端口通过第四电阻与扩展设备电源正极连接，所述第二光电隔离芯片的第二端口与RX输出端连接。

上述中，TX输入端与赛元单片机SC95F8617B芯片的一个扩展串口的TX端口连接，TX输出端与一个串口端口的TX端口连接，并通过该串口端口的TX端口与扩展设备的RX端口连接；RX输入端与赛元单片机SC95F8617B芯片的一个扩展串口的RX端口连接，RX输出端与一个串口端口的RX端口连接，并通过该串口端口的RX端口与扩展设备的TX端口连接。

为了降低成本，所述第一光电隔离芯片和第二光电隔离芯片均为PC817光耦芯片。通过使用PC817光耦芯片对串口扩展电路和扩展设备进行隔离，使产品的应用达到了工业级别。

所述串口扩展电路电源正极和扩展设备电源正极的供电电压均为5V。

所述第一电阻和第四电阻的阻值均为330欧姆；所述第二电阻和第三电阻的阻值均为2.2K欧姆。

采用330欧姆阻值的第一电阻和第四电阻对电源做压降，能够为光电隔离芯片的发射光电管提供适合的工作电压；采用2.2K欧姆阻值的第二电阻和第三电阻对电源做压降，能够为光电隔离芯片的接收光电管提供适合的工作电压。

所述串口扩展模块包括扩展串口流控协调器，所述扩展串口流控协调器用于为每个串口输出端独立编址。

为了能够让多个扩展串口能够正常工作，赛元单片机SC95F8617B芯片中还集成有扩展串口流控协调器，串口流控协调器把6个扩展串口分别独立编址，上位系统和主串口即可通过6个地址信息分别跟6个扩展串口进行通讯。

串口流控协调具备向下兼容模式，可以根据扩展串口连接的扩展设备各自的通讯协议进行通讯，不需要额外修改通讯协议。

为了避免扩展串口通过扩展串口流控协调器与上位系统通讯时发生阻塞，双方对通讯做了协议上的流控业务，每个串口之间收发做了延时控制。主串口的波特率可自动配置，主串口的波特率可以设置是扩展串口的2倍以上。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：提供了一种通过单片机扩展串口的串口扩展电路，该串口扩展电路采用成本低廉、扩展性更好的国产单片机，能够获得更好的扩展性能，扩展串口工作稳定，每个扩展串口还具备信号、电源双重隔离，能够有效降低干扰、防止浪涌电流，实现通讯工业级别的品质。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种串口扩展电路，其特征在于：包括串口扩展模块、光电隔离模块以及串口端口，所述串口扩展模块包括上行通讯线路和至少六个串口输出端，所述串口扩展模块通过所述上行通讯线路与上位系统连接，所述串口扩展模块的每个串口输出端均通过一个光电隔离模块与一个串口端口连接。

2.如权利要求1所述的串口扩展电路，其特征在于：所述串口扩展模块为赛元单片机SC95F8617B芯片。

3.如权利要求2所述的串口扩展电路，其特征在于：所述上行通讯线路为串口总线。

4.如权利要求2所述的串口扩展电路，其特征在于：所述上行通讯线路为IIC总线。

5.如权利要求2所述的串口扩展电路，其特征在于：所述上行通讯线路为SPI总线。

6.如权利要求3-5任意一项所述的串口扩展电路，其特征在于：所述光电隔离模块包括TX输入端、TX输出端、RX输入端、RX输出端、第一光电隔离芯片、第二光电隔离芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述TX输入端与所述第一光电隔离芯片的第二端口连接，所述第一光电隔离芯片的第一端口通过第一电阻与串口扩展电路电源正极连接，所述第一光电隔离芯片的第三端口与TX输出端连接，所述第一光电隔离芯片的第三端口通过第二电阻与扩展设备电源正极连接，所述第一光电隔离芯片的第四端口与扩展设备电源地连接；

所述RX输入端与所述第二光电隔离芯片的第三端口连接，所述第二光电隔离芯片的第三端口通过第三电阻与电源正极连接，所述第二光电隔离芯片的第四端口与串口扩展电路电源地连接，所述第二光电隔离芯片的第一端口通过第四电阻与扩展设备电源正极连接，所述第二光电隔离芯片的第二端口与RX输出端连接。

7.如权利要求6所述的串口扩展电路，其特征在于：所述第一光电隔离芯片和第二光电隔离芯片均为PC817光耦芯片。

8.如权利要求7所述的串口扩展电路，其特征在于：所述串口扩展电路电源正极和扩展设备电源正极的供电电压均为5V。

9.如权利要求8所述的串口扩展电路，其特征在于：所述第一电阻和第二电阻的阻值均为330欧姆；所述第三电阻和第四电阻的阻值均为2.2K欧姆。

10.如权利要求9所述的串口扩展电路，其特征在于：所述串口扩展模块内置有扩展串口流控协调器，所述扩展串口流控协调器用于为每个串口输出端独立编址。

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