多功能串行数据接口装置及设备的制作方法

本实用新型涉及串行数据接口通信技术领域，尤其涉及一种多功能串行数据接口装置及设备。

背景技术：

在现代的工业测控系统中，系统之间以及系统内部经常需要进行数据通信。相关技术中，通信方式包括两种，分别为有限通信模式和无线通信模式。由于无线通讯模式在可靠性方面不及有线通信，因此工业测控系统中，一般使用有线通讯。

相关技术中，有线通信包括串行通讯和并行通信。相关技术中串口通讯被广泛运用于各种工业环境中。串口通信中的RS422通信、RS485通信以及RS232通信是在工程中广泛使用的标准接口，工业测控系统设备连接各种各样的设备，为了使工业测控系统设备与RS422设备、RS485设备以及RS232设备通信，这需要在工业测控系统设备上设置多个物理串口以及对应的收发器（或芯片），这导致工业测控系统设备的串口通信切换繁琐，并且增加了工业测控系统设备的硬件成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种多功能串行数据接口装置及设备，用于至少解决现有技术存在的串口通信硬件成本高的技术问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种多功能串行数据接口装置，包括：微控制单元，包括第一GPIO（General-Purpose Input / Output，通用目的输入/输出端口）引脚，第二GPIO引脚，第一串口发送引脚、第一串口接收引脚、第二串口发送引脚和第二串口接收引脚；第一RS485收发器，第一RS485收发器的翻转控制管脚连接第一GPIO引脚，第一RS485收发器的发送管脚连接第一串口发送引脚，第一RS485收发器的接收管脚连接第一串口接收引脚；以及，第二RS485收发器，第二RS485收发器的翻转控制管脚连接第二GPIO引脚，第二RS485收发器的发送管脚连接第二串口发送引脚，第二RS485收发器的接收管脚连接第二串口接收引脚；其中，第一RS485收发器的输出管脚和第二RS485收发器的输出管脚连接总线端口。

在某些实施例中，上述多功能串行数据接口装置还可包括：串口选择模块，用于选择串口，其中，该串口包括RS422接口和RS485接口；GPIO控制模块，与串口选择模块相连，用于控制第一GPIO引脚和第二GPIO引脚的输出信号；其中，当所选的串口为RS422串口时，GPIO控制模块控制第一GPIO引脚的输出信号为高电平，使得第一RS485收发器为RS422的接收端，且控制第二GPIO引脚的输出信号为低电平，使得第二RS485收发器为RS422的发送端；当所选的串口为RS485接口时，GPIO控制模块控制第一GPIO引脚或第二GPIO引脚的输出信号为RS485翻转信号。

在某些实施例中，RS485接口包括第一RS485接口和第二RS485接口，其中，当串口为第一RS485接口时，GPIO控制模块控制第一GPIO引脚的输出信号为RS485翻转信号；当串口为第二RS485接口时，GPIO控制模块控制第二GPIO引脚的输出信号为RS485翻转信号。

在某些实施例中，上述多功能串行数据接口装置还可包括：RS232收发器，RS232收发器的发送管脚连接第一串口发送引脚，RS232收发器的接收管脚连接第一串口接收引脚，RS232收发器的输出端连接总线端口；其中，串口还包括RS232接口；当所选的串口为RS232接口时，GPIO控制模块控制第一GPIO引脚的输出信号为高电平。

在某些实施例中，总线端口为RS422、RS485或RS232总线端口。

在某些实施例中，上述多功能串行数据接口装置还可包括：串口保护电路，设置在第一RS485收发器的输出引脚、第二RS485收发器的输出管脚与总线端口之间。

在某些实施例中，上述串口保护电路可包括：浪涌抑制电路和静电防护电路。

根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种设备，包括：上述任意多功能串行数据接口装置。

本实用新型提供的多功能串行数据接口装置及设备，由GPIO引脚的控制，可使用第一RS485收发器或第二RS485收发器进行RS485通信。并且，由GPIO引脚的控制，第一RS485收发器还能够作为RS422的发送端，第二RS485收发器还能够作为RS422的接收端，或者，第一RS485收发器还能够作为RS422的接收端，第二RS485收发器还能够作为RS422的发送端，进而实现RS422通信。由此，在单个物理串口实现RS422通信和RS485通信。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的一种多功能串行数据接口装置的结构框图；

图2为根据本实用新型实施例的另一种多功能串行数据接口装置的结构框图；

图3为根据本实用新型实施例的又一种多功能串行数据接口装置的结构框图；以及

图4为根据本实用新型实施例的一种连线方式的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型实施例，提供了一种多功能串行数据接口装置，实现了在一个物理串口上支持多种串口通信。图1为根据本实用新型实施例的一种多功能串行数据接口装置的结构框图，如图1所示，该多功能串行数据接口装置包括：微控制单元10、第一RS485收发器20及第二RS485收发器30。

在本实用新型实施例中，微控制单元10，包括第一GPIO引脚（图中标记为GPIO1）、第二GPIO引脚（图中标记为GPIO2）、第一串口发送引脚（图中标记为TXD1）、第一串口接收引脚（图中标记为RXD1）、第二串口发送引脚（图中标记为TXD2）和第二串口接收引脚（图中标记为RXD2）。

在本实用新型实施例中，第一RS485收发器20的翻转控制管脚21连接微控制单元10的第一GPIO引脚，第一RS485收发器的发送管脚22连接微控制单元10的第一串口发送引脚，第一RS485收发器20的接收管脚23连接微控制单元10的第一串口接收引脚。

在本实用新型实施例中，第二RS485收发器30的翻转控制管脚31连接微控制单元10的第二GPIO引脚，第二RS485收发器30的发送管脚32连接微控制单元10的第二串口发送引脚，第二RS485收发器30的接收管脚33连接微控制单元10的第二串口接收引脚。

进一步的，在本实用新型实施例中，第一RS485收发器20的输出管脚24和第二RS485收发器30的输出管脚34连接总线端口40。总线端口40通过线缆与RS422设备、RS485设备或者RS232设备连接，进而与RS422设备、RS485设备或者RS232设备通信。在某些实施例中，总线端口40为RS422、RS485或RS232总线端口。

在本实用新型实施例中，当多功能串行数据接口装置作为RS485接口时，第一RS485收发器20或第二RS485收发器30进行RS485通信；当多功能串行数据接口装置作为RS422接口时，第一RS485收发器20或第二RS485收发器30作为RS422的接收端，对应的，第二RS485收发器30或第一RS485收发器20作为RS422的发送端。作为接收端的RS485收发器接收RS422设备的数据，同时作为发送端的RS485收发器向RS422设备发送数据，进而实现与RS422设备通信。可控制第一GPIO引脚输出高电平，使得第一RS485收发器20作为RS422的接收端；控制第二GPIO引脚输出低电平，使得第二RS485作为RS422的发送端。第一RS485收发器20作为RS485接口时，控制第一GPIO引脚输出RS485翻转信号。或者，第二RS485收发器30作为RS485接口时，控制第二GPIO引脚输出RS485翻转信号。

通过本实用新型实施例，该多功能串行数据接口装置通过单个总线端口，可使用第一RS485收发器20或第二RS485收发器30进行RS485通信。并且，第一RS485收发器20还能够作为RS422的发送端，第二RS485收发器30还能够作为RS422的接收端，或者，第一RS485收发器20还能够作为RS422的接收端，第二RS485收发器30还能够作为RS422的发送端。由此，进而实现RS422通信。并且，该装置还具有接线简单的优点。

为了便于配置多功能串行数据接口装置的接口，在某些实施例中，如图2所示，上述多功能串行数据接口装置还可包括：串口选择模块50和GPIO控制模块60，其中，GPIO控制模块60与串口选择模块50相连。

其中，串口选择模块50，用于选择串口，其中，该串口包括RS422接口和RS485接口。每个串口可设置串口编号，串口选择模块50选择串口编号来设置串口通信模式，即通过RS422接口、或RS485接口进行通信。GPIO控制模块60，与串口选择模块50相连，用于控制第一GPIO引脚的输出信号和第二GPIO引脚的输出信号。在本实用新型实施例中，串口选择模块50可为相关技术中的串口选择，例如通过图形用户界面来选择通信使用的串口。

在本实用新型实施例中，当所选的串口为RS422串口时，GPIO控制模块60控制第一GPIO引脚的输出信号为高电平，使得第一RS485收发器20为RS422的接收端，且控制第二GPIO引脚的输出信号为低电平，使得第二RS485收发器30为RS422的发送端。当所选的串口为RS485接口时，GPIO控制模块60控制第一GPIO引脚或第二GPIO引脚的输出信号为RS485翻转信号。

通过如图2所示的配置多功能串行数据接口装置，实现了通过选择串口来配置多功能串行数据接口装置的接口，便于多功能串行数据接口装置的接口的切换。

在某些实施例中，RS485接口包括第一RS485接口和第二RS485接口，其中，当所选的串口为第一RS485接口时，GPIO控制模块控制第一GPIO引脚的输出信号为RS485翻转信号；当所选的串口为第二RS485接口时，GPIO控制模块控制第二GPIO引脚的输出信号为RS485翻转信号。

为了进一步提高多功能串行数据接口装置的便捷性，在某些实施例中，如图3所示，上述多功能串行数据接口装置还可包括：RS232收发器70，RS232收发器70的发送管脚71连接第一串口发送引脚，RS232收发器70的接收管脚72连接第一串口接收引脚，RS232收发器70的输出端73连接总线端口40。

在本实用新型实施例中，串口还包括RS232接口。当所选的串口为RS232接口时，GPIO控制模块60控制第一GPIO引脚的输出信号为高电平，避免第一RS485收发器20干扰，使得多功能串行数据接口装置作为RS232接口。

在某些实施例中，上述多功能串行数据接口装置还可包括：串口保护电路（图中未示出），设置在第一RS485收发器的输出引脚、第二RS485收发器、RS232收发器的输出管脚与总线端口之间。可选地，上述串口保护电路可包括浪涌抑制电路和静电防护电路。在本实施例中，可采用标准的串口保护电路，及根据RS232、RS485及RS422通信时不同的电平，配置相应的TVS管、电容、磁珠来进行电路防护，确保在外部电压干扰或电压过大时，能够保护其他电路不被烧毁，提供可靠性。

在某些实施例中，如图4所示，非限制性的示出了一种与总线端口的接线方式。在图4中，示出了第一RS485收发器20的输出端24（图中标记为RS485+和RS485-）、第二RS485收发器30的输出端34（图中标记为RS485+和RS485-）与总线端口40的连接方式。参考图4，总线端口40为DB9型号，第一RS485收发器20的RS485+连接DB9的4（对应于标准RS422的RXD+），第一RS485收发器20的RS485-连接DB9的9（对应于标准RS422的RXD-），使得第一RS485可作为RS422接口的接收端；第二RS485收发器30的RS485+连接DB9的7（对应于标准RS422的TXD+），第二RS485收发器30的RS485-连接DB9的8（对应标准RS422的TXD-）。通过该连线方式，多功能串行数据接口装置作为RS422接口时，可采用标准RS422接口通信。

参考图4，第一RS485收发器20的串口为COM3，第二RS485收发器30的串口为COM2，RS422的串口为COM9。串口选择模块50将串口设置为COM9时，多功能串行数据接口装置作为RS422接口，GPIO控制模块60控制第一GPIO引脚输出高电平，使得COM3作为RS422的接收端；同时，GPIO控制模块60控制第二GPIO引脚输出低电平，使得COM2作为RS422的发送端，由此通过COM9与RS422设备通信。此时，由COM9作为RS422接口通信，COM2和COM3的RS485失效。串口选择模块50将串口设置为COM2或COM3时，多功能串行数据接口装置作为RS485接口，GPIO控制模块60控制第一GPIO引脚或者第二GPIO引脚输出SR485翻转信号，使得通过COM2或COM3与RS485设备进行RS485接口通信。

在某些实施例中，进一步的，如图4所示，RS232收发器70的输出端73（图中标记为Tout和Rout）与DB9型号的总线端口40连接，其中，RS232收发器70的Tout连接DB9的3（对应于标准RS232的Tout），RS232收发器70的Rout连接DB9的2（对应于标准RS232的Rout）。通过该连线方式，多功能串行数据接口装置作为RS232接口时，可采用标准RS232接口通信。

参考图4，RS232收发器70的串口为COM1。串口选择模块50将串口设置为COM1时，多功能串行数据接口装置作为RS232接口，GPIO控制模块60控制第一GPIO引脚输出高电平，避免第一RS485收发器的干扰，使得通过COM1及DB9的2、3管脚与RS232设备进行RS232接口通信。

应当理解，对于串行数据接口装置的其他一个或多个模块或者其他引脚、管脚的连线关系，可参见相关技术中的标准实施方式，在此不再赘述。

根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种设备，包括：上述任意多功能串行数据接口装置。

通过本实用新型，在单个DB9串口实现了两个RS485模拟RS422通信，并确保通讯可靠。并且，可让用户在软件中通过串口选择自动配置通信模式，同时也可以随时切换通信模式，减少了用户的配置操作。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。