专利名称：具有双回环自检功能的pc104总线rs485板卡的制作方法
技术领域：
具有双回环自检功能的PC104总线RS485板卡技术领域[0001]本实用新型涉及一种计算机用通信扩展板卡。[0002]背景技术[0003]PC104架构的RS485通信扩展板卡主要用于对多路RS485接口的设备进行数据 交换。目前的RS485通信扩展板不具备自检功能，当计算机与所连接的设备数据通信 终端时，需要人工检测是RS485通信扩展板卡损坏还是通信线路及所连接设备故障引起 的，这样浪费了工作人员的检查和板卡测试时间。发明内容[0004]针对现有板卡存在的问题，本实用新型通过UART芯片的RTS和DTR信号来控 制打开板内一级和二级回环，分别测试CPLD、UART芯片或者RS485接口芯片内侧的电 路是否工作正常，从而判断出故障是由于通信电缆，还是RS485通信扩展板内部主控芯 片，或者是板卡内部RS485接口芯片引起的。从而可以快速定位故障，如果是板卡故障 引起的，可以实现部分芯片级的维修。降低通信系统维护和维修成本。[0005]本实用新型的具有双回环自检功能的PC104总线RS485板卡包括PC104接插 件、CPLD控制芯片、UART通信芯片、RS485接口芯片以及光电耦合器。[0006]UART通信芯片直接与PC104总线连接，UART中断源选择、DTR、RTS信号、 UART收发信号线、地址译码及RS485接口芯片通过CPLD控制芯片逻辑配置后相互连 接。[0007]当计算机设置DTR信号后，CPLD控制芯片通过内部逻辑接通UART通信芯片 的Tx和Rx信号，形成回环，从而可以测试CPLD控制芯片及UART通信芯片是否工作 正常。当计算机设置RTS信号后，CPLD控制芯片则通过RS485接口芯片的功能接通 RS485接口芯片回环功能，以测试RS485接口芯片以内的板卡功能是否正常。[0008]CPLD控制芯片通过内部逻辑配置，实现RS485总线数据的自动收发切换功能。[0009]本实用新型的具有双回环自检功能的PC104总线RS485板卡可以对采用PC104 架构IO板卡开关量输入输出控制的工业系统提供一定的保护，并能在计算机软件发生异 常或死机时保证工业系统部分工作的能力，提高控制系统的可靠性。
[0010]图1为本实用新型的PC104总线RS485板卡的原理框图。[0011]图2A-2D为本实用新型的PC104总线RS485板卡的电气原理图。[0012]图3为本实用新型的PC104总线RS485板卡的实施例1中RS485接口芯片的收 发自动切换的连线原理图。[0013]图4为本实用新型的PC104总线RS485板卡的实施例1的环回测试原理图。[0014]图5为本实用新型的PC104总线RS485板卡的实施例1的光电隔离原理图。[0015]图6为本实用新型的PC104总线RS485板卡的实施例1的地址译码VHDL流程图。
具体实施方式
[0016]为了使本领域技术人员可以清楚地理解本实用新型，
以下结合附图描述其具体 实施方式。[0017]本实用新型的具有双回环自检功能的PC104总线RS485板卡包括PC104接插 件、CPLD控制芯片、UART通信芯片、RS485接口芯片以及光电耦合器。[0018]UART通信芯片直接与PC104总线连接，UART中断源选择、DTR、RTS信号、 UART收发信号线、地址译码及RS485接口芯片通过CPLD控制芯片逻辑配置后相互连接。[0019]当计算机设置DTR信号后，CPLD控制芯片通过内部逻辑接通UART通信芯片 的Tx和Rx信号，形成回环，从而可以测试CPLD控制芯片及UART通信芯片是否工作 正常。当计算机设置RTS信号后，CPLD控制芯片则通过RS485接口芯片的功能接通 RS485接口芯片回环功能，以测试RS485接口芯片以内的板卡功能是否正常。[0020]CPLD控制芯片通过内部逻辑配置，实现RS485总线数据的自动收发切换功能。[0021]本实用新型通过两片16C554四UART控制器，通过CPLD的控制，实现了八路 具有双回环自检功能，自动收发切换及全光电隔离的RS485通信板卡。[0022]该PC104总线RS485板卡的原理框图如图1所示，电气原理图如图2A-2D所7J\ ο[0023](实施例1)[0024]1.PC104总线信号安排[0025]IOCHK* 悬空[0026]SDO SD8连接两片TL16C554芯片的数据总线[0027]IOCHRDY通过上拉电阻连接到VCC，指示该卡已准备好可以工作了[0028]AEN 连接到 CPLD[0029]SAO SA9 SAO SA2[0030]连接到TL16C5M的地址总线，SA3 SA9送给CPLD进行地址译码，[0031]总寻址范围为0x000 0x3FF。[0032]SAlO SA19 悬空[0033]RESET连接TL16C554的复位引脚及CPLD[0034]IRQ3, 4，5，6，7，9，10，11，12，15[0035]CPLD输出的中断通过跳线器后连接到其中一个中断源上[0036]DRQ2, 3 悬空[0037]DACK2*，3* 悬空[0038]SRDY* 悬空[0039]KEY 悬空[0040]SMEMW* 悬空[0041]SM3MR* 悬空[0042]IOW* 连接到 TL16C554 的 IOW* 端[0043]IOR* 连接到 TL16C554 的 IOR* 端[0044]REFRESH* 悬空[0045]BCLK 连接到 CPLD[0046]TC 悬空[0047]OSC 悬空[0048]ISA扩展槽中未使用的引脚全部悬空[0049]2.半双工RS485收发自动切换[0050]RS485 接 口 芯片使用 SN75LBC184。[0051]电路上DE、RE*引脚并联在一起后由CPLD进行控制并在UART无数据输出的 时候DE、RE* = O始终处于接收状态。CPLD随时检测D引脚上的信号，当D引脚的 信号出现1 口 O的跳变时(可能是起始位也可能是数据)说明有数据要送出此时CPLD立 即切换DE、RE* = 1并后开始计时，当计时时间达到15us时CPLD再切换回DE、RE* =0状态，从而完成收发自动切换功能。其连线原理图如图3所示。[0052]因为该串口卡使用PC104主板提供的8M系统时钟(BCLK)进行计时所以计时精 度可以达到125ns (1/8M = 125ns)自动收发切换。[0053]用CPLD设计一个下降沿触发的单稳态触发器，单稳态触发器的输出直接接 RS485芯片的DE、RE*引脚，当有数据输出时单稳态触发器进入暂态，此时RS485芯片 处于发状态，当数据发送完后单稳态触发器恢复稳态，此时RS485处于接收状态。[0054]3.回环测试[0055]环回由CPLD完成，环回的启动及撤消同样使用UART闲置的DTR输出信号来 控制，当UART的DTR输出=1时对应的那一路就启动环回功能，此时CPLD从D接收 数据并直接发送到R端，反之DTR输出=O时撤消环回。环回测试的原理如图4所示。[0056]UART的收发线TXD、RXD都接入到CPLD，UART使用DTR信号来控制环回 的启动和停止(启动=1;停止=0)，当DTR= 1时在CPLD内部TXD直接送给RXD， 当 DTR = O 时 TXD、RXD 连接到 RS485。[0057]4.光电隔离[0058]光电隔离放在RS485和UART间进行隔离，其中RS485与光偶的电源不能与其 它元器件共用，必须分离开来，其原理图如图5所示。[0059]5.地址译码[0060]根据不同用户及设备的要求UART的地址有可能要进行改变，因此该串口设备 可以通过拨码开关来设置8个UART的地址。[0061]ISA的SAO SA2已与TL16C554地址线直接相连，SA3 SA9连接到CPLD，CPLD根据拨码开关的设置对SA3 SA9进行译码，译码结果输出CSO CS7 O片 TL16C554共8个CS)来控制每个UART的片选从而达到地址译码的目的，[0062]地址译码的最终目的是产生每个UART使用的CSx (χ = 0 7)信号，地址译码 为同步逻辑电路。[0063]DIP拨码开关使用bitO bi7控制UART的基地址，基地址的增量为4，寻址空 间为OH 3FFPi，基地址计算公式如下[0064]多串口卡基地址=DIP数值*45[0065]例如当前DIP设置值为OxOB，多串口卡的基地址为0x0B*4 = 0x2C。基地址设 定后其后连续的64个(8UART*8 = 64)地址都将被8个UART所占用。[0066]第一路UART (CSO)的地址译码的VHDL流程图如图6所示，其余的相同。[0067]本实用新型的具有双回环自检功能的PC104总线RS485板卡可以对采用PC104 架构IO板卡开关量输入输出控制的工业系统提供一定的保护，并能在计算机软件发生异 常或死机时保证工业系统部分工作的能力，提高控制系统的可靠性。本实用新型设计的 板卡已成功应用于某工程控制系统中。
权利要求1. 一种具有双回环自检功能的PC104总线RS485板卡，包括PC104接插件、CPLD 控制芯片、UART通信芯片、RS485接口芯片以及光电耦合器，其特征在于，所述UART通信芯片直接与所述PC104总线连接，UART中断源选择、DTR、RTS 信号、UART收发信号线、地址译码及RS485接口芯片通过所述CPLD控制芯片逻辑配置 后相互连接；当计算机设置DTR信号后，所述CPLD控制芯片通过内部逻辑接通UART的Tx和 Rx信号，形成回环，从而可以测试所述CPLD控制芯片及所述UART通信芯片是否工作 正常；当计算机设置RTS信号后，所述CPLD控制芯片则通过所述RS485接口芯片的功 能接通所述RS485接口芯片回环功能，以测试所述RS485接口芯片以内的板卡功能是否 正常；所述CPLD控制芯片通过内部逻辑配置，实现RS485总线数据的自动收发切换功能。
专利摘要本实用新型公开了一种具有双回环自检功能的PC104总线RS485板卡，其包括PC104接插件、CPLD控制芯片、UART通信芯片、RS485接口芯片以及光电耦合器。该PC104总线RS485板卡可以对采用PC104架构IO板卡开关量输入输出控制的工业系统提供一定的保护，并能在计算机软件发生异常或死机时保证工业系统部分工作的能力，提高控制系统的可靠性。
文档编号G06F11/16GK201804322SQ201020522940
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者张军, 李志秀, 陈 光 申请人:云南省计算机软件技术开发研究中心