TW201541257A

TW201541257A - 串列匯流排通訊架構

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Publication number: TW201541257A
Application number: TW103114729A
Authority: TW
Inventors: Inventors Have Agreed To Waive Their Entitleme The
Original assignee: Lin Xin Hui
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2015-11-01
Also published as: CN105022711A

Abstract

本發明係揭示一種串列匯流排通訊架構，包括至少一USB至RS485橋接單元、至少一電腦、至少一UART至RS485轉換器、至少一微控制器以及至少一終端裝置，其中每個電腦具有至少一USB介面，每個USB至RS485橋接單元能轉換USB及RS485資料，每個UART至RS485轉換器具有UART介面及RS485介面，能轉換UART及RS485資料，每個微控制具有UART介面，而每個終端裝置具有RS485介面。電腦經UART至RS485轉換器而連接至共用RS485匯流排，且共用RS485匯流排進一步直接連接終端裝置，並經UART至RS485轉換器而連接至微控制器。因而，本發明提供電腦、微控制器以及終端裝置相互電氣連接，形成複雜的通訊網路平台。

Description

串列匯流排通訊架構

本發明係有關於一種串列匯流排通訊架構，尤其是利用多個不同的資料轉換器以提供通訊平台給具有不同串列匯流排的電腦、微控制器及終端裝置。

隨著電子工業的大幅進步，不同電子裝置間需要可靠且方便連接的通訊方式，藉以傳輸資料，達到相互通訊的目的。依據實際需求，相關產業團體或協會制定許多適當的通訊規範以及不同應用領域的傳輸介面，因而產業界具體實現而製造相符的硬體及軟體操作系統，比如串列匯流排介面及並列匯流排介面。串列匯流排介面的實例包括I2C介面、通用串列匯流排(Universal Serial Bus，USB)介面、通用非同步傳輸(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)介面、RS485介面RS232介面等等，而並列匯流排介面包括ISA、IDE、PCI、SATA介面等等。

不同串列匯流排及並列匯流排介面各有各的優點及適用領域，其中串列匯流排的實體構造較為簡單，很容易連結，而並列匯流排介面主要特點是適用於資料傳輸量較大的領域，不過實體尺寸較大，需要使用排線當作傳輸線。因此，工業級、量產測試、檢驗，或電腦周邊通常是使用具串列匯流排的電子裝置或儀器，而電腦的中央處理機、圖形處理元件、資料儲存的硬碟或影像資料傳輸的領域會使用並列匯流排介面。

在常用的串列匯流排介面中，USB介面主要是提供周邊電子裝置與電腦之間的串列匯流排傳輸，比如鍵盤、滑鼠、隨身碟、光碟機、數位相機、印表機、無線耳機等等，尤其是USB具有熱插拔(Hot Plug in)的特性，可在不中斷電源的狀態下直接連結或脫離，同時配合作業系統的操作，動態導入所需的驅動軟體，使得新插入的裝置能正常運作，達到隨插即用(Plug & Play)的功效，而且可移除不需要的驅動軟體，增進系統資源的有效運用及整體操作穩定性。因此，USB目前已成功的廣泛使用於電腦應用領域，是電腦領域的必要基本配備，甚至具有USB通訊功能的智慧型手機也可直接連接至電腦，進行資料傳輸。

此外，依據USB規範，USB介面還能利用電腦主機的電源提供適當的電力給周邊裝置，當作充電電源，可對手機、平板電腦、數位相機進行充電，實現隨時充電的便利性。

UART介面是比USB更為早期而原始的串列匯流排介面，主要是在電子儀器設備方面，同時也應用於簡單的電腦周邊裝置，比如鍵盤、滑鼠、數據機，實現點對點的資料傳輸，不過目前已被USB取代，但是在工業級的線上量產檢驗或測試儀器、設備中，由於UART介面具有非常優異的抗干擾能力、傳輸距離，簡單、可靠的傳輸品質，使得不同工業級電子裝置能很方便的相互連結，仍是業界相當倚重的介面。

早期，RS485介面主要是電子工業界為解決實際需求所形成的一種建議性規範(Recommended Standard，RS)介面，本質上是不具強制性但為業界普遍接受的工業規範，而目前已為電子工業協會(Electronic Industry Association，EIA)提出。RS485主要是利用標準的平衡傳輸線達到共享於線對模式的應用，其特點為最多可有255對驅動器/連接器的雙線對網路共享，而驅動器和接收器共模電壓VCM的範圍為+12V~7V，且驅動器可與以切斷或經由三態(tri-stated)連接，並能抵抗這個共模電壓。RS-485網路也能連接4個絞線模式，在4個電線網路下必需有一個主要節點，其餘為附屬節點，網路是連接主要節和所有的附屬節點，且全部附屬節點之間的溝通均是透過唯一的主節點。網路中的裝置設備可由混合協議溝通獲得改善，然而附屬節點不會逕自由其它附屬節點得到回應，一個附屬子節點也不能回應到其它附屬節點。

雖然上述的USB、UART、RS485種串列匯流排介面各有個自的適當應用領域，然而，具不同串列匯流排介面的電子裝置之間無法直接藉由簡單的實體連結而溝通或傳輸資料，造成系統整合的問題。例如，系統層級的控制、操作、資料儲存一般是由具USB介面的電腦、伺服器或儲存媒介負責，而現場測試、檢驗、即時監控的核心技術往往是利用具UART、RS485介面的高功能設備而完成，尤其是需要在充滿高度電氣干擾、高溫或高濕的嚴刻環境下長時間工作。此外，無法利用簡單的連結方式，隨意擴充整個操作系統，限制實務上的彈性。

因此，很需要一種串列匯流排通訊架構，能整合具有USB、UART、RS485介面的不同電子裝置在共用RS485匯流排上，藉以提供方便連結及彈性增加使用單元的通訊應用平台，藉以解決上述習用技術的問題。

本發明之主要目的在提供一種串列匯流排通訊架構，包括至少一USB至RS485橋接單元、至少一電腦、至少一UART至RS485轉換器、至少一微控制器以及至少一終端裝置，其中每個電腦具有至少一USB介面，每個UART至RS485轉換器具有UART介面及RS485介面，每個微控制具有UART介面，而每個終端裝置具有RS485介面。

UART至RS485轉換器可將來自UART介面的UART資料轉換成RS485資料，並傳輸至RS485介面，同時將RS485介面上的RS485資料轉換成UART資料而傳輸至UART介面。

電腦是經由USB匯流排而連接至相對應USB至RS485橋接單元的USB介面，微控制器是經UART匯流排而連接至相對應UART至RS485轉換器的UART介面，而共用RS485匯流排同時連接至USB至RS485橋接單元的RS485介面、UART至RS485轉換器的RS485介面、終端裝置的RS485介面。因此，電腦、微控制器、終端裝置可電氣連接至共用RS485匯流排，可提供電腦、微控制器、終端裝置進行相互間的通訊。

具體而言，USB至RS485橋接單元包括USB至UART轉換器、UART匯流排及UART至RS485轉換器，其中USB至UART轉換器具有USB介面及UART介面，用以將來自USB介面的USB資料轉換成UART資料，並傳輸至UART介面，同時將UART介面上的UART資料轉換成USB資料而傳輸至USB介面，另外，UART至RS485轉換器可將來自UART介面的UART資料轉換成RS485資料，並傳輸至RS485介面，同時將RS485介面上的RS485資料轉換成UART資料而傳輸至UART介面。

因此，本發明的串列匯流排通訊架構提供共用的RS485匯流排，使得具有不同串列匯流排的電腦、微控制器及終端裝置可經RS485匯流排而達到相互通訊的目的，進而簡化整體轉換架構，提高操作穩定性及可靠度，並改善不同應用領域的使用彈性。

10A‧‧‧UART至RS485轉換器

10B‧‧‧USB至UART轉換器

10C‧‧‧UART至RS485轉換器

30B‧‧‧USB至UART轉換器

30C‧‧‧UART至RS485轉換器

B1‧‧‧USB匯流排

B2‧‧‧UART匯流排

B3‧‧‧RS485匯流排

B4‧‧‧UART匯流排

U1‧‧‧電腦

U1A‧‧‧電腦

U2‧‧‧微控制器

U3‧‧‧終端裝置

U4‧‧‧控制單元

UA‧‧‧USB至RS485橋接單元

第一圖顯示本發明串列匯流排通訊架構的系統示意圖。

第二圖顯示本發明串列匯流排通訊架構的進一步應用實例的詳細示意圖。

以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

首先，請參閱第一圖，本發明串列匯流排通訊架構的系統示意圖。如第一圖所示，本發明的串列匯流排通訊架構包括至少一電腦U1、至少一微控制器U2、至少一終端裝置U3、至少一通用串列匯流排(Universal Serial Bus，USB)至RS485橋接單元UA以及至少一通用非同步傳輸(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)至RS485轉換器10A，用以提供通訊平台給不同串列匯流排介面的電腦U1、微控制器U2及終端裝置U3，其中每個電腦U1具有至少一USB介面，每個微控制U2具有UART介面，而每個終端裝置U3具有RS485介面，且每個USB至RS485橋接單元UA具有USB介面及RS485介面，而每個UART至RS485轉換器10A具有UART介面及RS485介面。

由於電腦U1、微控制器U2及終端裝置U3分別具有不同串列匯流排的通訊功能，因此，相互間無法直接連接而進行通訊。

具體而言，USB至RS485橋接單元UA具有資料轉換功能，能將USB介面的USB資料轉換成RS485資料，並傳輸至RS485介面，同時將RS485介面上的RS485資料轉換成USB資料而傳輸至USB介面。另外，UART至RS485轉換器10A具有資料轉換功能，用以將來自UART介面的 UART資料轉換成RS485資料，並傳輸至RS485介面，同時將RS485介面上的RS485資料轉換成UART資料而傳輸至UART介面。

進一步，電腦U1是經由USB匯流排B1而連接至相對應USB至RS485橋接單元UA的USB介面，而USB至RS485橋接單元UA的RS485介面是連接至共用RS485匯流排B3，因此，電腦U1可電氣連接至共用RS485匯流排B3。

微控制器U2可包含並執行一韌體程式，且微控制器U2的UART介面連接UART匯流排B4而UART匯流排B4進一步連接至相對應UART至RS485轉換器10A的UART介面，且UART至RS485轉換器10A的UART介面的RS485介面連接至共用RS485匯流排B3，使得微控制器U2電氣連接至共用RS485匯流排B3。此外，終端裝置U3的RS485介面連接至共用RS485匯流排B3，因此，電腦U1、微控制器U2及終端裝置U3可同時電氣連接至共用RS485匯流排B3，形成通訊平台。

更加具體而言，USB至RS485橋接單元UA包括USB至UART轉換器10B、UART匯流排B2及UART至RS485轉換器10C，其中USB至UART轉換器10B具有USB介面及UART介面，而UART至RS485轉換器10C具有UART介面及RS485介面，且USB至UART轉換器10B的UART介面以及UART至RS485轉換器10C的UART介面是經由UART匯流排B2而連接。USB至UART轉換器10B將USB介面的USB資料轉換成UART資料，並傳輸至UART介面，同時將UART介面上的UART資料轉換成USB資料而傳輸至USB介面。此外，UART至RS485轉換器10C可將來自UART介面的UART資料轉換成RS485資料，並傳輸至RS485介面，同時將RS485介面上的RS485資料轉換成UART資料而傳輸至UART介面。

綜合上述說明，電腦U1可經由USB至UART轉換器10B及UART至RS485轉換器10C而連接至共用的RS485匯流排B3，微控制器U2可經由UART至RS485轉換器10A而連接至共用RS485匯流排B3，同時終端裝置U3直接連接至共用RS485匯流排B3，使得具有USB通訊功能的電腦U1、具有UART通訊功能的微控制器U2、具有RS485通訊功能的終端裝置U3，可在共用RS485匯流排B3上進行相互間的通訊。

此外，本發明的串列匯流排轉換架構可進一步包括至少一控制單元U4，比如溫度量測、電流量測、電壓量測的感測器、具儲存軔體程式及操作參數之功能的記憶體、加強散熱能力的散熱模組、發射光源的發光模組或產生機械動作的馬達，且每個控制單元U4連接至相對應的微控制器U2，用以對微控制器U2提供感測信號、控制指令、變更操作模式或更新韌體程式的功能。或者，可由微控制器U2控制該控制單元U4的預設動作、操作或功能。

尤其是，可依據本發明的串列匯流排轉換架構而配置多個電腦U1、多個微控制器U2、多個終端裝置U3而同時電氣連接至共用RS485匯流排B3，藉以構成複雜的通訊網路架構。例如，第二圖中進一步應用實例的詳細示意圖，其中終端裝置U3可如第二圖所示，係包含另一電腦U1A、另一USB至UART轉換器30B以及一另一UART至RS485轉換器30C，其中終端裝置U3的另一USB至UART轉換器30B以及另一UART至RS485轉換器30C是分別相同於上述的USB至UART轉換器10B以及UART至RS485轉換器10C，因此不再贅述詳細的技術特徵。結果，終端裝置U3的另一電腦U1A可經由另一USB至UART轉換器30B以及另一UART至RS485轉換器30C而電氣連接至共用RS485匯流排B3。

因此，本發明的主要特點是在於提供串列匯流排轉換架構，使得具有不同串列匯流排的電腦、微控制器及終端裝置可經由USB至RS485橋接單元、UART至RS485轉換器而連接至共用RS485匯流排，進而達到相互通訊的目的。尤其是，本發明的串列匯流排轉換架構可將多個不同串列匯流排的電腦、微控制器及終端裝置配置成複雜的通訊網路結構，能確實符合不同應用領域的實際需求，並以簡單的方式相互連接，進而簡化整體通訊架構，提高操作穩定性及可靠度，增進使用的彈性。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。