CN220457379U - 一种主从级联电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种主从级联电路，包括：主控制器、发送单元、信号处理单元以及从控制器，所述主控制器与所述发送单元连接；所述发送单元与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述从控制器连接；所述主控制器，用于生成方波信号，并由所述发送单元输出方波信号；所述信号处理单元，用于将所述方波信号输出至所述从控制器，并对所述方波信号进行分频后，形成新的方波信号后输出；所述从控制器，用于接收所述信号处理单元输出的所述方波信号。通过实施本实用新型实施例的电路可实现从硬件的角度实现级联的拓扑结构，提高可靠性，可以实现一主控制器无限从控制器的拓扑级联系统结构。

Description

一种主从级联电路

技术领域

本实用新型涉及级联电路技术领域，尤其涉及一种主从级联电路。

背景技术

很多行业，有很多设备或者仪器都有级联的应用需求，常见的如一主控制器多从控制器，包括一些自助设备及自助仪器等。

但是，这些级联需求基本是用到目前的常用通信接口，或者一些常用接口协议，通过协议即软件进行配置，按照相关总线或者接口的协议进行级联及其分层的通信业务，但是级联的线缆长度因不同的接口而不同，具有差异性；软件控制不稳定的因素较多，可靠性不高。

因此，有必要设计一种新的电路，实现从硬件的角度实现级联的拓扑结构，提高可靠性，可以实现一主控制器无限从控制器的拓扑级联系统结构。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种主从级联电路。

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种主从级联电路，包括：主控制器、发送单元、信号处理单元以及从控制器，所述主控制器与所述发送单元连接；所述发送单元与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述从控制器连接；所述主控制器，用于生成方波信号，并由所述发送单元输出方波信号；所述信号处理单元，用于将所述方波信号输出至所述从控制器，并对所述方波信号进行分频后，形成新的方波信号后输出；所述从控制器，用于接收所述信号处理单元输出的所述方波信号，并将标定为从控制器。

其进一步技术方案为：所述信号处理单元的个数与所述从控制器的个数一致。

其进一步技术方案为：当所述从控制器的个数为至少两个时，所述主控制器与其中一个所述信号处理单元连接；至少两个所述信号处理单元分别与所述从控制器连接。

其进一步技术方案为：所述信号处理单元包括信号发送子单元、接收子单元以及分频子单元；所述接收子单元与所述发送单元连接；所述接收子单元与所述分频子单元连接；所述接收子单元与所述分频子单元分别与所述从控制器连接，所述分频子单元与所述信号发送子单元连接。

其进一步技术方案为：当所述从控制器的个数为至少两个时，所述信号发送子单元与另一个所述信号处理单元的所述接收子单元连接。

其进一步技术方案为：所述主控制器包括主控芯片U1。

其进一步技术方案为：所述发送单元包括发送器U2以及接口J1，所述发送器U2与所述主控芯片U1连接；所述接口J1与所述发送器U2连接。

其进一步技术方案为：所述接收子单元包括接口J2以及接收器U3，所述接口J2与所述接口J1连接，所述接收器U3与所述接口J2连接；所述接收器U3与所述从控制器连接。

其进一步技术方案为：所述分频子单元包括分频器U5。

其进一步技术方案为：所述信号发送子单元包括信号发送器U6以及信号发送连接器J3，所述信号发送器U6与所述信号发送连接器J3连接；所述信号发送器U6分别与所述从控制器以及所述分频器U5连接。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型通过设置主控制器、发送单元、信号处理单元以及从控制器，利用主控制器生成方波信号，并由发送单元输出方波信号，信号处理单元将方波信号传输给从控制器后，还进行分频形成新的方波信号后输出给下一个从控制器，实现从硬件的角度实现级联的拓扑结构，提高可靠性，可以实现一主控制器无限从控制器的拓扑级联系统结构。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例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。

图1为本实用新型实施例提供的一种主从级联电路的示意性框图；

图2为本实用新型实施例提供的一种主从级联电路的具体电路原理图一；

图 3为本实用新型实施例提供的一种主从级联电路的具体电路原理图二；

图 4为本实用新型实施例提供的一个主控制器与一个从控制器配合的一种主从级联电路的示意性框图；

图 5为本实用新型实施例提供的一个主控制器与两个从控制器配合的一种主从级联电路的示意性框图；

图6为本实用新型实施例提供的一个主控制器与多个从控制器配合的一种主从级联电路的示意性框图；

图中标识说明：

10、主控制器；20、发送单元；30、信号处理单元；31、接收子单元；32、分频子单元；33、信号发送子单元；40、从控制器。

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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的一种主从级联电路的示意性框图；可以运用在需要级联的设备或者仪器中，实现从硬件的角度实现级联的拓扑结构，提高可靠性，可以实现一主控制器10无限从控制器40的拓扑级联系统结构。

请参阅图1，上述的一种主从级联电路，包括：主控制器10、发送单元20、信号处理单元30以及从控制器40，主控制器10与发送单元20连接；发送单元20与信号处理单元30连接，信号处理单元30与从控制器40连接；主控制器10，用于生成方波信号，并由发送单元20输出方波信号；信号处理单元30，用于将方波信号输出至从控制器40，并对方波信号进行分频后，形成新的方波信号后输出；从控制器40，用于接收信号处理单元30输出的方波信号。

在本实施例中，利用主控制器10的定时器接口产生一固定频率的50%占空比的方波信号，该信号从主控制器10输出后，将该方波信号进行差分变换，以差分线缆的形式连接到从控制器40。主控制器10将其发出的一固定方波信号通过差分传输到从控制器40，从控制器40接收由主控制器10发出的方波信号。接下来，从控制器40与处理单元配合，将接收的差分信号转换为非差分信号，即要转换回原来的单端方波信号；从控制器40识别并记录该方波信号的频率；将单端方波信号经过D型触发器即分频子单元32进行二分频，将方波信号频率降低一半；将经过二分频的单端方波信号进行转换，转换为一对差分信号，利用信号发送子单元30进行下一个传输；如是循环，进行一主多从的级联通信。通过纯粹的硬件方式进行级联，不同的频率对应不同的从控制器40，以达到级联的效果。能够达到与其他的总线或者接口一样效果。电路简洁，不需要过多的软件处理或者协议栈；同时，单端识别差分传输，增加信号的抗干扰能力，同时提高整个主从系统的布线灵活性与鲁棒性。

在一实施例中，上述的信号处理单元30的个数与从控制器40的个数一致。

在一实施例中，请参阅图4至图6，当从控制器40的个数为至少两个时，主控制器10与其中一个处理单元连接；至少两个处理单元分别与从控制器40连接。

在一实施例中，请参阅图4，信号处理单元30包括信号发送子单元33、接收子单元31以及分频子单元32；接收子单元31与发送单元20连接；接收子单元31与分频子单元32连接；接收子单元31与分频子单元32分别与从控制器40连接，分频子单元32与信号发送子单元33连接。

在一实施例中，请参阅图5至图6，当从控制器40的个数为至少两个时，信号发送子单元33与另一个信号处理单元30的接收子单元31连接。

在一实施例中，请参阅图2，上述的主控制器10包括主控芯片U1。在本实施例中，主控芯片U1的型号为但不局限于TM8L151G4。

在一实施例中，请参阅图2，上述的发送单元20包括发送器U2以及接口J1，发送器U2与主控芯片U1连接；接口J1与发送器U2连接。在本实施例中，发送器U2的型号为但不局限于SN75ALS。

在一实施例中，请参阅图3，上述的接收子单元31包括接口J2以及接收器U3，接口J2与接口J1连接，接收器U3与接口J2连接；接收器U3与从控制器40连接。

在本实施例中，接收器U3的型号为但不局限于SN65ALS180。

在一实施例中，从控制器40包括从控芯片U4，该从控芯片U4的型号为但不局限于STM8L151G4。

在一实施例中，请参阅图3，上述的分频子单元32包括分频器U5。分频器U5的型号为但不局限于74LS74。

在一实施例中，请参阅图3，上述的信号发送子单元33包括信号发送器U6以及信号发送连接器J3，信号发送器U6与信号发送连接器J3连接；信号发送器U6分别与从控制器40以及分频器U5连接。

在本实施例中，信号发送器U6的型号为但不局限于SN75ALS。

在本实施例中，主控制器10产生方波信号；发送单元20将单端方波信号转换为双线差分信号，目的为进行信号的级联传输，提高传输距离与抗干扰能力。主控制器10通过其定时器资源端口，输出一固定频率f的50%占空比方波信号。该方波信号经过第二部分发送器电路，发送器U2将单端信号转换为双线差分信号，信号频率为f，信号连接到接口J1，以进行级联传输，接口J1连接从控制器40的信号输入连接器端。

本实施例中的图3和图4仅提供一个从控制器40的电路图，其他第二个从控制器40、第三个从控制器40的电路图是一样的。电路分为四部分：分别为第一部分是信号接收电路，实现将从主控制器10传输来的差分信号还原为单端信号；第二部分是从控制器40通过定时器输入端口识别并记录该信号，频率为f；第三部分是二分频电路，将还原的单端方波信号的频率降频，信号频率变为f/2；第四部分是信号发送器电路，作用是将单端方波信号转换为双线差分信号，目的为进行信号的级联传输，提高第一个从控制器40的信号传输距离与抗干扰能力。从控制器40从接口J2接收主控制器10的信号，频率为f的差分信号，差分信号经过接收器U3，将差分信号还原为频率f的50%占空比方波信号。该方波信号一方面连接到从控芯片U4的端口，从控芯片U4识别并记录该信号频率f，同时，将自己的级联顺序定义为第一个从控制器40。另一方面，方波信号连接到分频器U5，方波信号的频率变为f/2；降频后的信号连接到发送器U6，单端信号变为双线差分信号，连接到信号发送连接器J3，进行下一步的级联传输。

请参阅图4，上述的主控制器10发送频率为f的50%占空比方波信号，该方波信号经过发送器U2，发送器U2进行单端转差分的信号转换操作，将信号以差分的形式进行传输。接收器接收来自主控制器10的差分方波信号，同时，该接收器将主控制器10发送来的差分信号还原为单端信号，即频率为f的50%占空比方波信号，从控制器40识别并记录该方波信号及其频率f，并将自己标定为从控制器40，准确来说是第一个从控制器40。同时，还原的方波信号经过分频器分频，为使用D型触发器来实现，将信号进行二分频。经过分频器后，信号变为频率为f/2的50%占空比方波信号。最后方波信号经过从控制器40的发送器，与主控制器10的发送器一样，信号发送器将信号变为频率为f/2的50%占空比的单端方波信号变为差分信号进行下一级联的传输。

请参阅图5，为进行一主二从的级联通信框图原理示例。在图4的基础上，第一个从控制器40将信号变为频率为f/2的50%占空比的单端方波信号变为差分信号进行下一级联的传输。信号从第一个从控制器40的发送器端口发送，级联到第二个从控制器40的接收器端口。第二个从控制器40的接收器将第一个从控制器40的差分传输信号还原为f/2的50%占空比的单端方波信号。第二个从控制器40识别并记录该方波信号及其频率f/2，并将自己标定为第二个从控制器40。同时，还原的方波信号经过分频器分频，硬件方法一样，使用D型触发器来实现，将信号进行二分频。经过从控制器40的分频器电路后，信号变为频率为f/4的50%占空比方波信号。最后方波信号经过从控制器40的发送器，与第一个从控制器40的发送器一样，从控制器40的信号发送器将信号变为频率为f/4的50%占空比的单端方波信号变为差分信号进行下一级联的传输。

根据图4与图5，如是循环，只要信号频率能被从控制器40微控制器识别，即可以实现n个级联，框图如图6所示。

综上所述，主控制器10输出一定频率f的50%占空比方波信号，以差分形式进行传输，差分形式传输是为了提高信号传输的鲁棒性，增加系统的稳定性。第一个从控制器40接收主控制器10的差分信号，第一个从控制器40将差分信号还原为单端信号，信号频率不变；从控制器40识别并记录该信号的频率，并进行核对，信号为f，将自己的级联顺序标定为第一个从控制器40；同时，将该信号经过D触发器二分频，信号频率变为f/2，再将信号经过发送器差分变换，将单端信号变为一对差分信号，进行下一级传输。第二个从控制器40接收第一个从控制器40的差分信号，第二个从控制器40将差分信号还原为单端信号，信号频率不变；从控制器40识别并记录该信号的频率，并进行核对，信号为f/2，将自己的级联顺序标定为第二个从控制器40；同时，将该信号经过D触发器二分频，信号频率变为f/4，再将信号经过发送器差分变换，将单端信号变为一对差分信号，进行下一级传输。推论，从控制器40n接收第n-1个从控制器40的差分信号，第n个从控制器40将差分信号还原为单端信号，信号频率不变；从控制器40识别并记录该信号的频率，并进行核对，信号为f/2，将级联顺序标定为从控制器40n；同时，将该信号经过D触发器二分频，信号频率变为f/ 2^（n-1），再将信号经过发送器差分变换，将单端信号变为一对差分信号，进行下一级传输。

本实施例的电路采用硬件实现级联电路，具备简洁、可靠特性；二是差分传输，增强传输鲁棒性与抗干扰能力；三是不受从控制器40数量的限制，只要控制器能识别该信号，即可以无限制的进行级联，具备级联系统的灵活性和可扩展性。

上述的一种主从级联电路，通过设置主控制器10、发送单元20、信号处理单元30以及从控制器40，利用主控制器10生成方波信号，并由发送单元20输出方波信号，信号处理单元30将方波信号传输给从控制器40后，还进行分频形成新的方波信号后输出给下一个从控制器40，实现从硬件的角度实现级联的拓扑结构，提高可靠性，可以实现一主控制器10无限从控制器40的拓扑级联系统结构。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种主从级联电路，其特征在于，包括：主控制器、发送单元、信号处理单元以及从控制器，所述主控制器与所述发送单元连接；所述发送单元与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述从控制器连接；所述主控制器，用于生成方波信号，并由所述发送单元输出方波信号；所述信号处理单元，用于将所述方波信号输出至所述从控制器，并对所述方波信号进行分频后，形成新的方波信号后输出；所述从控制器，用于接收所述信号处理单元输出的所述方波信号。

2.根据权利要求1所述的一种主从级联电路，其特征在于，所述信号处理单元的个数与所述从控制器的个数一致。

3.根据权利要求2所述的一种主从级联电路，其特征在于，当所述从控制器的个数为至少两个时，所述主控制器与其中一个所述信号处理单元连接；至少两个所述信号处理单元分别与所述从控制器连接。

4.根据权利要求2所述的一种主从级联电路，其特征在于，所述信号处理单元包括信号发送子单元、接收子单元以及分频子单元；所述接收子单元与所述发送单元连接；所述接收子单元与所述分频子单元连接；所述接收子单元与所述分频子单元分别与所述从控制器连接，所述分频子单元与所述信号发送子单元连接。

5.根据权利要求4所述的一种主从级联电路，其特征在于，当所述从控制器的个数为至少两个时，所述信号发送子单元与另一个所述信号处理单元的所述接收子单元连接。

6.根据权利要求5所述的一种主从级联电路，其特征在于，所述主控制器包括主控芯片U1。

7.根据权利要求6所述的一种主从级联电路，其特征在于，所述发送单元包括发送器U2以及接口J1，所述发送器U2与所述主控芯片U1连接；所述接口J1与所述发送器U2连接。

8.根据权利要求7所述的一种主从级联电路，其特征在于，所述接收子单元包括接口J2以及接收器U3，所述接口J2与所述接口J1连接，所述接收器U3与所述接口J2连接；所述接收器U3与所述从控制器连接。

9.根据权利要求8所述的一种主从级联电路，其特征在于，所述分频子单元包括分频器U5。

10.根据权利要求9所述的一种主从级联电路，其特征在于，所述信号发送子单元包括信号发送器U6以及信号发送连接器J3，所述信号发送器U6与所述信号发送连接器J3连接；所述信号发送器U6分别与所述从控制器以及所述分频器U5连接。