单片机USART非隔离通讯保护电路的制作方法

单片机usart非隔离通讯保护电路
技术领域
1.本实用新型涉及单片机通讯领域，尤其涉及单片机usart非隔离通讯保护电路。


背景技术：

2.车载电器目前智能化进程迅速，其中包括很多带mcu的智能化电器，这种智能化电器通常由软件和硬件，以及运行参数组成。主机厂在实际装车过程中，常会涉及到修改软件或参数，以便电器匹配在最佳状态，尤其是新开发的电器装置，修改更是频繁。如果该电器无can通讯，就需要采用低成本的usart通讯方式。usart的电器特性是通讯输入输出端电压不能超过mcu的电源电压，通常mcu电压是5v，然而无论是乘用车12v还是商用车24v都远高于该电压，一旦线束有误或车辆维修时的误操作，会造成批量损毁电器设备的危险。
3.传统的保护机制一般采用隔离法，隔离法是电源的输入回路和输出回路之间没有直接的电气连接，输入和输出之间是绝缘的高阻态，没有电流回路，隔离法保护效果好，性能可靠，但是成本高，电子元件多，占用pcb线路板空间多，为了解决这个问题，需要一种方案简单，成本低廉，电子元件少，占用pcb空间少的电路系统。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术中的缺点，提供单片机usart非隔离通讯保护电路。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：
6.单片机usart非隔离通讯保护电路，包括单片机主控芯片、主机主控芯片，其中单片机主控芯片内集成有mcu端usart，主机主控芯片集成有pc端usart，mcu端usart设有第一tx发送端和第一rx接收端，pc端usart设有第二tx发送端和第二rx接收端；第一tx发送端与第二rx接收端连接，第二tx发送端与第一rx接收端连接，还包括发送保护二极管和接收保护二极管，接收保护二极管正向连接在第一rx接收端，单片机主控芯片内设有上拉电阻，发送保护二极管正向设置在第一tx发送端，第二rx接收端连接有下拉电阻，下拉电阻接至固定的低电平或接地。上拉电阻的作用是二极管的低电平导通，应该是指二极管的阳极已接至固定的高电平电压，在它的阴极上加上低电平后，二极管正向导通。下拉电阻可以使二极管的阴极接至固定的低电平（接地），在它的阳极上加上高电平后，二极管也是正向导通。
7.作为优选，pc端usart还设有接地端，接地端接地且连接有自恢复保险丝。自恢复保险丝，是一种过流电子保护元件，采用高分子有机聚合物在高压、高温，硫化反应的条件下，掺加导电粒子材料后，经过特殊的工艺加工而成。传统保险丝过流保护，仅能保护一次，烧断了需更换，而自恢复保险丝具有过流过热保护，自动恢复双重功能。在正常操作下，聚合树脂紧密地将导电粒子，束缚在结晶状的结构外，构成链状导电电通路，此时的自恢复保险丝为低阻状态，线路上流经自恢复保险丝的电流所产生的热能小，不会改变晶体结构。当线路发生短路或过载时，流经自恢复保险丝的大电流，产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。当故障排除后，自恢复保险丝重新冷却结晶，体积收缩，导电粒子重新形成导电通路，自恢复保险丝恢复为低
阻状态，从而完成对电路的保护，无须人工更换。
8.作为优选，mcu端usart还设有第二接地端，第二接地端与第二rx接收端直接设有下拉电阻。tx，rx在串口通信的时候需要外加参考电平的，一般采取的措施是共地，gnd接在一起，这是要把参考电压调节成一致，从而保证高低电平的判断一致。
9.作为优选，pc端usart还设置有若干个接口，第一tx发送端通过端子a与第一接口连接，第一接口与第二rx接收端连接；第二tx发送端通过端子b与第二接口连接，第二接口与第一rx接收端连接。
10.作为优选，pc端usart的接地端通过第三端子c与第三接口连接。
11.本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本实用新型主要用于预防线束错误导致损坏单片机，以及整个电器；采用两只二极管，既保证了pc端和mcu端usart在高电平和低电平下都能保证正常的通讯功能，采用了自恢复保险丝防止高压接入任何一个端子造成损毁，既实现了正常的功能，减少了电子元件，减少pcb占用的同时又降低了电路的生产成本。
附图说明
12.图1是本实用新型的结构示意图。
13.以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，1、mcu端usart；2、第一tx发送端；3、发送保护二极管；4、第一rx接收端；5、接收保护二极管；6、pc端usart；7、第一接地端；8、第二接地端；9、第二tx发送端；10、第二rx接收端；13、自恢复保险丝；16、下拉电阻。
具体实施方式
14.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述。
实施例
15.单片机usart非隔离通讯保护电路，如图1所示，包括单片机主控芯片、主机主控芯片，其中单片机主控芯片内集成有mcu端usart1，主机主控芯片集成有pc端usart6，mcu端usart1设有第一tx发送端2和第一rx接收端4，pc端usart6设有第二tx发送端9和第二rx接收端10；第一tx发送端2与第二rx接收端10连接，第二tx发送端9与第一rx接收端4连接，还包括发送保护二极管3和接收保护二极管5，接收保护二极管5正向连接在第一rx接收端4，单片机主控芯片内设有上拉电阻，发送保护二极管3正向设置在第一tx发送端2，第二rx接收端10连接有下拉电阻，下拉电阻接至固定的低电平或接地。
16.pc端usart6还设有第一接地端7，第一接地端7接地且连接有自恢复保险丝13。
17.mcu端usart1还设有第二接地端8，第二接地端8与第二rx接收端10直接设有下拉电阻。
18.pc端usart6还设置有若干个接口，第一tx发送端2通过端子a与第一接口连接，第一接口与第二rx接收端10连接；第二tx发送端9通过端子b与第二接口连接，第二接口与第一rx接收端4连接。
19.pc端usart6的接地端通过第三端子c与第三接口连接。
20.mcu端usart1与pc端usart6的通讯模式过程如下：
21.1、 pc端usart6发送高电平
22.pc端usart6通过第二tx发送端9发送高电平，由于接收保护二极管5是反向截止，无电流流过接收保护二极管5，mcu的usart第一rx接收端4被mcu内部上拉电阻置高电平，mcu端usart1的第一rx接收端4为高电平。
23.2、 pc端usart6发送低电平
24.pc端usart6通过第二tx发送端9发送低电平，由于接收保护二极管5是正向导通，电流流过接收保护二极管5，使得mcu的usart第一rx接收端4被接收保护二极管5正向导通拉至低电平，mcu获取usart第一rx接收端4为低电平。
25.3、 mcu端usart1发送高电平
26.mcu端usart1通过第一tx发送端2发送高电平，由于发送保护二极管3是正向导通，电流流过发送保护二极管3使得pc端usart6的第二rx接收端10为高电平，pc端usart6的第二rx接收端10获得高电平。
27.4、 mcu端usart1发送低电平
28.mcu端usart1通过第一tx发送端2发送低电平，由于发送保护二极管3是反向截止，无电流流过发送保护二极管3，pc端usart6的第二rx接收端10被下拉电阻16拉至低电平，pc端usart6的第二rx接收端10获得低电平。
29.保护机制详细描述，下述的高电压采用36v高电压，自恢复保险丝50ma为例，实际使用时可以根据具体情况改变既定的高电压的大小，自恢复保险丝的熔断电流也随之改变：
30.1、 端子a保护
31.在端子a搭接高电压，由于接收保护二极管5是反向截止，无电流流过接收保护二极管5，不会损毁内部电路。
32.2、 端子b保护
33.在端子b搭接高电压，由于发送保护二极管3是反向截止，无电流流过发送保护二极管3，不会损毁内部电路。
34.3、 端子c保护
35.在端子c搭接高电压，短路大电流瞬间流过自恢复保险丝13，自恢复保险丝13自动断开。移除高压，自恢复保险丝13自动回复。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
37.总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。