一種uart串口拓展的通路自主適配裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種UART串口拓展的通路自主適配裝置及方法，在UART主接口與UART從拓展接口模塊之間，增加了適配邏輯運(yùn)算模塊，適配邏輯運(yùn)算模塊能智能測(cè)算、判別與執(zhí)行UART上行通路的占用及釋放操作，實(shí)現(xiàn)切換效率高、速度快、閑置短及完全智能自動(dòng)化的自主通路適配操作，不影響通信速度，方便UART串口拓展，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】-種UART串口拓展的通路自主適配裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種UART串口拓展的通路自主適配裝置及方法，屬于串口通信技術(shù) 領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 通用異步接收 / 發(fā)送裝置（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter， UART)，是一種可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸?shù)耐ㄓ么袛?shù)據(jù)總線，該總線接收、發(fā)送完全獨(dú)立，僅需 3根傳輸線(收、發(fā)、參考地線）即可使兩臺(tái)設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信，簡(jiǎn)單可靠，使用方便，因此，得到了 廣泛的應(yīng)用。
[0003] 目前，一個(gè)設(shè)備中包含多個(gè)從裝置，且每個(gè)裝置與設(shè)備的控制面板之間均是采用 UART串口連接通訊的，就需要對(duì)控制面板的UART串口進(jìn)行拓展，拓展后隨即帶來(lái)通路選 通切換方式，普遍的方法是：一，主機(jī)下發(fā)通路切換指令后，串口通路適配裝置執(zhí)行此操作； 二，串口通路適配裝置執(zhí)行其他裝置的切換指令后，執(zhí)行相應(yīng)通路切換操作。
[0004] 上述方法均是通過(guò)切換指令完成相應(yīng)通路選通切換的操作，在實(shí)際的使用中存在 切換效率低下、切換操作繁瑣、切換速度緩慢、通路閑置時(shí)間較長(zhǎng)、智能化程度低等問(wèn)題，影 響通信的速度，給UART串口拓展帶來(lái)了不便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的UART串口拓展時(shí)，串口通路適配裝置切換 效率低、操作繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)、速度慢、通路閑置時(shí)間長(zhǎng)、自動(dòng)化程度低的問(wèn)題。本發(fā)明的UART 串口拓展的通路自主適配裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)切換效率高、速度快、閑置短及完全智能自 動(dòng)化的自主通路適配操作，不影響通信速度，方便UART串口拓展，具有良好的應(yīng)用前景。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 一種UART串口拓展的通路自主適配裝置，其特征在于：包括UART主接口模塊、自適配 邏輯運(yùn)算模塊和UART從拓展接口模塊，所述UART主接口模塊的外接端與設(shè)備的控制面板 串口或計(jì)算機(jī)串口相連接，所述UART主接口模塊的內(nèi)接端與所述自適配邏輯運(yùn)算模塊的 一端相連接，所述自適配邏輯運(yùn)算模塊的另一端與UART從拓展接口模塊的內(nèi)接端相連接， 所述UART從拓展接口模塊的外接端外接多路從裝置，所述自適配邏輯運(yùn)算模塊根據(jù)UART 主從接口模塊的信號(hào)，智能測(cè)算、判別、執(zhí)行UART上行通路的占用及釋放操作。
[0007] 前述的一種UART串口拓展的通路自主適配裝置，其特征在于：所述自適配邏輯運(yùn) 算模塊包括信號(hào)上、下行兩個(gè)單元組成，其中信號(hào)下行單元將UART主接口模塊的發(fā)送端口 Tx發(fā)送信號(hào)直接廣播至所有UART從拓展接口模塊接收端口 Ri-Rn ;所述信號(hào)上行單元包括 信號(hào)監(jiān)測(cè)單元、搶占邏輯單元、波特率測(cè)算單元和釋放邏輯單元，所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)所有UART從拓展接口模塊的發(fā)送端口 I\-Tn的發(fā)送信號(hào)，所述搶占邏輯單元根據(jù)信號(hào)監(jiān) 測(cè)單元的結(jié)果判別并選通搶占上行通路的從路發(fā)送端口，波特率測(cè)算單元估測(cè)當(dāng)前信號(hào)的 波特率，釋放邏輯單元根據(jù)測(cè)算得出的波特率及搶占從路發(fā)送端口的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行該端口 釋放判斷。
[0008] 前述的一種UART串口拓展的通路自主適配裝置，其特征在于：所述自適配邏輯運(yùn) 算模塊的一端與UART從拓展接口模塊的內(nèi)接端設(shè)有與從裝置數(shù)量相同的通信線路，各通 信線路上設(shè)有收、發(fā)兩個(gè)LED指示燈，用于指示對(duì)應(yīng)的通信線路的數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)。
[0009] 基于上述的一種UART串口拓展的通路自主適配裝置的適配方法，其特征在于： 當(dāng)控制面板或計(jì)算機(jī)向從裝置發(fā)送幀數(shù)據(jù)時(shí)，為信號(hào)下行單元工作，自適配邏輯運(yùn)算模塊 通過(guò)信號(hào)下行單元將UART主接口模塊的發(fā)送端口 Tx的數(shù)據(jù)信號(hào)直接賦予所有從裝置對(duì)應(yīng) 的UART從拓展接口模塊的接收端口 Ri-Ry η為從裝置的數(shù)量；當(dāng)從裝置向控制面板或計(jì)算 機(jī)發(fā)送幀數(shù)據(jù)時(shí)，為信號(hào)上行單元工作，包括以下步驟， 步驟（1)信號(hào)監(jiān)測(cè)，自適配邏輯運(yùn)算模塊監(jiān)測(cè)UART從拓展接口模塊上所有從裝置對(duì)應(yīng) 的發(fā)送端口 的幀數(shù)據(jù)，η為從裝置的數(shù)量； 步驟（2)搶占邏輯，在檢測(cè)到拓展接口模塊上某一從路發(fā)送端口的幀起始信號(hào)為下降 沿信號(hào)時(shí)，自適配邏輯運(yùn)算模塊將上行通路切換至該從路發(fā)送端口，并啟動(dòng)計(jì)時(shí)，使得通路 被該從路發(fā)送端口搶占，通路被搶占期間其他從路發(fā)送端口信號(hào)無(wú)效； 步驟（3)波特率測(cè)算，自適配邏輯運(yùn)算模塊啟動(dòng)測(cè)算該幀數(shù)據(jù)的高低電平時(shí)間跨度，將 時(shí)間跨度最小的值Tmin設(shè)為波特率的單個(gè)周期，啟動(dòng)計(jì)時(shí)，并檢測(cè)自幀起始信號(hào)開(kāi)始的第 10個(gè)至第15個(gè)周期間，該從路發(fā)送端口是否出現(xiàn)下降沿信號(hào)； 步驟（4)釋放邏輯，若未出現(xiàn)，則清零計(jì)時(shí)，自適配邏輯運(yùn)算模塊將上行通路從原搶占 給該從路發(fā)送端口的通路釋放，重復(fù)步驟（2);若出現(xiàn)，則清零計(jì)時(shí)，并將該下降沿信號(hào)為新 一幀數(shù)據(jù)的開(kāi)始并重復(fù)步驟（3)的測(cè)算過(guò)程，實(shí)現(xiàn)通路切換操作，達(dá)到完全自動(dòng)智能化的通 路適配能力。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的UART串口拓展的通路自主適配裝置及方法， 在UART主接口與UART從拓展接口模塊之間，增加了適配邏輯運(yùn)算模塊，能智能測(cè)算、判別 與執(zhí)行UART上行通路的占用及釋放操作，實(shí)現(xiàn)切換效率高、速度快、閑置短及完全智能自 動(dòng)化的自主通路適配操作，不影響通信速度，方便UART串口拓展，具有良好的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的UART串口拓展的通路自主適配裝置的系統(tǒng)框圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明的自適配邏輯運(yùn)算模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖3是本發(fā)明主機(jī)向從裝置發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的示意圖。
[0014] 圖4是本發(fā)明從裝置向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地 說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0016] 如圖1所示，一種UART串口拓展的通路自主適配裝置，包括UART主接口模塊、自 適配邏輯運(yùn)算模塊和UART從拓展接口模塊。UART主接口模塊的外接端與設(shè)備的控制面板 串口或計(jì)算機(jī)串口（這里設(shè)備的控制面板、計(jì)算機(jī)稱為主機(jī)）相連接，UART主接口模塊的內(nèi) 接端與所述自適配邏輯運(yùn)算模塊的一端相連接，自適配邏輯運(yùn)算模塊的另一端與UART從 拓展接口模塊的內(nèi)接端相連接，UART從拓展接口模塊的外接端外接多路從裝置。自適配邏 輯運(yùn)算模塊根據(jù)UART主從接口模塊的信號(hào)，智能測(cè)算、判別、執(zhí)行UART上行通路的占用及 釋放操作。
[0017] 如圖2所示，所述自適配邏輯運(yùn)算模塊包括信號(hào)上、下行兩個(gè)單元組成，其中信號(hào) 下行單元將UART主接口模塊的發(fā)送端口 Tx發(fā)送信號(hào)直接廣播至所有UART從拓展接口模 塊接收端口 ;所述信號(hào)上行單元包括信號(hào)監(jiān)測(cè)單元、搶占邏輯單元、波特率測(cè)算單元 和釋放邏輯單元，所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有UART從拓展接口模塊的發(fā)送端口 的發(fā)送信號(hào)，所述搶占邏輯單元根據(jù)信號(hào)監(jiān)測(cè)單元的結(jié)果判別并選通搶占上行通路的從路 發(fā)送端口，波特率測(cè)算單元估測(cè)當(dāng)前信號(hào)的波特率，釋放邏輯單元根據(jù)測(cè)算得出的波特率 及搶占從路發(fā)送端口的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行該端口釋放判斷。
[0018] 所述自適配邏輯運(yùn)算模塊的另一端與UART從拓展接口模塊的內(nèi)接端設(shè)有與從裝 置數(shù)量相同的通信線路，各通信線路上設(shè)有收、發(fā)兩個(gè)LED指示燈，用于指示對(duì)應(yīng)的通信線 路的數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)，方便用戶直觀的觀察那些通路在工作。
[0019] 基于上述的UART串口拓展的通路自主適配裝置的適配方法，如圖3所示，當(dāng)控制 面板或計(jì)算機(jī)(主機(jī)）向從裝置發(fā)送幀數(shù)據(jù)時(shí)(數(shù)據(jù)下行)，自適配邏輯運(yùn)算模塊通過(guò)下行單 元將UART主接口模塊的發(fā)送端口 Tx的數(shù)據(jù)信號(hào)直接賦予所有從裝置對(duì)應(yīng)的UART從拓展 接口模塊的接收端口 Ri-L η為從裝置的數(shù)量； 如圖2與圖4所示，當(dāng)從裝置向控制面板或計(jì)算機(jī)(主機(jī))發(fā)送幀數(shù)據(jù)時(shí)(數(shù)據(jù)上行)，包 括以下步驟， 步驟（1)信號(hào)監(jiān)測(cè)，自適配邏輯運(yùn)算模塊測(cè)試UART從拓展接口模塊上所有從裝置對(duì)應(yīng) 的發(fā)送端口 的幀數(shù)據(jù)，η為從裝置的數(shù)量； 步驟（2)搶占邏輯，在檢測(cè)到拓展接口模塊上某一從路發(fā)送端口的幀起始信號(hào)為下降 沿信號(hào)時(shí)，自適配邏輯運(yùn)算模塊將上行通路切換至該從路發(fā)送端口，并啟動(dòng)計(jì)時(shí)，使得通路 被該從路發(fā)送端口搶占，通路被搶占期間其他從路發(fā)送端口信號(hào)無(wú)效； 步驟（3)波特率測(cè)算，自適配邏輯運(yùn)算模塊啟動(dòng)測(cè)算該幀數(shù)據(jù)的高低電平時(shí)間跨度，根 據(jù)測(cè)得的最小時(shí)間跨度值Tmin估算波特率及單個(gè)比特周期，并檢測(cè)自幀起始信號(hào)后的第 10個(gè)至第15個(gè)周期間，該從路發(fā)送端口是否出現(xiàn)下降沿信號(hào)，這里UART串口通信的一幀 數(shù)據(jù)最多有13位（1起始位+9數(shù)據(jù)位+1奇偶校驗(yàn)+2停止位)，因此，選擇第10個(gè)至第15 個(gè)周期間進(jìn)行檢測(cè)，這里由于UART接口數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)的高低切換由其此時(shí)的波特率決定， 即lbit持續(xù)一個(gè)比特周期，因此可以根據(jù)信號(hào)中高低電平的最小持續(xù)時(shí)間Tmin估算出波 特率； 步驟（4)釋放邏輯，若未出現(xiàn)，則清零計(jì)時(shí)，自適配邏輯運(yùn)算模塊將上行通路從原搶占 給該從路發(fā)送端口的通路釋放，重復(fù)步驟（2);若出現(xiàn)，則清零計(jì)時(shí)，并將該下降沿信號(hào)為新 一幀數(shù)據(jù)的開(kāi)始并重復(fù)步驟（3)的測(cè)算過(guò)程，實(shí)現(xiàn)通路切換操作，達(dá)到完全自動(dòng)智能化的通 路適配能力。
[0020] 綜上所述，本發(fā)明的UART串口拓展的通路自主適配裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)切換效 率高、速度快、閑置短及完全智能自動(dòng)化的自主通路適配操作，不影響通信速度，方便UART 串口拓展，具有良好的應(yīng)用前景。
[0021] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該 了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原 理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn) 都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界 定。
【權(quán)利要求】
1. 一種UART串口拓展的通路自主適配裝置，其特征在于：包括UART主接口模塊、自 適配邏輯運(yùn)算模塊和UART從拓展接口模塊，所述UART主接口模塊的外接端與設(shè)備的控制 面板串口或計(jì)算機(jī)串口相連接，所述UART主接口模塊的內(nèi)接端與所述自適配邏輯運(yùn)算模 塊的一端相連接，所述自適配邏輯運(yùn)算模塊的另一端與UART從拓展接口模塊的內(nèi)接端相 連接，所述UART從拓展接口模塊的外接端外接多路從裝置，所述自適配邏輯運(yùn)算模塊根據(jù) UART主從接口模塊的信號(hào)，智能測(cè)算、判別、執(zhí)行UART上行通路的占用及釋放操作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種UART串口拓展的通路自主適配裝置，其特征在于：所述 自適配邏輯運(yùn)算模塊包括信號(hào)上、下行兩個(gè)單元組成，其中信號(hào)下行單元將UART主接口模 塊的發(fā)送端口 Tx發(fā)送信號(hào)直接廣播至所有UART從拓展接口模塊接收端口 Ri-I^ ;所述信號(hào) 上行單元包括信號(hào)監(jiān)測(cè)單元、搶占邏輯單元、波特率測(cè)算單元和釋放邏輯單元，所述信號(hào)監(jiān) 測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有UART從拓展接口模塊的發(fā)送端口 I\-Tn的發(fā)送信號(hào)，所述搶占邏輯單 元根據(jù)信號(hào)監(jiān)測(cè)單元的結(jié)果判別并選通搶占上行通路的從路發(fā)送端口，波特率測(cè)算單元估 測(cè)當(dāng)前信號(hào)的波特率，釋放邏輯單元根據(jù)測(cè)算得出的波特率及搶占從路發(fā)送端口的發(fā)送信 號(hào)進(jìn)行該端口釋放判斷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種UART串口拓展的通路自主適配裝置，其特征在于：所述 自適配邏輯運(yùn)算模塊的一端與UART從拓展接口模塊的內(nèi)接端設(shè)有與從裝置數(shù)量相同的通 信線路，各通信線路上設(shè)有收、發(fā)兩個(gè)LED指示燈，用于指示對(duì)應(yīng)的通信線路的數(shù)據(jù)收發(fā)狀 態(tài)。
4. 基于權(quán)利要求1所述的一種UART串口拓展的通路自主適配裝置的適配方法，其特征 在于：當(dāng)控制面板或計(jì)算機(jī)向從裝置發(fā)送幀數(shù)據(jù)時(shí)，為信號(hào)下行單元工作，自適配邏輯運(yùn) 算模塊通過(guò)信號(hào)下行單元將UART主接口模塊的發(fā)送端口 Tx的數(shù)據(jù)信號(hào)直接賦予所有從裝 置對(duì)應(yīng)的UART從拓展接口模塊的接收端口 Ri-Ry η為從裝置的數(shù)量；當(dāng)從裝置向控制面板 或計(jì)算機(jī)發(fā)送幀數(shù)據(jù)時(shí)，為信號(hào)上行單元工作，包括以下步驟， 步驟（1)信號(hào)監(jiān)測(cè)，自適配邏輯運(yùn)算模塊監(jiān)測(cè)UART從拓展接口模塊上所有從裝置對(duì)應(yīng) 的發(fā)送端口 的幀數(shù)據(jù)，η為從裝置的數(shù)量； 步驟（2)搶占邏輯，在檢測(cè)到拓展接口模塊上某一從路發(fā)送端口的幀起始信號(hào)為下降 沿信號(hào)時(shí)，自適配邏輯運(yùn)算模塊將上行通路切換至該從路發(fā)送端口，并啟動(dòng)計(jì)時(shí)，使得通路 被該從路發(fā)送端口搶占，通路被搶占期間其他從路發(fā)送端口信號(hào)無(wú)效； 步驟（3)波特率測(cè)算，自適配邏輯運(yùn)算模塊啟動(dòng)測(cè)算該幀數(shù)據(jù)的高低電平時(shí)間跨度，將 時(shí)間跨度最小的值Tmin設(shè)為波特率的單個(gè)周期，啟動(dòng)計(jì)時(shí)，并檢測(cè)自幀起始信號(hào)開(kāi)始的第 10個(gè)至第15個(gè)周期間，該從路發(fā)送端口是否出現(xiàn)下降沿信號(hào)； 步驟（4)釋放邏輯，若未出現(xiàn)，則清零計(jì)時(shí)，自適配邏輯運(yùn)算模塊將上行通路從原搶占 給該從路發(fā)送端口的通路釋放，重復(fù)步驟（2);若出現(xiàn)，則清零計(jì)時(shí)，并將該下降沿信號(hào)為新 一幀數(shù)據(jù)的開(kāi)始并重復(fù)步驟（3)的測(cè)算過(guò)程，實(shí)現(xiàn)通路切換操作，達(dá)到完全自動(dòng)智能化的通 路適配能力。
【文檔編號(hào)】H04B1/38GK104216854SQ201410445058
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】徐賢成, 朱俊豐 申請(qǐng)人:南京磐能電力科技股份有限公司