专利名称：直接用串口信号控制装置的系统的制作方法
直接用串口信号控制装置的系统
技术领域：
本发明是关于一种具有串口的嵌入式设备及个人电脑，特别是指一种直 接用串口信号控制装置的系统。
背景技术：
串口是目.前使用的比较普遍的 一种接口 ，可以用来进行低速的数据通
讯，包含多种波特率，全功能串口采用9根信号线进行传输，可以进行流量 控制。基本应用只需要3根线，即接收、发送、和接地。
串口叫做串行接口，也称串行通信接口，'按电气标准及协议来分包括 RS-232-C、 RS-422、 RS485、 USB等。RS-232-C、 RS-422与RS-485标准只 对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。USB(通用数据接 口)是近几年发展起来的新型接口标准，主要应用于高速数据传输领域。
RS-232-C:也称标准串口，是目前最常用的一种串行通讯接口 。它是在 1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算 机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是"数据终端设 备(DTE)和数据通讯设备(DCE )之间串行二进制数据交换接口技术标准"。 传统的RS-232-C接口标准有22根线，釆用标准25芯D型插头座。后来的 PC上使用简化了的9芯D型插座。现在应用中25芯插头座已很少采用。现 在的电脑一般有两个串行口 COMl和COM2，现在有4艮多手机数据线或者 物流接收器都采用COM 口与计算机相连。
目前串口的应用很多，例如仪器仪表设备通用的通信；广泛应用于调 制解调器(Modem);单片机之间互相通讯；两台PC之间互连通讯；手机 的数据线，即手机和计算机等连接的通讯。
上述这些应用全都是用串口本身具有的数据传输功能，且串口设计的最 初目的也只是用于数据通讯。虽然目前串口的应用很多，但目前还没有直接用来控制某个设备或逻辑
状态，例如，当前嵌入式设备现场(K.TV等)经常需要控制某个外部设备，
例如一个呼叫灯或一个用电设备。目前的技术是外接一个专用控制扩展盒 (成品)，通过串口命令形式，通过控制扩展盒再控制用电设备。该专用的 控制扩展盒内部的电路还是利用了串口的数据通讯功能，包括有单片机，串 口转换芯片，控制电路等，需要用单片机等支持数据通讯的控制器来进行处 理串口数据，再控制外部设备。这种结构成本高、控制复杂、效率低。
因此急需一种简单、低成本，现场施工方便的直接用串口信号控制装置 的系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单的直接用串口信号 控制装置的系统。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的 一种直接用串口信号' 控制装置的系统，包括上位机、直接利用上位机的串口控制设备的简易串口 控制装置，以及待控制设备，所述筒易串口控制装置控制所述待控制设备。
本发明可进一步具体为
所述简易串口控制装置包括连接到上位机串口的逻辑信号产生电路，所 述逻辑信号产生电路的输出端连接待控制设备。
所述简易串口控制装置还包括继电器控制电路，所述继电器控制电路连 接在所述逻辑信号产生电路以及待控制设备之间。
所述继电器控制电路包括一继电器以及继电器附加电路。
所述简易串口控制装置还包括一 USB插头，所述USB插头插在上位机 的串口上，USB插头的输出端连接到逻辑信号产生电路。
所述简易串口控制装置还包括一电平转换芯片，所述电平转换芯片的输 入端连接上位机的串口 ，输出端连接到逻辑信号产生电路。
所述逻辑信号产生电^^包括一个光耦、限流电阻Rl,所述光耦的接收 端通过所述限流电阻Rl连接到上位机的串口 ，所述光耦的输出端连接到待 控制装置。所述逻辑信号产生电路包括一个D触发器芯片，所述机顶盒的串口通过
两个低通电路分别连接到D触发器的清除端和同步时钟端，所述触发器的输
出端连接到待控制装置。
所述逻辑信号产生电路包括一个十进制触发器芯片，所述待控制装置为 复数个，所述上位机的串口通过两个低通电路分别连接到十进制触发器的时 钟端和复位端，所述十进制触发器的输出端分别连接到复数个待控制装置。
所述上位机是嵌入式设备或个人电脑。
本发明直接用串口信号控制装置的系统的优点在于直接利用串口本身 的信号控制装置，电路简单，使用方便，降低了成本、控制简单可靠、收益 高。该直接用串口信号控制装置的系统中的上位机可以是嵌入式设备或者 PC (个人电脑)。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。 图1是本发明直接用串口信号控制装置的系统组成方框图。 图2是本发明直接用串口信号控制装置的.系统第一实施例的具体电路连 接图。
图3是第一实施例中上位机向串口发送的脉冲图。 图4是本发明直接用串口信号控制装置的系统第二实施例的具体电路连 接图。
图5是第二实施例中上位机向串口发送的脉冲图。 图6是本发明直接用串口信号控制.装置的系统第三实施例的具体电^连 接图。
图7是本发明直接用串口信号控制装置的系统第四实施例的具体电路连. 接图。
图8是本发明直接用串口信号控制装置的系统第五实施例的具体电路连 接图。
图9是本发明第四及第五实施例中使用的触发器的控制逻辑图。
图10是本发明第四及第五实施例中使用的触发器的复位端的信号图。
具体实施方式
请参阅图1,是本发明直接用串口信号控制装置的系统组成方框图，本 发明直接用串口信号控制装置的系统包括上位机、直接利用上位机的串口控 制设备的简易串口控制装置，以及待控制设备。该上位机可以是嵌入式设备 或者个人电脑。
请参阅图2，为本发明直接用串口信号控制装置的系统的第一实施例的 具体电路图，以机顶盒串口控制电灯为例机顶盒串口的管脚3(TXD管脚) 为输出，机顶盒串口的管脚5为接地。
该机顶盒串口用于控制一盖指示灯L，该指示灯L是交流220V的指示 灯L，所以需要通过一个继电器来控制。当然，控制指示灯L只是一个实施 例，该简易串口控制装置也可以控制其它用户需要控制的设备。
该简易串口控制装置包括逻辑信号产生电路10，以及继电器控制电路20。
该逻辑信号产生电路1包括一个光耦、限流电阻R1、 R2。
本实施例的电路中限流电阻Rl的阻值为1K, R2的阻值为2.2K,改变 限流电阻R1以及R2的阻值后，该筒易简易串口控制装置即可同样适用于. PC (个人电脑)串口。
该继电器控制电路20包括继电器22以及继电器附加电路24,该继电器 附加电路24包括一二才及管Dl以及三极管Ql。
该光耦包括一个发光二极管以及一个光敏三极管，该发光二极管的两端 构成该光耦的接收端，其中该发光二极管的阳极作为该光耦的管脚，该发 光二极管的阴极作为该光耦的管脚2,光敏三极管的集电极和发射极共同构 成该光耦的输出端，其中光敏三极管的集电极作为该光耦的管脚3,光敏三 极管的发射极作为该光耦的管脚4。
光耦的管脚1通过限流电阻Rl连接到机顶盒串口的管脚3,光耦的管' 脚2连接到机顶盒串口的管脚5，光耦的管脚3连接到继电器附加电路24的 驱动三极管Ql的基极，光耦的管脚4接地，+5丫电源通过限流电阻112连接 到三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接到继电器的管脚2，十5V电源连接到继电器的管脚1，继电器的管脚l和管脚2' 之间并联二极管D1， 二极管D1的阳极连接继电器的管脚2，阴极连接继电 器的管脚1。继电器的管脚4接指示灯L,指示灯L的另一端以及继电器的 管脚3之间连接指示灯L的交流电源。上述+5V电源都可以采用市售的供电 装置。
当需要灯亮的时候，上位机，即嵌入式设备或PC,在本实施例中指的 是机顶盒，往串口发送一定数量的0x00,连续发送多久，灯就亮多久。停止 发送后，灯就熄灭。反复发送、停止，可以制造闪烁效果。
该直接用串口信号控制装置的系统的工作原理如下所述
静态下，机顶盒串口的管脚3 (TXD脚).为高电平，此高电平驱动光耦' 中的发光二极管发出光能，光耦的接收端将光能转化为电流，引起光敏三极 管的集电极和发射极之间电压下降，Ql基极电位下降，集电极电流减小， 随之进入截止。继电器线圏吸合、电流下降，最终继电器管脚3断开，指示 灯L失电处于熄灭状态。
动态下，机顶盒往串口发送数据0x00, 0x00对于串口信号来说是一个 持续的低电平，此低电平时间的长短和波特率有关。波特率越低，低电平时 间越长，发送的数据量就可以越少，但也不是越长越好，从图3可以看到， 每个数据末尾是一个停止位，此停止位是高电平，对于该简易简易串口控制. 装置，高电平代表灯熄灭。
但是由于继电器的惯性特点，对于窄脉冲，继电器是不会动作的，这就 要求停止位应该越短越好，所以波特率应该取中间值，为19200,发送一个 数据的时间为0.46875ms，例如要制造一个周期1秒的闪烁效果，要连续发 送1067个0x00 (亮)，再发送1067个OxFF (灭)，如此反复。
请参阅图4，是本发明第二实施例的具体电路连接图，该简易串口控制 装置连接的串口为机顶盒的串口 ，用来控制一交流电源为220V的指示灯(图 未示)。
该简易串口控制装置包括逻辑信号产生电路10、继电器控制电路20, 以及USB插头30。且该简易串口控制装置中的逻辑信号产生电路10的供电采用USB插头30直接从机顶盒的串口取电的方式。
该USB插头30插在机顶盒的串口上，USB插头30的输出端连接到逻 辑信号产生电路io，逻辑信号产生电路10通过继电器控'制电路20控制指示. 灯。 '
各个部分的具体组成及连接关系如下所述
该USB插头30插在机顶盒的串口上，输出端管脚1为+5V，输出端管 脚4为地，输出端管脚2连接到逻辑信号产生电路10。
该逻辑信号产生电路10包括电阻R4、 R5、 R6，电容C1、 C2、 C3， 二 极管D2、 D3，和一个D触发器芯片Ul。其中二极管的数量根据串口的电 平大小沃定，可以为一个、两个或者两个以上。该实施例中的机顶盒的串口 具有常用的3.3V串口电平，该D触发器的型号为74HC74,电阻R5的阻值 为电阻R6的阻值为IOKQ。
该D触发器的+5V电源采用了上述USB插头30直接从机顶盒取电，因 为该机顶盒串口是3.3V电平信号，所以，采用两个二极管D2、 D3串联降 压(约降低1.4V左右)给D触发器供电。该D触发器的VCC (供电端)、 PR(预置位)以及D (置位端)通过电容C2接地，该电容C2是电源滤波 电容，起退耦作用。该USB插头30的输出端管脚2通过两个低通电路分别 连接到D触发器的CL (清除端)和CLK (同步时钟)端，当不需要从机顶 盒的串口取电时，该机顶盒的串口可以直接通过两个低通电路分别连接到D 触发器的CL (清除端)和CLK (同步时钟)端，而不需要另外加上USB插. 头30。该两个低通电路分别为由电阻R5及电容C3组成的第一低通电路， 连接到D触发器的CLK (同步时钟)端，以及由电阻R6及电容C1组成的 第二低通电路，连接到D触发器的CL (清除端)。
该D触发器管脚的作用为当PR (预置位)为高电平，CL(清除端) 为低电平时，Q输出为低电平，和其他管脚输入无关。当CL(清除端)为 高电平时，Q输出端由CLK (同步时钟)端和D (置位端)共同控制。当 CLK(同步时钟)出现上升沿，Q输出端等于D (置位端)。
当需要指示灯亮的时候，上位机(本实施例中指的是机顶盒)往串口发送一个不为0x00的数据；当需要指示灯灭的时候，上位机往串口发送一定 数量个OxOO,该数量根据波特率决定；如此反复，可以制造闪烁效果。 该D触发器的Q输出端通过电阻R4连接到继电器控制电路20。 该继电器控制电路20包括继电器22以及继电器附加电路24,该继电器 附加电路24包括一二极管Dl以及三极管Ql，该三极管Ql的基极通过电阻' R4连接到D触发器的Q输出端，三极管Q1的发射极接地，集电极连接到 继电器22的管脚2， 二极管Dl并联在继电器22的输入端，其阳极连接继 电器22的管脚2，阴极连接继电器22的管脚1，继电器22输出端接预控制 的交流220V指示灯。
本发明用串口信号直接控制装置的系统的工作原理如下所述 静态下上电瞬间，由于电容C1的作用，D触发器的CL (清除端)为 低电平，PR(预置位)直接连接到电源(高电平)，所以，Q输出端输出为 低电平，三极管Ql截止，继电器22释放，指示灯处于熄灭状态，称之为"复 位"。随着串口高电平通过电阻R6向电容Cl充电，D触发器的CL(清除端)' 渐渐上升到高电平，这时由于CLK (同步时钟端)已经先于CL (清除端) 恢复到高电平(因为电阻R5电阻小，充电电流大，且电容C3的电容也小.)， 所以，D触发器的Q输出端维持输出低电平，电路处于稳态。
动态下上位机往串口发送一个不为0x00的数据，例如0x55,这个TXD 信号经过两个低通电路分为两路，其中第一低通电路的低通截止频率 1591549Hz,输入到D触发器的CLK (同步时钟端)，第二低通电路的低通 截止频率159Hz，输入到D触发器的CL (清除端)。串口波特率以19200来 计算，TXD信号(19200Hz)可以很顺利的通过电阻R5到达D触发器的CLK. (同步时钟端)，而不能通过R6到达CL(清除端)，因为基本被159Hz的第 二低通电路滤除了。
这样在D触发器的CLK (同步时钟端)就产生了 5个上升沿。由于D (置位端)固定接到了高电平，所以，Q输出端变为高电平。此高电平驱动 三极管Q1导通，继电器22得到吸合电流，将触点吸合，指示灯处于亮的状 态，称之为"置位"。数据发送过后，D触发器的CL (清除端)、CLK (同步时钟端)均处于高电平，所以，D触发器的Q输出端维持输出高电平，.电 路又处于稳态。
当上位机往串口发送50个0x00 (波特率19200 ), TXD信号同样分为两 路送入两个低通电路。这时，主要看D触发器的CL (清除端)的信号，如 图5所示，这样，在CL(清除端)就得到一个完整的低脉冲，宽度为1/(19200 + 10 + 50) =0.0263(串口为l位起始位、8位数据、l位停止位)，当D触发 器的CL (清除端)为低电平时，Q输出端为低电平，三极管Q1截止，继电 器22释放，指示灯处于熄灭状态。
数据发送过后，D触发器的CL (清除端)、CLK (同步时钟端)均处于 高电平，且由于CLK(同步时钟端)已经先于CL (清除端)恢复到高电平， 所以，Q输出端维持输出低电平，电路又处于稳态。
请参阅图6所示，为本发明第三实施例的具体电路连接图。
该第三实施例与上述第二实施例的区别在于因为该筒易串口控制装置 是连接到PC，所以将USB插头30换为一电平转换芯片40,该电平转换芯 片40的输入端连接PC的串口，输出端连接到逻辑信号产生电路。其它部分 的连接关系与上述第二实施例完全相同。 .
该简易串口控制装置连接的串口为个人电脑(PC)的串口，用来控制一 交流电源为220V的指示灯(图未示)，该简易串口控制装置中的逻辑信号产 生电路的供电采用市售的+5V电源。
该第三实施例的工作原理与第二实施例基本相同，不再赘述。
请参阅图7及图8,是本发明直接用串口信号控制装置的系统第四及第 五实施例的具体电路连接图。该两个实施例中简易串口控制装置可以控制10 路设备电源的电路。也可以把被控制的设备改为LED (可去掉继电器)，变 成一个灯光循环闪烁的控制器。等等。
该两个实施例的电路分别和上述第二及第三实施例电路原理基本类似。 不同的地方在于将74HC74 (D触发器)改为CD4017 (十进制触发器)，还 有其他更多的实施例原理是同样的，只是将逻辑芯片更换掉就可以了，本领 域的一般技术人员可以不经过任何创造性劳动既可以进行替换，因此，在此不再---^追述。
图7是简易串口控制装置应用于STB(即机顶盒)的电路图，图8是简易 串口控制装置应用于PC或其他RS232主机电路图。 下面筒述其原理
CD4017是一个十进制触发器，13脚是CLK控制脚，用于使能CLK信 号，具体应用接地。14脚是CLK输入脚，用于触发逻辑进位，计数器加l。 15脚是复位管脚。清除当前计数值，重新计数。8脚是电源负极，16脚是 电源正极。12脚是计数器进位信号，用于下一级扩展。即，后面可以再接更 多的CD4017,从而可增加控制的路数。其他管脚为输出脚。高电平有效。 其控制逻辑图如图9所示。
逻辑触发控制部分同第二实施例以及第三实施例完全一样，可以类同说 明，有如下不同的地方
其工作原理简述如下
静态下 上电复位
上电瞬间，由于C5的作用，RST (复位端)为低电平，所以，QO输出 为高电平，其余输出为低电平，相应的连接到QO管脚的继电器的对应状态 为吸合工作，连接到其他管脚的其余继电器释放，称之为"上电复位"状态。
随着串口 TXD输出高电平通过R8向C5充电，RST (复位端)渐渐上 升到高电平。这时由于CLK (时钟端)已经先于RST (复位端)恢复到高 电平(因为R7电阻小，充电电流大，且C4电容也小)，所以，各输出端维 持当前状态电平，电路处于稳态。
动态下
以上位机要控制第4个输出为高电平为例 . 上位机先往串口发送一个OxOO的数据，再等待8个波特率bit时间；再 发送一个0x00的数据，再等待8个波特率bit时间；如此循环3次，即在CLK (时钟端)输出了 3个完整的脉冲。CD4017的管脚Q3输出为高电平，其余 为低电平。在RST(复位端)上的信号被R8、 C5组成的低通滤波器滤除，管脚Q3维持为高电平。电路又处于稳态，称之为"置位"状态。
主动复4立
当上位机连续往串口发送50个0x00 (数据个数根据波特率不同而不 同，此例为波特率19200)， TXD信号同样分为两路送入两个低通电路。这 时，主要看RST (复位端)的信号，如图IO所示。
这样，在RST (复位端)就得到一个完整的低脉冲，宽度为1/(19200 + 10 + 50) = 0.026s(串口为1位起始位、8位数据、1位停止位)，当RST (复位 端)为低电平时，管脚QO输出为高电平，相应的连接到管脚Q0的继电器 吸合，其他管脚输出端为低电平，相应的继电器释放，指示灯处于熄灭状态。 特别地，虽然在复位之前CLK有一些"毛刺"，但是由于继电器的惰性(或 对于LED来说，是视觉的滞留特性)，不影响实际应用。
数据发送过后，RST (复位端)、CLK (时钟端)均处于高电平，且由 于CLK (时钟端)已经先于RST (复位端)恢复到高电平，所以，各输出 端维持输出电平不变，电路又处于稳态。
通过发送的数据顺序不同和变化，可以扩展出更多的控制方法，制造更 多的效果。
特别说明R7、 C4、 R8、 C5、的值是可以变化的，根据串口的波特率 变化。变化选择依据是波特率降低，R7、 C4变大，R8、 C5选择变小。波 特率提高，R7、 C4变小，R8、 C5、选择变大。
上述实施例中，釆用包括一继电器控制电雄的直接用串口信号控制装置' 的系统做例子，仅仅表示简易串口控制装置可以控制高压设备(例如220V的 设备)，其实还有很多设备的控制是不需要继电器的，例如， 一个LED、 一 个带控制接口的频闪灯、 一个马达(或者是电机)，甚至一台电视机等等。其 工作原理类似，不再赘述。
权利要求
1. 一种直接用串口信号控制装置的系统，其特征在于包括上位机、直接利用上位机的串口控制设备的简易串口控制装置，以及待控制设备，所述简易串口控制装置控制所述待控制设备。
2. 如权利要求1所述的直接用串口信号控制装置的系统，其特征在于所述简易串口控制装置包括连接到上位机串口的逻辑信号产生电路，所述逻辑信号产生电路的输出端连接待控制设备。
3. 如权利要求2所述的直接用串口信号控制装置的系统，其特征在于所述简易串口控制装置还包括继电器控制电路，所述继电器控制电路连接在所述逻辑信号产生电路以及待控制设备之间。
4. 如权利要求3所述的直接用串口信号控制装置的系统，其特征在于所述继电器控制电路包括一继电器以及继电器附加电路。
5. 如权利要求2或3所述的直接用串口信号控制装置的系统，其特征在于所述简易串口控制装置还包括一 USB插头，所述USB插头插在上位机的串口上，USB插头的输出端连接到逻辑信号产生电路。
6. 如权利要求2或3所述的直接用串口信号控制装置的系统、其特征在于所述简易串口控制装置还包括一电平转换芯片，所述电平转换芯片的输入端连接上位机的串口，输出端连接到逻辑信号产生电路。
7. 如权利要求2所迷的直接用串口信号控制装置的系统，其特征在于'所述逻辑信号产生电路包括一个光耦、限流电阻Rl,所述光耦的接收端通过所述限流电阻Rl连接到上位机的串口 ，所述光耦的输出端连接到待控制装置。'
8. 如权利要求2所述的直接用串口信号控制装置的系统，其特征在于所述逻辑信号产生电路包括一个D触发器芯片，所述机顶盒的串口通过两个低通电路分别连接到D触发器的清除端和同步时钟端，所述触发器的输出端连接到待控制装置。
9. 如权利要求2所述的直接用串口信号控制装置的系统，其特征在于所述逻辑信号产生电路包括一个十进制触发器芯片，所述待控制装置为复数个，所述上位机的串口通过两个低通电路分别连接到十进制触发器的时钟端和复位端，所述十进制触发器的输出端分别连接到复数个待控制装置。
10.如权利要求1所述的直接用串口信号控制装置的系统，其特征在于所述上位机是嵌入式i殳备或个人电脑。.
全文摘要
一种直接用串口信号控制装置的系统，包括上位机、直接利用上位机的串口控制设备的简易串口控制装置，以及待控制设备。该简易串口控制装置包括连接到上位机串口的逻辑信号产生电路，根据待控制设备的不同，还可以包括继电器控制电路，若上位机是嵌入式设备，还可以包括一插在上位机的串口上的USB插头，USB插头的输出端连接到逻辑信号产生电路，如果上位机是个人电脑，还可以包括一电平转换芯片，所述电平转换芯片的输入端连接上位机的串口，输出端连接到逻辑信号产生电路。本发明的优点在于直接利用串口本身的信号控制装置，电路简单，使用方便，降低了成本、控制简单可靠、收益高。
文档编号G06F13/40GK101520764SQ200810070658
公开日2009年9月2日 申请日期2008年2月25日 优先权日2008年2月25日
发明者邱作霖 申请人:福建星网锐捷通讯股份有限公司