一种串行通讯接口功能切换电路及方法与流程

本发明涉及电路通讯领域，尤其涉及一种串行通讯接口功能切换电路及方法。

背景技术：

计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。

rs-232-c接口(又称eiars-232-c)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”。

由于rs-232-c接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：

1)接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与ttl电平不兼容故需使用电平转换电路方能与ttl电路连接。

2)传输速率较低，在异步传输时，波特率为20kbps。

3)接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。

4)传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。

由于rs-232-c的不足，出现了一些新的接口标准，rs-485就是其中之一，它具有以下特点：

1)rs-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2—6)v表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2—6)v表示。接口信号电平比rs-232-c低，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与ttl电平兼容，可方便与ttl电路连接。

2)rs-485的数据最高传输速率为10mbps

3)rs-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力强，即抗噪声干扰性好

4)rs-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米，另外rs-232-c接口在总线上只允许连接2个收发器，即单站能力。而rs-485接口在总线上允许连接多达128个收发器。即具有多站能力，这样用户可以利用单一的rs-485接口方便地建立起设备网络。因rs-485接口具有良好的抗噪声干扰性、长的传输距离和多站能力等优点使其成为首选的串行接口。

rs-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。实际上还有一根信号地线，共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比rs-232更强的驱动能力，故允许在总线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。rs-422支持点对多的双向通信即一个主设备(master)，其余为从设备(salve)，从设备之间不能通信。。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10×4k+100ω(终接电阻)。rs-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式(xon/xoff握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)。

现有方式是针对每种接口标准，设计一路电路出来用于通信。例如，客户如果三路都有可能用到，那么就得消耗掉cpu3路的串口资源，每一路接一个串口，用于通信。又或者是采用跳线帽手动切换通信模式，并且采用逻辑门电路进行处理；又或者是采用多片模拟开关芯片进行切换通信模式。

传统的实现方法是将rs-232、rs-485、rs-422三种电路分别独立的进行设计，从而实现用户想要的功能，若用户想使用另外一种功能，则用户必须重新设计该功能电路或者手动切换硬件电路来实现；或者采用跳线帽手动进行切换，首先这种方式很不智能，切换容易出错，费时费力，并且还要利用门电路，这样又得增加器件，并且由于是芯片，势必会增加相当多得成本，pcb面积也会加大；又或者是采用模拟开关进行切换，这种方式最大的缺点就是模拟开关芯片价格昂贵，并且需要多片才能完全满足切换3种电路，同样的，pcb面积也会加大很多。因此，实现多功能串行通讯需要消耗cpu多路串口资源或需要手动切换或采用昂贵的模拟开关是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种串行通讯接口功能切换电路及方法，用于解决实现多功能串行通讯需要消耗cpu多路串口资源或需要手动切换或采用昂贵的模拟开关的技术问题。

本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路，其特征在于，包括：第一接收控制电路、第一发送控制电路、第二接收控制电路、第二发送控制电路、模式切换信号接口、第一收发控制信号接口、第一接收使能信号接口、第一发送使能信号接口、第二接收使能信号接口、第二发送使能信号接口；

所述第一接收控制电路的输入端连接所述模式切换信号接口，所述第一接收控制电路的输出端连接所述第一接收使能信号接口；

所述第一发送控制电路的输入端连接所述模式切换信号接口，所述第一发送控制电路的输出端连接所述第一发送使能信号接口；

所述第二接收控制电路的输入端连接所述模式切换信号接口和所述第一收发控制信号接口，所述第二接收控制电路的输出端连接所述第二接收使能信号接口；

所述第二发送控制电路的输入端连接所述模式切换信号接口和所述第一收发控制信号接口，所述第二发送控制电路的输出端连接所述第二发送使能信号接口；

所述第一接收控制电路用于根据输入的模式切换信号，输出第一接收使能信号至第一电平转换芯片的接收控制信号接口，使得所述第一电平转换芯片根据所述第一接收使能信号对所述第一电平转换芯片的接收功能使能；

所述第一发送控制电路用于根据输入的模式切换信号，输出第一发送使能信号至第一电平转换芯片的发送控制信号接口，使得所述第一电平转换芯片根据所述第一发送使能信号对所述第一电平转换芯片的发送功能使能；

所述第二接收控制电路用于根据输入的模式切换信号和第一收发控制信号，输出第二接收使能信号至第二电平转换芯片的接收控制信号接口，使得所述第二电平转换芯片根据所述第二接收使能信号对所述第二电平转换芯片的接收功能使能；

所述第二发送控制电路用于根据输入的模式切换信号和第一收发控制信号，输出第二发送使能信号至第二电平转换芯片的发送控制信号接口，使得所述第二电平转换芯片根据所述第二发送使能信号对所述第二电平转换芯片的发送功能使能。

优选地，

所述第一接收控制电路包括第一晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻；

所述第一晶体管的第一端通过所述第二电阻连接所述模式切换信号接口并通过所述第三电阻接地，所述第一晶体管的第二端接地，所述第一晶体管的第三端连接所述第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口并通过所述第一电阻连接电源；

所述第一发送控制电路为一根导线，所述导线的一端连接所述模式切换信号接口，所述导线的另一端连接所述第一发送使能信号接口；

所述第二接收控制电路包括第一二极管、第二二极管、第七电阻；

所述第一二极管的正极连接所述第一收发控制信号接口，所述第一二极管的负极连接所述第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口并通过所述第七电阻接地；

所述第二二极管的正极连接所述模式切换信号接口，所述第二二极管的负极连接所述第一二极管的负极。

所述第二发送控制电路包括第二晶体管、第四电阻、第五电阻、第六电阻；

所述第二晶体管的第一端通过所述第五电阻连接所述模式切换信号接口并通过所述第六电阻接地，所述第二晶体管的第二端接地，所述第二晶体管的第三端连接所述第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口并通过所述第四电阻连接所述第一收发控制信号接口。

优选地，

所述第一发送控制电路包括第三晶体管、第八电阻、第九电阻、第十电阻；

所述第三晶体管的第一端通过所述第九电阻连接所述模式切换信号接口并通过所述第十电阻接地，所述第三晶体管的第二端接地，所述第三晶体管的第三端连接所述第一电平转换芯片的第一发送使能信号接口并通过所述第八电阻连接电源；

所述第一接收控制电路为一根导线，所述导线的一端连接所述模式切换信号接口，所述导线的另一端连接所述第一接收使能信号接口；

所述第二接收控制电路包括第四晶体管、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻；

所述第四晶体管的第一端通过所述第十三电阻连接所述第一收发控制信号接口同时通过所述第十三电阻和所述第十二电阻连接所述模式切换信号接口，所述第四晶体管的第一端还通过所述第十四电阻接地，所述第四晶体管的第二端接地，所述第四晶体管的第三端连接所述第二接收使能信号接口并通过所述第十一电阻连接电源；

所述第二发送控制电路包括第五晶体管、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻；

所述第五晶体管的第一端通过所述第十七电阻连接所述第一收发控制信号接口并通过所述第十八电阻接地，所述第五晶体管的第二端接地，所述第五晶体管的第三端连接所述第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口并通过所述第十五电阻连接所述模式切换信号接口，所述第五晶体管的第三端还通过所述第十五电阻和所述第十六电阻接地。

优选地，

本发明实施例还包括第三收发控制电路、第二收发控制信号接口、第三发送使能信号接口；

所述第三收发控制电路的输入端连接所述模式切换信号接口和所述第二收发控制信号接口，所述第三收发控制电路的输出端连接所述第三发送使能信号接口；

所述第三发送控制电路用于根据输入的模式切换信号和第二收发控制信号，输出第三发送使能信号至第三电平转换芯片的第三发送使能信号接口，使得所述第三电平转换芯片根据所述第三发送使能信号对所述第三电平转换芯片的发送功能使能。

优选地，

所述第三收发控制电路包括第六晶体管、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻；

所述第六晶体管的第一端通过所述第十九电阻连接所述模式切换信号接口并通过所述第二十电阻连接所述第二收发控制信号接口，所述第六晶体管的第二端连接所述第二收发控制信号接口，所述第六晶体管的第三端连接所述第三发送使能信号接口并通过所述第二十一电阻接地。

优选地，

所述晶体管具体为三极管，所述晶体管的第一端具体为三极管的基极，所述晶体管的第二端具体为三极管的发射极，所述晶体管的第三端具体为三极管的集电极。

优选地，

所述晶体管具体为mos管，所述晶体管的第一端具体为mos管的栅极，所述晶体管的第二端具体为mos管的源极，所述晶体管的第三端具体为mos管的漏极。

优选地，

所述第一接收使能信号接口和所述第一发送使能信号接口连接所述第一电平转换芯片，所述第二接收使能信号接口和第二发送使能信号接口连接第二电平转换芯片；

所述串行通讯接口功能切换电路还包括串口隔离电路、模式切换信号隔离电路、第一收发控制信号隔离电路、电源隔离电路；

所述串口隔离电路与对应的电平转换芯片电连接，用于对所述串口隔离电路接收到的信号进行隔离并发送给电平转换芯片，将电平转换芯片接收到的信号发送给串口隔离电路并向外隔离，所述串口隔离电路包括磁隔离模块；

所述磁隔离模块的vdd1端连接vin输入电源，所述磁隔离模块的oa端连接mcu的rx端，所述磁隔离模块的ib端连接所述mcu的tx端并通过一电阻连接所述vin输入电源，所述磁隔离模块的gnd1端连接所述mcu的接地端，所述磁隔离模块的vdd2端连接所述串行通讯接口功能切换电路的电源，所述磁隔离模块的ia端连接所述对应的电平转换芯片的iso_rx端并通过一电阻连接所述电源，所述磁隔离模块的ob端连接所述对应的电平转换芯片的iso_tx端，所述磁隔离模块的gnd2端连接所述串行通讯接口功能切换电路的接地端。

所述的模式切换信号隔离电路和所述的模式切换信号接口电连接，用于对所述模式切换信号隔离电路接收到的信号进行隔离并发送至所述模式切换信号接口，所述模式切换信号隔离电路包括第一光耦隔离芯片；

所述第一光耦隔离芯片的第一端通过一电阻连接所述mcu的输入模式切换信号接口端并通过一电阻接地，所述第一光耦隔离芯片的第二端接地，所述第一光耦隔离芯片的第三端连接所述串行通讯接口功能切换电路的模式切换信号接口，所述第一光耦隔离芯片的第四端连接所述串行通讯接口功能切换电路的电源。

所述的第一收发控制信号隔离电路和所述的第一收发控制信号接口电连接，用于对所述第一收发控制信号隔离电路接收到的信号进行隔离并发送给所述的第一收发控制信号接口，所述第一收发控制信号隔离电路包括第二光耦隔离芯片；

所述第二光耦隔离芯片的第一端通过一电阻连接所述mcu的第一输入收发控制信号接口并通过一电阻接地，所述第二光耦隔离芯片的第二端接地，所述第二光耦隔离芯片的第三端连接所述串行通讯接口功能切换电路的第一收发控制信号接口，所述第二光耦隔离芯片的第四端连接所述串行通讯接口功能切换电路的电源；

所述隔离电源电路与所述电平转换芯片、模式切换信号隔离电路、第一收发控制信号隔离电路电连接，用于对其接收的信号进行电源隔离，为所述电平转换芯片、模式切换信号隔离电路、第一收发控制信号隔离电路提供驱动电压。

本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换方法，基于上述的一种串行通讯接口功能切换电路进行执行，包括：

第一功能切换方法：

通过所述mcu控制所述模式切换信号接口为低电平、控制所述第一收发控制信号接口为低电平，使得所述第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口为高电平，所述第一发送使能信号接口为低电平，所述第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口为低电平，所述第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口为低电平；

第二功能切换方法：

通过所述mcu控制所述模式切换信号接口为低电平、控制所述第一收发控制信号接口为高电平，使得所述第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口为高电平，所述第一发送使能信号接口为低电平，所述第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口为高电平，所述第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口为高电平；

第三功能切换方法：

通过所述mcu控制所述模式切换信号接口为高电平、控制所述第一收发控制信号接口为低电平，使得所述第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口为低电平，所述第一发送使能信号接口为高电平，所述第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口为低电平，所述第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口为高电平；

第四功能切换方法：

通过所述mcu控制所述模式切换信号接口为高电平、控制所述第一收发控制信号接口为高电平，使得所述第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口为低电平，所述第一发送使能信号接口为高电平，所述第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口为低电平，所述第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口为高电平。

优选地，所述第一功能切换方法还包括：第五功能切换子方法、第六功能切换子方法；

所述第五功能切换子方法包括通过所述mcu控制所述模式切换信号接口为低电平、控制所述第一收发控制信号接口为低电平、控制所述第二收发控制信号接口为高电平，使得所述第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口为高电平，所述第一发送使能信号接口为低电平，所述第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口为低电平，所述第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口为低电平，所述第三电平转换芯片的第三发送使能信号接口为高电平；

所述第六功能切换子方法包括通过所述mcu控制所述模式切换信号接口为低电平、控制所述第一收发控制信号接口为低电平、控制所述第二收发控制信号接口为低电平，使得所述第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口为高电平，所述第一发送使能信号接口为低电平，所述第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口为低电平，所述第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口为低电平，所述第三电平转换芯片的第三发送使能信号接口为低电平。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例包括第一接收控制电路、第一发送控制电路、第二接收控制电路、第二发送控制电路、模式切换信号接口、第一收发控制信号接口、第一接收使能信号接口、第一发送使能信号接口、第二接收使能信号接口、第二发送使能信号接口，使得mcu可以通过控制模式切换信号接口、第一收发控制信号接口的高低电平实现第一电平转换芯片和第二电平转换芯片的功能转换，实现了一个串行接口拥有多个功能的技术效果，从而解决了现多功能串行通讯需要消耗cpu多路串口资源或需要手动切换或采用昂贵的模拟开关的技术问题。此外，通过本发明实施例提供的串行通讯接口功能切换电路以及第三收发控制电路、第二收发控制信号接口、第三发送使能信号接口，通过控制模式切换信号接口、第一收发控制信号接口和第二收发控制信号接口的高低电平可以控制第三电平转换芯片的功能转换，从而实现三个功能的转换。此外，通过本发明实施例的串行通讯接口功能切换电路及第一功能切换方法、第二功能切换方法、第三功能切换方法实现了功能的切换，具体地，通过mcu控制模式切换信号接口和第一收发控制信号接口的高低电平，从而控制了各个功能的使能信号接口的高低电平切换，实现了功能的切换，使得一个电路上实现了功能的任意切换，即一个串口能切换多个功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的一个实施例的电路图；

图2为本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的rs-232接口与rs-485接口切换电路图；

图3为本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的另一种rs-232接口与rs-485接口切换电路图；

图4为本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的rs-232接口、rs-485接口和rs-422接口切换电路图；

图5为本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的电源隔离电路的电路图；

图6为本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的串口隔离电路的电路图；

图7为本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的模式切换信号隔离电路的电路图；

图8为本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的一种第一收发控制信号隔离电路的电路图；

图9为本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的rs-232接口、rs-485接口和rs-422接口切换电路的采用mos管的应用例图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种串行通讯接口功能切换电路及方法，用于解决实现多功能串行通讯需要消耗cpu多路串口资源或需要手动切换或采用昂贵的模拟开关的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的一个实施例，包括：第一接收控制电路、第一发送控制电路、第二接收控制电路、第二发送控制电路、模式切换信号接口、第一收发控制信号接口、第一接收使能信号接口、第一发送使能信号接口、第二接收使能信号接口、第二发送使能信号接口；

第一接收控制电路的输入端连接模式切换信号接口，第一接收控制电路的输出端连接第一接收使能信号接口；第一发送控制电路的输入端连接模式切换信号接口，第一发送控制电路的输出端连接第一发送使能信号接口；第二接收控制电路的输入端连接模式切换信号接口和第一收发控制信号接口，第二接收控制电路的输出端连接第二接收使能信号接口；第二发送控制电路的输入端连接模式切换信号接口和第一收发控制信号接口，第二发送控制电路的输出端连接第二发送使能信号接口；

第一接收控制电路用于根据输入的模式切换信号，输出第一接收使能信号至第一电平转换芯片的接收控制信号接口，使得第一电平转换芯片根据第一接收使能信号对第一电平转换芯片的接收功能使能；

第一发送控制电路用于根据输入的模式切换信号，输出第一发送使能信号至第一电平转换芯片的发送控制信号接口，使得第一电平转换芯片根据第一发送使能信号对第一电平转换芯片的发送功能使能；

第二接收控制电路用于根据输入的模式切换信号和第一收发控制信号，输出第二接收使能信号至第二电平转换芯片的接收控制信号接口，使得第二电平转换芯片根据第二接收使能信号对第二电平转换芯片的接收功能使能；

第二发送控制电路用于根据输入的模式切换信号和第一收发控制信号，输出第二发送使能信号至第二电平转换芯片的发送控制信号接口，使得第二电平转换芯片根据第二发送使能信号对第一电平转换芯片的发送功能使能。

需要说明的是，第一电平转换芯片和第二电平转换芯片都是电平转换芯片，比如rs-232电平转换芯片、rs-485电平转换芯片、rs-422电平转换芯片等。模式切换信号接口用于接收模式切换信号，可以是任意cpu或者mcu等处理器发送的模式切换信号；第一收发控制信号接口用于接收收发控制信号，可以是任意cpu或mcu等处理器发送的收发控制信号；第一接收使能信号接口、第一发送使能信号接口、第二接收使能信号接口、第二发送使能信号接口用于输出使能信号至对应的电平转换芯片，使其发送功能或接收功能使能。

具体地，模式切换信号、第一收发控制信号、第一接收使能信号等可以采用高低电平的方式进行信号控制，具体如表1：

表1

通过表1可以看出本发明实施例通过两个信号输出4个控制信号，从而实现了控制电路的输出对电平转换芯片的接收发送功能是否使能进行控制。

以上是对本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的另一个实施例进行详细的描述。

请参阅图2，本发明实施例提供一种串行通讯接口功能切换电路的另一个实施例，包括：第一接收控制电路、第一发送控制电路、第二接收控制电路、第二发送控制电路、模式切换信号接口、第一收发控制信号接口、第一接收使能信号接口、第一发送使能信号接口、第二接收使能信号接口、第二发送使能信号接口；第一接收控制电路包括第一晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻；第一发送控制电路为一根导线，导线的一端连接模式切换信号接口，导线的另一端连接第一发送使能信号接口；第二接收控制电路包括第一二极管、第二二极管、第七电阻；第二发送控制电路包括第二晶体管、第四电阻、第五电阻、第六电阻；具体地，第一晶体管具体为开关管q1、第二晶体管具体为开关管q2、第一电阻至第七电阻具体为电阻r1～r7、第一二极管具体为二极管d1、第二二极管具体为二极管d2；

开关管q1的第一端通过电阻r2连接模式切换信号接口并通过电阻r3接地，开关管q1的第二端接地，开关管q1的第三端连接第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口并通过电阻r1连接电源；

开关管q2的第一端通过电阻r5连接模式切换信号接口并通过电阻r6接地，开关管q2的第二端接地，开关管q2的第三端连接第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口并通过电阻r4连接第一收发控制信号接口；

二极管d1的正极连接模式切换信号接口，二极管d1的负极连接第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口并通过电阻r7接地；二极管d2的正极连接第一收发控制信号接口，二极管d2的负极连接二极管d1的负极。

需要说明的是，本发明实施例中的电阻的阻值需根据实际情况进行调节，其阻值的具体数值并不影响本发明实施例的功能。

本发明实施例可实现rs-485、rs-232二合一电路的功能：该电路可以实现rs-485、rs-232功能任意切换。具体地，模式切换信号接口、dir为mcu的普通i/o口，第一发送使能信号接口、第一接收使能信号接口为rs-232电平转换芯片的禁止与启动的控制信号接口，第二发送使能信号接口、第二接收使能信号接口分别为rs-485电平转换芯片的发送与接收使能信号接口。

电路功能模式如表2所示：

表2

表2中，mode为本发明实施例中的模式切换信号，dir为第一收发控制信号，232_nen为第一接收使能信号，232_nshdn为第一发送使能信号，485_de为第二发送使能信号，485_nre为第二接收使能信号。

以上是对本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的另一个实施例进行详细的描述。

请参阅图3，本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路，包括：第一接收控制电路、第一发送控制电路、第二接收控制电路、第二发送控制电路、模式切换信号接口、第一收发控制信号接口、第一接收使能信号接口、第一发送使能信号接口、第二接收使能信号接口、第二发送使能信号接口；

第一发送控制电路包括第三晶体管、第八电阻、第九电阻、第十电阻；第三晶体管的第一端通过第九电阻连接模式切换信号接口并通过第十电阻接地，第一晶体管的第二端接地，第三晶体管的第三端连接第一电平转换芯片的第一发送使能信号接口并通过第八电阻连接电源；第一接收控制电路为一根导线，导线的一端连接模式切换信号接口，导线的另一端连接第一接收使能信号接口；第二接收控制电路包括第四晶体管、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻；第四晶体管的第一端通过第十三电阻连接第一收发控制信号接口同时通过第十三电阻和第十二电阻连接模式切换信号接口，第四晶体管的第一端还通过第十四电阻接地，第四晶体管的第二端接地，第四晶体管的第三端连接第二接收使能信号接口并通过第十一电阻连接电源；第二发送控制电路包括第五晶体管、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻；第五晶体管的第一端通过第十七电阻连接第一收发控制信号接口并通过第十八电阻接地，第五晶体管的第二端接地，第五晶体管的第三端连接第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口并通过第十五电阻连接模式切换信号接口，第五晶体管的第三端还通过第十五电阻和第十六电阻接地。

具体地，本实施例中，第三晶体管具体为三极管q3、第八电阻具体为电阻r8、第九电阻具体为r9、第十电阻具体为r10、第四晶体管具体为三极管q4、第十一电阻具体为r11、第十二电阻具体为r12、第十三电阻具体为r13、第十四电阻具体为r14、第五晶体管具体为三极管q5、第十五电阻具体为r15、第十六电阻具体为r16、第十七电阻具体为r17、第十八电阻具体为r18；

需要说明的是，第一电平转换芯片和第二电平转换芯片都是电平转换芯片，比如rs-232电平转换芯片、rs-485电平转换芯片、rs-422电平转换芯片等。模式切换信号接口用于接收模式切换信号，可以是任意cpu或者mcu等处理器发送的模式切换信号；第一收发控制信号接口用于接收收发控制信号，可以是任意cpu或mcu等处理器发送的收发控制信号；第一接收使能信号接口、第一发送使能信号接口、第二接收使能信号接口、第二发送使能信号接口用于输出使能信号至对应的电平转换芯片，使其发送功能或接收功能使能。

以上是对本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的另一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的另一个实施例进行详细的描述。

请参阅图4，本发明实施例提供一种串行通讯接口功能切换电路的另一个实施例，包括：第一接收控制电路、第一发送控制电路、第二接收控制电路、第二发送控制电路、模式切换信号接口、第一收发控制信号接口、第一接收使能信号接口、第一发送使能信号接口、第二接收使能信号接口、第二发送使能信号接口；

第一接收控制电路包括第一晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻；第一发送控制电路为一根导线，导线的一端连接模式切换信号接口，导线的另一端连接第一发送使能信号接口；第二接收控制电路包括第一二极管、第二二极管、第七电阻；第二发送控制电路包括第二晶体管、第四电阻、第五电阻、第六电阻；

具体地，第一晶体管具体为开关管q1、第二晶体管具体为开关管q2、第一电阻至第七电阻具体为电阻r1～r7、第一二极管具体为二极管d1、第二二极管具体为二极管d2；

开关管q1的第一端通过r2电阻连接模式切换信号接口并通过电阻r3接地，开关管q1的第二端接地，开关管q1的第三端连接第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口并通过电阻r1连接电源；

开关管q2的第一端通过r5电阻连接模式切换信号接口并通过电阻r6接地，开关管q2的第二端接地，开关管q2的第三端连接第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口并通过r4电阻连接第一收发控制信号接口；

二极管d1的正极连接第一收发控制信号接口，二极管d1的负极连接第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口并通过电阻r7接地；二极管d2的正极连接模式切换信号接口，二极管d2的负极连接二极管d1的负极。

进一步地，本发明实施例还包括第三收发控制电路、第二收发控制信号接口、第三发送使能信号接口；

所述第三收发控制电路包括第六晶体管、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻；具体地，第六晶体管具体为开关管q6，第十九电阻具体为电阻r19、第二十电阻具体为电阻r20、第二十一电阻具体为电阻r21。

开关管q6的第一端通过电阻r19连接模式切换信号接口并通过电阻r20连接mcu的第二收发控制信号接口，开关管q6的第二端连接mcu的第二收发控制信号接口，开关管q6的第三端连接第三电平转换芯片的第三发送使能信号接口并通过电阻r21接地。

进一步地，开关管q1具体为三极管q1，开关管q1的第一端具体为三极管q1的基极，开关管q1的第二端具体为三极管q1的发射极，开关管q1的第三端具体为三极管q1的集电极；开关管q2具体为三极管q2，开关管q2的第一端具体为三极管q2的基极，开关管q2的第二端具体为三极管q2的发射极，开关管q2的第三端具体为三极管q2的集电极；开关管q6具体为三极管q6，开关管q6的第一端具体为三极管q6的基极，开关管q6的第二端具体为三极管q6的发射极，开关管q6的第三端具体为三极管q6的集电极。

需要说明的是，第一电平转换芯片和第二电平转换芯片、第三电平转换芯片都是电平转换芯片，比如rs-232电平转换芯片、rs-485电平转换芯片、rs-422电平转换芯片等。模式切换信号接口用于接收模式切换信号，可以是任意cpu或者mcu等处理器发送的模式切换信号；第一收发控制信号接口用于接收收发控制信号，可以是任意cpu或mcu等处理器发送的收发控制信号；第一接收使能信号接口、第一发送使能信号接口、第二接收使能信号接口、第二发送使能信号接口、第三发送使能信号接口用于输出使能信号至对应的电平转换芯片，使其发送功能或接收功能使能。

需要说明的是，本发明实施例中的电阻的阻值需根据实际情况进行调节，其阻值的具体数值并不影响本发明实施例的功能。

本发明实施例可实现rs-232接口、rs-485接口和rs-422接口切换电路三合一电路的功能。本发明充分利用三极管的开关特性以及二极管的单向导通特性，实现rs-232、rs-485、rs-422三种功能电路的自动切换功能。本应用例中模式切换信号接口、第一收发控制信号接口、第二收发控制信号接口为mcu的普通i/o口，第一电平转换芯片为rs-232电平转换芯片，第一发送使能信号接口、第一接收使能信号接口为rs-232电平转换芯片的禁止与启动的控制信号接口，第二电平转换芯片为第一rs-485电平转换芯片，第二发送使能信号接口、第二接收使能信号接口分别为rs-485电平转换芯片的发送与接收使能信号接口；第三电平转换芯片为第二rs-485电平转换芯片，第三发送使能信号接口为第二rs-485电平转换芯片的发送使能信号接口。本实施例的rs-422模式是使用两个rs-485电平转换芯片来实现的。

mcu通过控制模式切换信号接口、第一收发控制信号接口、第二收发控制信号接口的高低电平来实现rs-232、rs-485、rs-422三种功能任意切换的逻辑。本实施例的rs-422模式是使用两个rs-485电平转换芯片来实现的。rs-485模式时是利用rs-422模式中的一个rs-485芯片，即rs-422与rs-485共用一个485电平转换芯片。

电路功能说明：

表3

表3是rs-232、rs-485、rs-422切换时信号接口逻辑电平值。

表3中，mode为模式切换信号接口，485_dir为第一收发控制信号接口，422_dir为第二收发控制信号接口，232_nen为第一接收使能信号接口，232_nshdn为第一发送使能信号接口，485_de为第二发送使能信号接口，485_nre为第二接收使能信号接口，422_de为第三发送使能信号接口，422_nre为第三接收使能信号接口。

以下将对本发明实施例的功能模式进行详细的描述。

1、rs-232模式：

用户使用rs-232时，用mcu控制模式切换信号接口输出高电平，即可打开rs-232电平转换芯片并禁止两个rs-485电平转换芯片(即第一rs-485电平转换芯片和第二rs-485电平转换芯片)，具体工作原理如下：

当模式切换信号接口＝1时，第一发送使能信号接口＝1，第二接收使能信号接口＝1，三极管q1导通，第一接收使能信号接口电平拉低，这样rs-232电平转换芯片被使能(第一发送使能信号接口＝1、第一接收使能信号接口＝0)，232功能被启动；三极管q2也被导通，将第二发送使能信号接口电平被拉低，即第二发送使能信号接口＝0，则第一rs-485电平转换芯片收发器功能都被禁止(第二接收使能信号接口＝1，第二发送使能信号接口＝0)，即rs-485功能关闭；三极管q6不导通，这时第三发送使能信号接口被电阻r21拉低，即第三发送使能信号接口＝0，则第二rs-485电平转换芯片的功能也被禁止。故，在模式切换信号接口＝1时，232开，485关，422关。

2、rs-485模式：

用户使用rs-485时，用mcu控制模式切换信号接口、第一收发控制信号接口、第二收发控制信号接口输出相应电平，即可禁止rs-232电平转换芯片并开启rs-485电平转换芯片，具体工作原理如下：

2.1、rs-485接收模式(默认模式)

当模式切换信号接口＝0、第一收发控制信号接口＝0、第二收发控制信号接口＝0时，第一发送使能信号接口＝0，第二接收使能信号接口＝0，三极管q1不导通，第一接收使能信号接口被电阻r1拉高，这样rs-232电平转换芯片被禁能(第一发送使能信号接口＝0、第一接收使能信号接口＝1)，rs-232功能被禁止；三极管q2也不导通，第二发送使能信号接口通过r4被第一收发控制信号接口拉低，即第二发送使能信号接口＝第一收发控制信号接口＝0，第二接收使能信号接口电平被r7拉低，即第二接收使能信号接口＝0，则第一rs-485电平转换芯片进入接收模式(第二接收使能信号接口＝0，第二发送使能信号接口＝0)；三极管q6不导通，这时第三发送使能信号接口被电阻r21拉低，即第三发送使能信号接口＝0，则第二rs-485电平转换芯片的功能也被禁止，即rs-422模式关闭。

故，在模式切换信号接口＝0、第一收发控制信号接口＝0、第二收发控制信号接口＝0时，232关，485收，422关。

2.2、rs-485发送模式

当模式切换信号接口＝0、第一收发控制信号接口＝1、第二收发控制信号接口＝0时，第一发送使能信号接口＝0，第二接收使能信号接口被第一收发控制信号接口通过d2拉高，即第二接收使能信号接口＝1，三极管q1不导通，第一接收使能信号接口被电阻r1拉高，这样rs-232电平转换芯片被禁能(第一发送使能信号接口＝0、第一接收使能信号接口＝1)，rs-232功能被禁止；三极管q2也不导通，第二发送使能信号接口通过r4被第一收发控制信号接口拉高，即第二发送使能信号接口＝第一收发控制信号接口＝1，则第一rs-485电平转换芯片进入发送模式(第二接收使能信号接口＝1，第二发送使能信号接口＝1)；三极管q6不导通，这时第三发送使能信号接口被电阻r21拉低，即第三发送使能信号接口＝0，则第二rs-485电平转换芯片的功能也被禁止，即rs-422模式关闭。

故，在模式切换信号接口＝0、第一收发控制信号接口＝1、第二收发控制信号接口＝0时，232关，485发，422关。

3、rs-422模式

用户使用rs-422时，用mcu控制模式切换信号接口、第一收发控制信号接口、第二收发控制信号信号接口输出相应电平，即可禁止rs-232电平转换芯片并开启两路rs-485电平转换芯片，具体工作原理如下：

当模式切换信号接口＝0、第一收发控制信号接口＝0、第二收发控制信号接口＝1时，第一发送使能信号接口＝0，第二接收使能信号接口被电阻r7拉低，即第二接收使能信号接口＝0，三极管q1不导通，第一接收使能信号接口被电阻r1拉高，这样rs-232电平转换芯片被禁能(第一发送使能信号接口＝0、第一接收使能信号接口＝1)，rs-232功能被禁止；三极管q2也不导通，第二发送使能信号接口通过r4被第一收发控制信号接口拉低，即第二发送使能信号接口＝第一收发控制信号接口＝0，则第一rs-485电平转换芯片进入接收模式(第二接收使能信号接口＝0，第二发送使能信号接口＝0)；三极管q6导通，这时第三发送使能信号接口被第二收发控制信号接口拉高，即第三发送使能信号接口＝第二收发控制信号接口＝1，则第二rs-485电平转换芯片进入发送模式，即rs-422模式打开。

故，在模式切换信号接口＝0、第一收发控制信号接口＝0、第二收发控制信号接口＝1时，232关，485收，422发。

以上是对本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的另一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的实施例中的隔离电路进行详细的描述。

请参阅图5，本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的实施例还包括电源隔离电路；

电源隔离电路包括电源隔离模块；两电容一电阻并联后与电源隔离模块的vo接口和0v接口串联，一电容与电源隔离模块的vin接口和gnd接口并联且与一电感串联后与两电容并联；vo接口与串行通讯接口功能切换电路的电源连接，0v接口与串行通讯接口功能切换电路的接地端连接，vin接口通过电感与mcu的电源端连接，gnd接口与mcu的接地端连接。

请参阅图6，进一步地，还包括串口隔离电路；串口隔离电路包括磁隔离模块；所述磁隔离模块的vdd1端连接vin输入电源，所述磁隔离模块的oa端连接mcu的rx端，所述磁隔离模块的ib端连接所述mcu的tx端并通过一电阻连接所述vin输入电源，所述磁隔离模块的gnd1端连接所述mcu的接地端，所述磁隔离模块的vdd2端连接所述串行通讯接口功能切换电路的电源，所述磁隔离模块的ia端连接所述对应的电平转换芯片的iso_rx端并通过一电阻连接所述电源，所述磁隔离模块的ob端连接所述对应的电平转换芯片的iso_tx端，所述磁隔离模块的gnd2端连接所述串行通讯接口功能切换电路的接地端。

请参阅图7，进一步地，还包括模式切换信号隔离电路；模式切换信号隔离电路包括第一光耦隔离芯片；第一光耦隔离芯片的第一端通过一电阻连接mcu的输入模式切换信号接口端并通过一电阻接地，第一光耦隔离芯片的第二端接地，第一光耦隔离芯片的第三端连接串行通讯接口功能切换电路的模式切换信号接口端，第一光耦隔离芯片的第四端连接串行通讯接口功能切换电路的电源。

请参阅图8，进一步地，还包括第一收发控制信号隔离电路；第一收发控制信号隔离电路包括第二光耦隔离芯片；第二光耦隔离芯片的第一端通过一电阻连接mcu的第一输入收发控制信号接口并通过一电阻接地，第二光耦隔离芯片的第二端接地，第二光耦隔离芯片的第三端连接串行通讯接口功能切换电路的第一收发控制信号接口，第二光耦隔离芯片的第四端连接串行通讯接口功能切换电路的电源。

如果要对系统进行保护，可在本发明的电路前级加上隔离电路。其中u1为电源隔离模块，为本发明电路提供隔离电源；u2为磁隔离模块，将cpu的串口tx和rx信号与本发明电路隔离，如果串口的通信速度很高的话，建议选择高速隔离芯片；u3、u4为光耦隔离芯片，将cpu的普通i/o口与本发明电路相隔离。通过以上隔离模块与隔离芯片的作用，可以将cpu电路与本发明电路完全实现电气上的隔离，这样不仅提高了系统的稳定性，也提高了系统的抗干扰能力。

分析方法：对于光耦u3、u4，当输入模式切换信号、第一输入收发控制信号为高电平时，光耦导通，即：模式切换信号、第一收发控制信号也为高电平状态；当输入模式切换信号、第一输入收发控制信号为低电平时，光耦不导通，即：模式切换信号、第一收发控制信号也为高阻状态，其电平状态取决于本发明电路。

以上是对本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路的另一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换方法的一个实施例进行详细的描述。

本发明实施例提供一种串行通讯接口功能切换方法，基于上述的一种串行通讯接口功能切换电路进行执行，包括：

第一功能切换方法：通过mcu控制模式切换信号接口为低电平、控制第一收发控制信号接口为低电平，使得第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口为高电平，第一发送使能信号接口为低电平，第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口为低电平，第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口为低电平；

第二功能切换方法：通过mcu控制模式切换信号接口为低电平、控制第一收发控制信号接口为高电平，使得第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口为高电平，第一发送使能信号接口为低电平，第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口为高电平，第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口为高电平；

第三功能切换方法：通过mcu控制模式切换信号接口为高电平、控制第一收发控制信号接口为低电平，使得第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口为低电平，第一发送使能信号接口为高电平，第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口为低电平，第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口为高电平；

第四功能切换方法：通过mcu控制模式切换信号接口为高电平、控制第一收发控制信号接口为高电平，使得第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口为低电平，第一发送使能信号接口为高电平，第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口为低电平，第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口为高电平。

第五功能切换子方法：第五功能切换子方法包括通过mcu控制模式切换信号接口为低电平、控制第一收发控制信号接口为低电平、控制第二收发控制信号接口为高电平，使得第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口为高电平，第一发送使能信号接口为低电平，第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口为低电平，第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口为低电平，第三电平转换芯片的第三发送使能信号接口为高电平；

第六功能切换子方法包括通过mcu控制模式切换信号接口为低电平、控制第一收发控制信号接口为低电平、控制第二收发控制信号接口为低电平，使得第一电平转换芯片的第一接收使能信号接口为高电平，第一发送使能信号接口为低电平，第二电平转换芯片的第二发送使能信号接口为低电平，第二电平转换芯片的第二接收使能信号接口为低电平，第三电平转换芯片的第三发送使能信号接口为低电平。

以上是对本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换方法的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种串行通讯接口功能切换电路及方法的一个应用例进行详细的描述。

本发明实施例还可以利用mos管实现三种功能的切换。

请参阅图9，利用mos管来代替本发明中的三极管。mos管是压控元件，只要加到压控元件的导通电压，mos管就能像三极管那样饱和导通，并且导通结的压降最小。如下图所示：将本发明中的三个三极管替换为mos管，也可以实现rs-485、rs-232、rs-422功能任意切换。

该替换电路的分析方法与发明电路的分析方法完全一样，三种模式切换时，各个i/o口的逻辑关系如表4所示。

表4

分析请参见上述的电路功能说明中的rs-232模式、rs-485模式、rs-422模式。

表4中，mode为模式切换信号接口，485_dir为第一收发控制信号接口，422_dir为第二收发控制信号接口，232_nen为第一接收使能信号接口，232_nshdn为第一发送使能信号接口，485_de为第二发送使能信号接口，485_nre为第二接收使能信号接口，422_de为第三发送使能信号接口，422_nre为第三接收使能信号接口。

需要说明的是，本发明实施例的创新点为：1、使用一路串口切换3种接口标准。节省硬件资源，软件自动切换，能够使产品满足不同接口需求。2、电路硬件成本低，兼容性强。非常适合串口服务器电路需要。

本发明实施例的优点为：电路元器件少，减少pcb面积，故障率低，而且成本非常低；软件切换方便，程序代码效率高；电路简单，可靠性高，实用性非常强；可用于各种使用串口设备的电路当中；本电路使用可以非常广泛；串口服务器，工控串口通信接口。需要说明的是，本发明实施例可以将三极管改为组合门电路；也可以将本发明实施例中的三级管替换为mos管，同样可以实现三种功能的任意切换。需要说明的是，本电路形式，全部通过软件自动切换，无须人为手动切换。传统切换方式为跳线帽进行切换，这种方式切换起来费时费力，并且容易出错，本电路完全避免了这种问题，全程软件自动切换，根据上文所列出的真值表进行选择即可，达到全自动的效果。

本发明实施例提供的电路硬件成本低。传统切换方式，采用模拟开关芯片加上门电路进行切换，价格昂贵，所需要的芯片比较多，占用pcb面积大，性价比不高，并且模拟开关导通内阻大。本电路采用mos管或者三极管进行切换，价格低廉，速度快，所需器件少，占用面积小，利于集成化，性价比高。

需要进一步说明的是，上述实施例中的晶体管可以是开关管、三极管、mos管等，具体地，第一晶体管具体为mos管，第一晶体管的第一端具体为mos管的栅极，第一晶体管的第二端具体为mos管的源极，第一晶体管的第三端具体为mos管的漏极；第二晶体管具体为mos管，第二晶体管的第一端具体为mos管的栅极，第二晶体管的第二端具体为mos管的源极，第二晶体管的第三端具体为mos管的漏极；第三晶体管具体为mos管，第三晶体管的第一端具体为mos管的栅极，第三晶体管的第二端具体为mos管的源极，第三晶体管的第三端具体为mos管的漏极。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。