专利名称：多模式串口通讯系统及其实现方法
技术领域：
本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种具有多种工作模式的串口通讯技术。
技术背景
串口通讯是目前应用最为广泛的一种通讯方式。所谓串口通讯是指通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本。其中，RS-232串口通讯方式因其具有规范的国际标准， 而被人们广泛接受并使用，并且已经成为具有串口通讯功能设备之间的标准接口。
但是，由于存在抗电磁干扰性能差和通讯距离短等缺陷，RS-232串口通讯的应用范围受到很大限制。目前，解决上述问题的主要方式是使用光纤通讯，其使用光信号作为通讯介质，使通讯距离大大提高，同时还解决了电磁干扰的问题。
然而，现有的串口光纤通讯设备一般只能提供单一的工作模式，且在光通讯模式下一般只能提供正逻辑的通讯方式，应用范围较窄。
有鉴于此，需要提供一种可以实现RS-232串口通讯的常用工作模式的任意切换的技术。发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种多模式串口通讯系统及其实现方法，以解决现有技术的RS-232串口通讯设备之间工作模式单一、光通讯模式下只能提供正逻辑的通讯方式等问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案
一种用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其特征在于，所述多模式串口通讯系统包括
工作模式选择开关，连接于门电路模块，用于发送通讯模式的选择信号，所述通讯模式包括第一通讯模式、第二通讯模式和第三通讯模式，所述第一通讯模式为TTL电平与 RS-232电平之间的电通讯，所述第二通讯模式为TTL电平之间的光通讯，所述第三通讯模式为RS-232电平之间的光通讯；
光纤收发模块，用于实现电信号和光信号的转换；
门电路模块，用于接收所述通讯模式的选择信号，并选择对应的门电路，以及连接于光纤收发模块，用于将所述光纤收发模块输出的电信号转换成TTL电平信号，将输入到所述光纤模块的TTL电平信号转换成部分驱动能力的电信号，以驱动所述光纤收发模块；
逻辑选择开关，连接于所述门电路模块，用于在所述第三通讯模式下控制所述门电路模块实现通讯逻辑的转换；
电平转换芯片，连接于所述光纤收发模块与所述门电路模块，用于在所述第一通讯模式下实现RS-232电平信号和TTL电平信号的转换；TTL通讯接口模块，连接于所述电平转换芯片与所述通讯端口，用于进行TTL电平信号的发送和接收；
RS-232通讯接口模块，连接于所述电平转换芯片与所述通讯端口，用于进行 RS-232电平信号的发送和接收；
电源模块，连接所述门电路模块和所述电平转换芯片，用于提供工作电源。
所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其中，所述光纤收发模块包括电发送处理单元、电接收处理单元、光纤发送单元和光纤接收单元；所述电发送处理单元和光纤发送单元连接，用于将输入的电信号转化为光信号输出；所述光纤接收单元和电接收处理单元连接，用于将输入的光信号转化为电信号输出。
所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其中，所述光纤接收单元为HFBR2414芯片，所述光纤发送单元为HFBR1414芯片。
所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其中，所述光纤接收单元为HFBR2316芯片，所述光纤发送单元为HFBR1312芯片。
所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其中，所述电平转换芯片包括型号为MAX232A的核心芯片。
所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其中，所述逻辑选择开关为通用两档三端输出的拨动开关。
所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其中，所述工作模式选择开关为通用两位编码器，所述通用两位编码器的组合逻辑输入值为00、01、10、11。
所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其中，组合逻辑输入值00对应第一通讯模式；组合逻辑输入值01和10对应第二通讯模式；组合逻辑输入值11 对应第三通讯模式。
一种上述的多模式串口通讯系统的实现方法，其中，包括以下步骤
Si，所述电源模块接通电源；
S2，根据用户的输入指令，所述工作模式选择开关控制门电路模块进行第一通讯模式、第二通讯模式和第三通讯模式的选择；若选择第一通讯模式，则执行S3，若选择第二通讯模式则执行S4，若选择第三通讯模式则执行S5 ；
S3，在第一通讯模式下，所述电平转换芯片实现TTL电平信号和RS-232电平信号的转换，所述TTL通讯接口模块与相应的通讯端口进行TTL电平信号的发送和接收，所述 RS-232通讯接口模块与相应的通讯端口进行RS-232电平信号的发送和接收；
S4，在第二通讯模式下，所述电平转换芯片短路，所述RS-232通讯接口模块被断开，所述逻辑选择开关控制门电路模块实现通讯逻辑的转换，所述门电路模块、光纤收发模块实现TTL电平信号和光信号的转换，所述TTL通讯接口模块与相应的通讯端口进行光通讯；
S5，所述电平转换芯片将RS-232电平信号转换为TTL电平信号，所述TTL通讯接口模块被断开，所述逻辑选择开关控制门电路模块实现通讯逻辑的转换，所述门电路模块、 光纤收发模块实现TTL电平信号和光信号的转换，所述RS-232通讯接口模块与相应的通讯端口进行光通讯。
所述的多模式串口通讯系统的实现方法，其中，所述步骤S4和S5中门电路模块、 光纤收发模块实现TTL电平信号和光信号的转换，其具体方法为
S41，TTL电平信号发送时，所述门电路模块将TTL电平信号转化为电信号并发送到光纤收发模块，所述光纤收发模块将电信号转化为光信号并发送到TTL通讯接口模块；
S42，TTL电平信号接收时，所述光纤收发模块将光信号转化为电信号并发送到门电路模块。
本发明提供的多模式串口通讯系统及其实现方法，所述多模式串口通讯系统用于通讯端口之间进行通讯，包括电源模块、门电路模块、逻辑选择开关、工作模式选择开关、电平转换芯片、TTL通讯接口模块、RS-232通讯接口模块和光纤收发模块，其可以实现 RS-232电平的光通讯、TTL电平的光通讯以及RS-232电平与TTL电平的电通讯，还可以在光通讯模式下实现通讯逻辑的转换。其通讯模式多样化，适用场合较广，同时，还具有通讯距离远、抗电磁干扰能力强、电路体积小等优点。
图1为本发明所提供的多模式串口通讯系统的结构示意图。
图2为本发明较佳实施例的光纤收发模块的结构示意图。
图3为本发明较佳实施例的第一通讯模式结构示意图。
图4为本发明较佳实施例的第二通讯模式结构示意图。
图5为本发明较佳实施例的第三通讯模式结构示意图。
图6为本发明的多模式串口通讯系统实现方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种多模式串口通讯系统及其实现方法，所述多模式串口通讯系统可以实现RS-232电平的光通讯、TTL电平的光通讯以及RS-232电平与TTL电平的电通讯。 为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
RS-232是美国电子工业协会EIA制定的一种串行物理接口标准，采用150pF/m的通信电缆时，最大通讯距离为15m;若每米电缆的电容量减小，通讯距离可以增加。RS-232 规定了自己的电气标准，由于它是在TTL电路之前研制的，所以它的电平不是+5V和地，而是采用负逻辑，即逻辑0 :+5V到+15V，逻辑1 :-5V到-15V。而TTL电平则规定，逻辑0 小于0. 4V，逻辑1 :+3V到+5V。因此，RS-232不能和TTL电平直接相连，使用时必须进行电平转换，否则将使TTL电路烧坏。
请参阅图1，图1为本发明所提供的多模式串口通讯系统的结构示意图。如图所示，所述多模式串口通讯系统包括电源模块100、门电路模块200、逻辑选择开关500、工作模式选择开关400、电平转换芯片300、TTL通讯接口模块700、RS-232通讯接口模块600 和光纤收发模块800。所述电源模块100连接门电路模块200和电平转换芯片300，所述 RS-232通讯接口模块600、工作模式选择开关400和逻辑选择开关500连接门电路模块 200，所述光纤收发模块800连接电平转换芯片300和门电路模块200，所述TTL通讯接口模块700连接电平转换芯片300和门电路模块200，所述电平转换芯片300连接RS-232通讯接口模块600和门电路模块200。
具体来说，所述电源模块100用于提供合适的工作电源，在本发明实施例中，采用6直流供电DC5V/0.2A，整个多模式串口通讯系统的功耗极低，也方便用户选择供电电源。所述电源模块主要是连接外部输入的直流电源DC5V/0. 2A输入端，然后通过滤波电路处理后输出到系统的各个芯片及功能模块的供电端，为系统内各芯片及功能模块提供供电电源 (因为每个芯片和功能模块所需的供电电源会有所不同)。
所述门电路模块200用于实现光纤收发模块800 (光纤收发模块800进一步包括光纤接收模块和光纤发送模块)的TTL电平信号和电信号的转换负责把光纤接收模块输出的电信号转换成标准的TTL电平信号；负责把输入到光纤发送模块的标准的TTL电平信号转换成具有一定驱动能力的电信号，以驱动光纤发送模块。另外，在工作模式选择开关 400的控制下可以实现通讯模式的切换，所述通讯模式包括第一通讯模式、第二通讯模式和第三通讯模式，所述第一通讯模式为TTL电平与RS-232电平之间的电通讯，所述第二通讯模式为TTL电平之间的光通讯，所述第三通讯模式为RS-232电平之间的光通讯。所述门电路模块200还可以在逻辑选择开关500的控制下，在光通讯模式时实现通讯逻辑的转换。 所述电平转换芯片300用于实现RS-232电平信号和TTL电平信号的转换。所述TTL通讯接口模块700用于与通讯端口进行TTL电平信号的发送和接收。所述RS-232通讯接口模块600用于与通讯端口进行RS-232电平信号的发送和接收。所述光纤收发模块800用于实现电信号和光信号的转换。
进一步地，所述电平转换芯片300可以采用美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片一MAX232A作为核心芯片，外围采用0. IuF的陶瓷电容，此芯片功耗低，应用十分广泛，因其结构为现有技术，在这里就不再具体叙述。
请参阅图2，如图所示，所述光纤收发模块800进一步包括电发送处理单元810、 电接收处理单元820、光纤发送单元830和光纤接收单元840 ；所述电发送处理单元810和光纤发送单元830连接，用于将门电路模块200输入的电信号转化为光信号输出到通讯端口 ；所述光纤接收单元820和电接收处理单元840连接，用于将通讯端口输入的光信号转化为电信号输出到门电路模块200。进一步地，所述光纤接收单元为安捷伦公司生产的 HFBRM14芯片，所述光纤发送单元为安捷伦公司生产的HFBR1414芯片。或者光纤接收单元采用HFBR2414芯片，光纤发送单元采用HFBR1414芯片。
下面分别具体说明三种通讯模式。请参阅图3，图3为第一通讯模式结构示意图。 当用户输入指令到工作模式选择开关后，选择第一通讯模式，即TTL电平与RS-232电平之间的电通讯后，所述电平转换芯片300将TTL电平信号和RS-232电平信号进行转换，TTL通讯接口模块700与相应的通讯端口进行TTL电平信号的发送和接收，RS-232通讯接口模块 600与相应的通讯端口进行RS-232电平信号的发送和接收。
请继续参阅图4，图4为第二通讯模式的结构示意图。当用户输入指令到工作模式选择开关后，选择第二通讯模式，即TTL电平之间的光通讯后，逻辑选择开关可以控制门电路模块实现通讯逻辑的转换(即转换电路的通讯逻辑为正逻辑或者负逻辑)，所述门电路模块200、光纤收发模块800实现TTL电平信号和光信号的转换，所述TTL通讯接口模块 700与相应的通讯端口进行光通讯。进一步地，所述门电路模块、光纤收发模块实现TTL电平信号和光信号的转换具体包括TTL电平信号发送时，所述门电路模块将TTL电平信号转化为适应光纤收发模块的电信号并发送到光纤收发模块，所述光纤收发模块将电信号转化为光信号并发送到TTL通讯接口模块；TTL电平信号接收时，所述光纤收发模块将光信号转化为电信号并发送到门电路模块。
请进一步参阅图5，图5为第三通讯模式的结构示意图。当用户输入指令到工作模式选择开关后，选择第三通讯模式，即RS-232电平之间的光通讯后，逻辑选择开关可以控制门电路模块实现通讯逻辑的转换(即转换电路的通讯逻辑为正逻辑或者负逻辑)，所述 TTL通讯接口模块被断开，然后，所述电平转换芯片300将RS-232电平信号转换为TTL电平信号，所述门电路模块200、光纤收发模块800实现TTL电平信号和光信号的转换，所述 RS-232通讯接口模块与相应的通讯端口进行光通讯。
本发明还提供了上述的多模式串口通讯系统的实现方法，如图6所示，其包括以下步骤
Si，电源模块接通电源；
S2，根据用户的输入指令，所述工作模式选择开关控制门电路模块进行第一通讯模式、第二通讯模式和第三通讯模式的选择；若选择第一通讯模式则执行S3，若选择第二通讯模式则执行S4，若选择第三通讯模式则执行S5 ；
S3，在第一通讯模式下，所述电平转换芯片实现TTL电平信号和RS-232电平信号的转换，所述TTL通讯接口模块与相应的通讯端口进行TTL电平信号的发送和接收，所述 RS-232通讯接口模块与相应的通讯端口进行RS-232电平信号的发送和接收；
S4，在第二通讯模式下，所述电平转换芯片短路，所述RS-232通讯接口模块被断开，所述逻辑选择开关控制门电路模块实现通讯逻辑的转换，所述门电路模块、光纤收发模块实现TTL电平信号和光信号的转换，所述TTL通讯接口模块与相应的通讯端口进行光通讯；
S5，在第三通讯模式下，所述电平转换芯片将RS-232电平信号转换为TTL电平信号，所述TTL通讯接口模块被断开，所述逻辑选择开关控制门电路模块实现通讯逻辑的转换，所述门电路模块、光纤收发模块实现TTL电平信号和光信号的转换，所述RS-232通讯接口模块与相应的通讯端口进行光通讯。
进一步地，所述步骤S4和S5中门电路模块、光纤收发模块实现TTL电平信号和光信号的转换，其具体方法为
S41，TTL电平信号发送时，所述门电路模块将TTL电平信号转化为电信号并发送到光纤收发模块，所述光纤收发模块将电信号转化为光信号并发送到TTL通讯接口模块；
S42，TTL电平信号接收时，所述光纤收发模块将光信号转化为电信号并发送到门电路模块。
同时，本发明的多模式串口通讯系统及其实现方法，可以采用通用两档三端输出的拨动开关来作为逻辑选择开关，可以直接焊接到电路板上，也可以安装在设备的面板上。 另外，还选择一通用两位编码器来作为工作模式选择开关，所述通用两位编码器的组合逻辑输入值为00、01、10、11。在本发明实施例中，组合逻辑输入值00对应第一通讯模式；组合逻辑输入值01和10对应第二通讯模式；组合逻辑输入值11对应第三通讯模式。
本发明提供的多模式串口通讯系统及其实现方法，所述多模式串口通讯系统用于通讯端口之间进行通讯，包括电源模块、门电路模块、逻辑选择开关、工作模式选择开关、电平转换芯片、TTL通讯接口模块、RS-232通讯接口模块和光纤收发模块，其可以实现 RS-232电平的光通讯、TTL电平的光通讯以及RS-232电平与TTL电平的电通讯，还可以在光通讯模式下实现通讯逻辑的转换。其通讯模式多样化，适用场合较广，同时，还具有通讯距离远、抗电磁干扰能力强、电路体积小等优点。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其特征在于，所述多模式串口通讯系统包括工作模式选择开关，连接于门电路模块，用于发送通讯模式的选择信号，所述通讯模式包括第一通讯模式、第二通讯模式和第三通讯模式，所述第一通讯模式为TTL电平与 RS-232电平之间的电通讯，所述第二通讯模式为TTL电平之间的光通讯，所述第三通讯模式为RS-232电平之间的光通讯；光纤收发模块，用于实现电信号和光信号的转换；门电路模块，用于接收所述通讯模式的选择信号，并选择对应的门电路，以及连接于光纤收发模块，用于将所述光纤收发模块输出的电信号转换成TTL电平信号，将输入到所述光纤模块的TTL电平信号转换成部分驱动能力的电信号，以驱动所述光纤收发模块；逻辑选择开关，连接于所述门电路模块，用于在所述第三通讯模式下控制所述门电路模块实现通讯逻辑的转换；电平转换芯片，连接于所述光纤收发模块与所述门电路模块，用于在所述第一通讯模式下实现RS-232电平信号和TTL电平信号的转换；TTL通讯接口模块，连接于所述电平转换芯片与所述通讯端口，用于进行TTL电平信号的发送和接收；RS-232通讯接口模块，连接于所述电平转换芯片与所述通讯端口，用于进行RS-232电平信号的发送和接收；电源模块，连接所述门电路模块和所述电平转换芯片，用于提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其特征在于，所述光纤收发模块包括电发送处理单元、电接收处理单元、光纤发送单元和光纤接收单元；所述电发送处理单元和光纤发送单元连接，用于将门电路模块输入的适应光纤收发模块的电信号转化为光信号输出到通讯端口 ；所述光纤接收单元和电接收处理单元连接，用于将通讯端口输入的光信号转化为电信号输出到门电路模块。
3.根据权利要求2所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其特征在于所述光纤接收单元为HFBR2414芯片，所述光纤发送单元为HFBR1414芯片。
4.根据权利要求2所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其特征在于所述光纤接收单元为HFBR2316芯片，所述光纤发送单元为HFBR1312芯片。
5.根据权利要求1所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其特征在于所述电平转换芯片包括型号为MAX232A的核心芯片。
6.根据权利要求1所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其特征在于所述逻辑选择开关为通用两档三端输出的拨动开关。
7.根据权利要求1所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其特征在于所述工作模式选择开关为通用两位编码器，所述通用两位编码器的组合逻辑输入值为00,OIUOUIo
8.根据权利要求7所述的用于通讯端口之间进行通讯的多模式串口通讯系统，其特征在于组合逻辑输入值00对应第一通讯模式；组合逻辑输入值01和10对应第二通讯模式； 组合逻辑输入值11对应第三通讯模式。
9.一种权利要求1所述的多模式串口通讯系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤Si，所述电源模块接通电源；S2，根据用户的输入指令，所述工作模式选择开关控制门电路模块进行第一通讯模式、 第二通讯模式和第三通讯模式的选择；若选择第一通讯模式则执行S3，若选择第二通讯模式则执行S4，若选择第三通讯模式则执行S5 ；S3，在第一通讯模式下，所述电平转换芯片实现TTL电平信号和RS-232电平信号的转换，所述TTL通讯接口模块与相应的通讯端口进行TTL电平信号的发送和接收，所述RS-232 通讯接口模块与相应的通讯端口进行RS-232电平信号的发送和接收；S4,在第二通讯模式下，所述电平转换芯片短路，所述RS-232通讯接口模块被断开，所述逻辑选择开关控制门电路模块实现通讯逻辑的转换，所述门电路模块、光纤收发模块实现TTL电平信号和光信号的转换，所述TTL通讯接口模块与相应的通讯端口进行光通讯；S5，在第三通讯模式下，所述电平转换芯片将RS-232电平信号转换为TTL电平信号，所述TTL通讯接口模块被断开，所述逻辑选择开关控制门电路模块实现通讯逻辑的转换，所述门电路模块、光纤收发模块实现TTL电平信号和光信号的转换，所述RS-232通讯接口模块与相应的通讯端口进行光通讯。
10.根据权利要求9所述的多模式串口通讯系统的实现方法，其特征在于，所述步骤S4 和S5中门电路模块、光纤收发模块实现TTL电平信号和光信号的转换，其具体方法为S41，TTL电平信号发送时，所述门电路模块将TTL电平信号转化为电信号并发送到光纤收发模块，所述光纤收发模块将电信号转化为光信号并发送到TTL通讯接口模块；S42，TTL电平信号接收时，所述光纤收发模块将光信号转化为电信号并发送到门电路模块。
全文摘要
本发明公开了一种多模式串口通讯系统及其实现方法，所述多模式串口通讯系统用于通讯端口之间进行通讯，包括电源模块、门电路模块、逻辑选择开关、工作模式选择开关、电平转换芯片、TTL通讯接口模块、RS-232通讯接口模块和光纤收发模块，其可以实现RS-232电平的光通讯、TTL电平的光通讯以及RS-232电平与TTL电平的电通讯，还可以在光通讯模式下实现通讯逻辑的转换。其通讯模式多样化，适用场合较广，同时，还具有通讯距离远、抗电磁干扰能力强、电路体积小等优点。
文档编号H04L29/10GK102546841SQ201110219329
公开日2012年7月4日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者徐伟力, 樊仲维 申请人:北京国科世纪激光技术有限公司