串口转以太网通讯模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型旨在提供一种成本低、能够实现即插即用且通用性强的串口转以太网通讯模块。本实用新型包括通讯芯片（1）、晶体振荡器（2）、电源电路以及外围电路，所述电源电路向所述通讯芯片（1）、所述晶体振荡器（2）以及外围电路供电，所述晶体振荡器（2）为所述通讯芯片（1）提供时钟信号，所述通讯芯片（1）、所述晶体振荡器（2）、所述电源电路以及所述外围电路均装置在一块长为30～35mm、宽为20～25mm的PCB板（3）上并成为一个模块，在所述PCB板上还设置有引脚（4）。本实用新型可应用于通讯领域。
【专利说明】串口转以太网通讯模块
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种模块，尤其涉及一种应用于电力系统的串口转以太网通讯模块。
【背景技术】
[0002]在应用于电力系统的智能综合保护装置中，一般需要在装置上设计以太网通讯，以便进行电力网状态的网络观察和监控。常规的电力以太网通讯是与其它模块一起集成在一块大面积的PCB板上。这种方式会带来一些问题，如每次设计与通讯相关的系统时，均需要在整个系统上嵌入以太网通讯部分，这既浪费了工作人员大量的精力和时间，也使得系统更加复杂，占用更多的空间，若想再增加其它电路，则需要设计更大的PCB板，这大大增加了成本。若能将通讯部分设计成一种模块，实现即插即用，无需重复设计，则能节省工作人员大量的精力和时间，能极大地提高工作效率；更为重要的是，能够在相同的PCB板上，加入更多的元件如抗干扰电路来保证系统更加安全稳定地运行，同时，也节省了成本。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低、能够实现即插即用且通用性强的串口转以太网通讯模块。
[0004]本实用新型所采用的技术方案是:本实用新型包括通讯芯片、晶体振荡器、电源电路以及外围电路，所述电源电路向所述通讯芯片、所述晶体振荡器以及外围电路供电，所述晶体振荡器为所述通讯芯片提供时钟信号，所述通讯芯片、所述晶体振荡器、所述电源电路以及所述外围电路均装置在一块长为30?35mm、宽为20?25mm的PCB板上并成为一个模块，在所述PCB板上还设置有引脚。
[0005]进一步地，所述PCB板的长为33mm，宽为24mm。
[0006]进一步地，所述通讯芯片为CH395通讯芯片。
[0007]进一步地，所述电源电路提供3.3V和1.8V两种电源。
[0008]本实用新型的有益效果是:本实用新型将串口转以太网通讯的部分装置到一块长为33mm、宽为24mm的PCB板上并成为一个模块，该模块具有完备的通讯模块功能，且在PCB板上还设置有引脚，可以根据需要，直接插到相应的电路上实现通讯功能，其通用性强，且该PCB板面积小，能为相关的PCB板腾出更多的空间以装置其它元件，实现更多的功能，这既节省了成本，由免去了工作人员重新设计所带来的浪费时间和精力的问题，能大大地方便通讯功能的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型的简易结构示意图；
[0010]图2是所述模块上的电源电路示意图；
[0011]图3是晶体振荡器的结构示意图；
[0012]图4是所述CH395微处理器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，本实用新型包括通讯芯片1、晶体振荡器2、电源电路以及外围电路，所述电源电路向所述通讯芯片1、所述晶体振荡器2以及外围电路供电，所述晶体振荡器2为所述通讯芯片I提供时钟信号，所述通讯芯片1、所述晶体振荡器2、所述电源电路以及所述外围电路均装置在一块长为30?35mm、宽为20?25mm的PCB板3上并成为一个模块，在所述PCB板上还设置有引脚4。在本实施例中，所述PCB板的长为33mm，宽为24mm。所述通讯芯片为CH395通讯芯片。所述电源电路提供3.3V和1.8V两种电源。
[0014]本实用新型选用CH395微处理器，CH395芯片内部集成了 10/100M以太网MAC和PHY、CRC数据校验、被动并行接口、SP1-Slave控制器、异步串口、SRAM、高速MCU、固件程序、晶体振荡器和PLL倍频器、电源上电复位电路等。CH395芯片的ELINK#引脚用于以太网状态连接与通讯指示，可以外接串了限流电阻的发光二级管LED，用于指示连接和通讯状态。CH395芯片的RXP, RXN, TXP和TXN为以太网的信号线。CH395的PHY支持MDI/MDIX线路自动转换，但是仅在自动协商模式下有效。提供最高30MHz速度的SPI设备接口，支持连接到单片机的SPI串行总线。
[0015]CH395芯片内置了电源上电复位电路，一般情况下，不需要外部提供复位。RSTI引脚用于从外部输入异步复位信号；当RSTI引脚为低电平时，CH395芯片被复位；当RSTI引脚恢复为高电平后，CH395会继续延时复位35mS左右，然后进入正常工作状态。为了在电源上电期间可靠复位并且减少外部干扰，可以在RSTI引脚与地之间跨接一个容量为0.1uF左右的电容。CH395芯片的RST引脚是高电平有效的复位状态输出引脚，可以用于向外部单片机提供上电复位信号。当CH395电源上电复位或者被外部强制复位以及复位延时期间，RST引脚输出高电平；CH395复位完成并且通讯接口初始化完成后，RST引脚恢复到低电平。CH395芯片正常工作时需要外部为其提供30MHz的时钟信号。CH395芯片内置了晶体振荡器和振荡电容，一般情况下，时钟信号由CH395内置的振荡器通过晶体稳频振荡产生，外围电路只需要在XI和XO引脚之间连接一个标称频率为30MHz的晶体。
[0016]CH395与单片机之间支持三种通讯接口:8位并行接口、SPI同步串行接口、异步串口。在芯片上电复位时，CH395将采样SEL和TXD引脚的状态，根据这2个引脚状态的组合选择通讯接口，参考下表(表中X代表不关心此位，O代表低电平，I代表高电平或者悬空)。
[0017]SEL引脚TXD引脚选择通讯接口
[0018]I I 异步串口
[0019]I O SPI 接口
[0020]O I 8 位并口
[0021]O O错误接口
[0022]CH395芯片INT#引脚输出的中断请求默认是低电平有效，可以连接到单片机的中断输入引脚或普通输入引脚，单片机可以使用中断方式或查询方式获知CH395的中断请求。
[0023]并口信号线包括:8位双向数据总线D7?D0、读选通输入引脚RD#、写选通输入引脚WR#、片选输入引脚PCS#以及地址输入引脚AO。CH395芯片的PCS#由地址译码电路驱动，用于当单片机具有多个外围器件时进行设备选择。通过被动并行接口，CH395芯片可以很方便地挂接到各种8位单片机、DSP、MCU的系统总线上，并且可以与多个外围器件共存。对于类似Intel并口时序的单片机，CH395芯片的RD#引脚和WR#引脚可以分别连接到单片机的读选通输出引脚和写选通输出引脚。对于类似Motorola并口时序的单片机，CH395芯片的RD#引脚应该接低电平，并且WR#引脚连接到单片机的读写方向输出引脚R/-W。
[0024]下表为并口 I/O操作的真值表(表中X代表不关心此位，Z代表CH395三态禁止)。
[0025]PCS# WR# RD# AO D7-D0 对 CH395 芯片的实际操作
[0026]IX X X X/Z未选中CH395，不进行任何操作
[0027]01 I X X/Z虽然选中但无操作,不进行任何操作
[0028]00 I/X I输入向CH395的命令端口写入命令码
[0029]00 I/X O输入向CH395的数据端口写入数据
[0030]01 O O输出从CH395的数据端口读出数据
[0031]01 O I输出从CH395的命令端口读取接口状态:位7是中断标志，低有效，等效于INT#引脚
[0032]CH395芯片占用两个地址位，当AO引脚为高电平时选择命令端口，可以写入新的命令，或者读出接口状态；当AO引脚为低电平时选择数据端口，可以读写数据。
[0033]单片机通过8位并口对CH395芯片进行读写，所有操作都是由一个命令码、若干个输入数据和若干个输出数据组成，部分命令不需要输入数据，部分命令没有输出数据。命令操作步骤如下:
[0034]①单片机在AO=I时向命令端口写入命令代码；
[0035]②如果该命令具有输入数据，那么在AO=O时依次写入输入数据，每次一个字节；
[0036]③如果该命令具有输出数据，那么在AO=O时依次读取输出数据，每次一个字节；
[0037]④命令完成，有些命令在执行完成后会需要查询执行，单片机可以暂停或者转到①继续执行下一个命令。
[0038]SPI串行接口:SPI同步串行接口信号线包括:SPI片选输入引脚SCS、串行时钟输入引脚SCK、串行数据输入引脚SD1、串行数据输出引脚SD0。通过SPI串行接口，CH395可以用较少的连线挂接到各种单片机、DSP、MCU的SPI串行总线上，或者进行较远距离的点对点连接。
[0039]CH395芯片的SCS引脚由单片机的SPI片选输出引脚或者普通输出引脚驱动，SCK引脚由单片机的SPI时钟输出引脚SCK驱动，SDI引脚由单片机的SPI数据输出引脚SDO或MOSI驱动，SDO引脚则连接到单片机的SPI数据输入引脚SDI或MIS0。对于硬件SPI接口，建议SPI设置是CPOl=CPHA=O或者CP0L=CPHA=1，并且数据位顺序是高位在前MSB first。CH395的SPI接口也支持单片机用普通I/O引脚模拟SPI接口进行通讯。
[0040]CH395的SPI接口支持SPI模式O和SPI模式3，CH395总是从SPI时钟SCK的上升沿输入数据，并在允许输出时从SCK的下降沿输出数据，数据位顺序是高位在前，计满8位为一个字节。
[0041]SPI的操作步骤是:①单片机产生CH395芯片的SPI片选，低电有效；
[0042]②单片机按SPI输出方式发出一个字节的数据，CH395总是将SPI片选SCS有效后收到的首个字节当做命令码，后续字节当做数据；
[0043]③单片机延时TSC时间(约1.5uS)等待CH395的SPI接口空闲；
[0044]④如果是写操作，单片机向CH395发出一个字节的待写数据，等待SPI接口空闲后，单片机继续发若干个字节的待写数据，CH395依次接收，直到单片机禁止SPI片选；
[0045]⑤如果是读操作，单片机从CH395接收一个字节的数据，等待SPI接口空闲后，单片机继续从CH395接收若干个字节的数据，直到单片机禁止SPI片选；
[0046]⑥单片机禁止CH395芯片的SPI片选，以结束当前SPI操作。
[0047]异步串口:
[0048]异步串口信号线包括:串行数据输入引脚RXD和串行数据输出引脚TXD。通过串行接口，CH395可以用最少的连线与单片机、DSP、MCU进行较远距离的点对点连接。
[0049]CH395芯片的RXD和TXD可以分别连接到单片机的串行数据输出引脚和串行数据输入引脚。
[0050]CH395的串行数据格式是标准的字节传输模式，包括I个起始位、8个数据位、I个停止位。
[0051 ] CH395既支持硬件设定默认的串行通讯波特率，也支持单片机随时通过CMD_SET_BAUDRATE命令选择合适的通讯波特率。每次上电复位后，CH395默认的串行通讯波特率由SDO、SD1、SCK三个引脚的电平组合设定，SDO引脚SDI引脚SCK引脚上电复位后默认的串行通讯波特率。
[0052]为了区分命令码和数据，CH395要求单片机先通过串口发送两个同步码字节(57H和ABH)，然后再发送命令码，接着是发送数据或者接收数据。CH395会检查上述两个同步码字节之间、同步码与命令码之间的间隔时间，如果间隔时间大于串口输入超时时间SER_CMD_TIMEOUT (约40mS)，那么CH395将丢弃该同步码及命令包。串口命令操作步骤如下:
[0053]①单片机通过串口向CH395发出第一同步码57H ；
[0054]②单片机向CH395发出第二同步码0ΑΒΗ;
[0055]③单片机向CH395发命令码；
[0056]④如果该命令具有输入数据，那么依次向CH395发出输入数据，每次一个字节；
[0057]⑤如果该命令具有输出数据，那么依次从CH395接收输出数据，每次一个字节；
[0058]⑥命令完成，有些命令在执行完成后会产生中断通知并通过串口直接发中断状态码，单片机可以暂停或者转到①继续执行下一个命令。
[0059]CH39的应用如图下图:TCP和UDP是两种比较重要的传输层协议，两者都使用IP作为网络层协议。TCP是一种面向连接的传输，能够提供可靠的字节流传输服务。UDP是一种简单的面向数据报的运输层协议，与TCP不同的是UDP无法保证数据报文准确达到目的地。TCP为网络设备提供了高可靠性的通讯，它所做的工作包括把应用程序交给他的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置超时时钟等，由于运输层提供了高可靠性的端到端的通信，应用层客户忽略所有细节。而UDP则为应用层提供一种非常简单的服务，速度较TCP快，它只是把数据报从一个网络终端发送到另一个网络终端，但是并不保证该数据报能够达到另一端，任何必需的可靠性都必须由应用层来提供。
[0060]IP是网络层上的协议，同时被TCP和UDP使用，TCP和UDP的每组数据都通过IP层在网络中进行传输。
[0061]ICMP是IP协议的附属协议，IP层用它来与其他主机或者路由器交换错误报文或者其他重要信息，例如CH395产生不可达中断，就是通过ICMP来进行错误报文交换的。PING也使用了 ICMP协议。
[0062]IGMP是Internet组管理协议，主要用来把一个UDP数据报多播到多个主机。
[0063]通过模块的连接，方便我们的产品在网路上时时监控，有任何问题都可以通过网络接收信息，让我们更好的去维护电力系统，使电力系统更安全可靠的运行。
[0064]本实用新型将串口转以太网通讯的部分装置到一块长为30?35mm、宽为20?25mm的PCB板上并成为一个模块，该模块具有完备的通讯模块功能，且在PCB板上还设置有引脚，可以根据需要，直接插到相应的电路上实现通讯功能，其通用性强，且该PCB板面积小，能为相关的PCB板腾出更多的空间以装置其它元件，实现更多的功能，这既节省了成本，由免去了工作人员重新设计所带来的浪费时间和精力的问题，能大大地方便通讯功能的应用。
[0065]本实用新型可应用于通讯领域。
【权利要求】
1.一种串口转以太网通讯模块，包括通讯芯片(I)、晶体振荡器(2)、电源电路以及外围电路，所述电源电路向所述通讯芯片(I)、所述晶体振荡器(2)以及外围电路供电，所述晶体振荡器(2)为所述通讯芯片(I)提供时钟信号，其特征在于:所述通讯芯片(I)、所述晶体振荡器(2)、所述电源电路以及所述外围电路均装置在一块长为30?35mm、宽为20?25mm的PCB板(3)上并成为一个模块，在所述PCB板上还设置有引脚(4)。
2.根据权利要求1所述的串口转以太网通讯模块，其特征在于:所述PCB板的长为33mm,宽为 24mm。
3.根据权利要求1或2所述的串口转以太网通讯模块，其特征在于:所述通讯芯片为CH395通讯芯片。
4.根据权利要求3所述的串口转以太网通讯模块，其特征在于:所述电源电路提供.3.3V和1.8V两种电源。
【文档编号】G06F13/38GK204009876SQ201420308727
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】邰秀峰, 黄树明 申请人:珠海思创电气有限公司