[發明專利]一種動態管控系統的串口擴展電路及其工作方法

在審

• 申請號: 201810113873.1
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108304339A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 束慧;束穎;季軍媛;黃國平;陳衛兵;王成;王宏宇
• 申請（專利權）人: 南通職業大學(江蘇省南通技師學院;江蘇省南通市高級技工學校)
• 主分類號: G06F13/40
• 分類號: G06F13/40
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 梁金娟

本發明提供了一種動態管控系統的串口擴展電路，所述串口擴展電路電性連接在微處理器的RXD、TXD及I/O端口上，其特征在于，由模擬開關芯片、譯碼器芯片、多個第一電平轉換電路和多個第二電平轉換電路組成，實現微處理器輸入、輸出端口的擴展；所述第一電平轉換電路，實現RS232電平到TTL電平的轉換；所述第二電平轉換電路，實現用于TTL電平到RS232電平的轉換，本發明還公開一種動態管控系統的串口擴展電路的工作方法，包括微處理器的TXD的擴展方法和RXD的擴展方法，本發明的串口擴展電路可以有效實現微處理器RXD及TXD端口的擴展，利用光耦元件實現TTL和RS232電平轉換，不僅實現信號可靠傳輸，而且還提高了負載能力，實現光電隔離，且耐沖擊，提升電路擴展的抗干擾性能。

技術領域

本發明屬于電學技術領域，涉及一種擴展電路，具體涉及一種動態管控系統的串口擴展電路及其工作方法。

背景技術

在環保的動態管控系統中，常常需要對多個在線設備的數據進行集中采集、分析和呈現，并將各企業的數據實時發送到中心管理平臺進行統一呈現，便于主管部門觀察執法，為了確保在線設備實時采集的數據準確傳輸到中心平臺，在線管控系統采用串口通信方式來取代模擬量，避免了AD轉換和計算所產生的累積誤差，在這種情況下，在線管控系統必須具備多個RS232串口，目前常規做法是選用工控機再配專用的串口擴展卡實現，由于工控機和串口擴展卡均價格昂貴，而且擴展的串口一般采用RS232芯片進行電平轉換，抗外界沖擊能力弱，如雷雨天等，容易造成串口損壞。

而隨著嵌入式系統的發展，采用A8等系列微處理器為核心的開發平臺，其價格低，功能方面完全可以替代工控機，滿足動態管控系統的數據保存、分析、呈現等要求，而微處理器芯片串口較少，只需擴展串口即可實現數據采集的要求。

目前有關串口擴展的介紹，如采用串口擴展芯片GM8125等進行擴展，由于該類芯片價格昂貴而且有的停產，此種方法已不能很好滿足實際要求。有簡單的采用多路開關+RS232芯片進行切換，但隨著微處理器的發展，電源電壓越來越低，目前大多是3.3V，而多路開關的內阻隨著供電電壓的降低而加大，造成微處理器和RS232芯片之間的信號衰減嚴重，導致變形，不能滿足正常通訊的要求；同時目前有關光耦在串口擴展中的應用也只是起到光電隔離的作用，尚未能夠實現TTL和RS232電平轉換的功能，也圍沒充分利用光耦的抗干擾作用。

發明內容

本發明目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種動態管控系統的串口擴展電路及其工作方法，利用光耦實現TTL和RS232電平轉換，不僅實現信號可靠傳輸，而且還提高了負載能力，實現光電隔離，且耐沖擊提升電路擴展的抗干擾性能。

為解決上述技術問題，本發明的實施例提供一種動態管控系統的串口擴展電路，所述串口擴展電路電性連接在微處理器的RXD、TXD及I/O端口上，其特征在于，由模擬開關芯片、譯碼器芯片、分別電性連接在模擬開關芯片的多個數據輸入端的多個第一電平轉換電路和分別電性連接在譯碼器芯片的多個輸出端的多個第二電平轉換電路組成，實現微處理器輸入、輸出端口的擴展；

所述模擬開關芯片的輸出端連接微處理的RXD端口，所述模擬開關芯片的地址輸入端連接微處理的I/O端口，所述模擬開關芯片的數據輸入端分別通過多個第一電平轉換電路電連接外部設備的接收端口RXD_i，實現微處理器輸入端口的擴展；

所述譯碼器芯片的輸入端電連接微處理器的TXD和I/O端口，所述譯碼器芯片的輸出端分別通過多個第二電平轉換電路電連接用于連接外部設備的發射端口TXD_i，實現微處理器輸出端口的擴展；

所述第一電平轉換電路，包括第一光耦Q1、第二光耦Q2、R1和R3，實現RS232電平到TTL電平的轉換；

所述第二電平轉換電路，包括第三光耦Q3、第四光耦Q4、反相器、R6、R8和R10，實現用于TTL電平到RS232電平的轉換。