一種基于電流環的異步串行通信方法技術

本發明專利技術公開了一種基于電流環異步串行通信的方法，屬于串行通信技術領域，首先以一個恒流源作為通信傳輸的電流，然后利用光電耦合器實現用電壓信號控制電流環路的通斷，從而達到了利用電壓串行通信信號對電流環邏輯的控制，實現了電流環異步串行通信的發送。同時，實現了電流電壓轉換電路和門限判斷電路，能把電流環邏輯轉換為相應的ＴＴＬ電平邏輯，從而實現了電流環異步串行通信的接收。本發明專利技術能實現長距離串行通信，并具有較強的抗干擾能力，誤碼率低。同時，具有較高的性能價格比。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，應用于微處理器間、計 算機間或計算機和微處理器間的長距離通信，特別應用于電磁環境復雜的情況， 屬于串行通信

技術介紹
串行通信方式是當前應用非常廣泛的計算機間的通信方式，在各種場合中得到應用。目前，廣泛使用的各類單片機(如MCS51系列單片機)多數都帶有 異步串行通信接口 (UART)，或者也可很方便的利用異步串行通信接口芯片(如 INS8250)擴展出異步串行通信接口。另外，80286以上的計算機也都配有RS232C 標準的串行通信接口。但是，這種電壓串行通信接口方式抗干擾能力差，傳輸 距離有限。因為，該通信接口采用點對點單線共地連接、電平驅動，如果發送 方電路和接收方電路的兩個地線之間的地電位不一致，就會產生共模干擾電壓， 從而大大增加誤碼率，甚至可能因干擾過強而燒毀接口器件。以RS232C標準為 例，其傳輸距離取決于傳輸速率和傳輸的電氣特性，在碼元畸變<4%的情況下， 9600波特率時最大傳輸距離為50英尺。如果利用微處理器所采用的UART接口 ， 其邏輯電平更低，傳輸距離和抗干擾能力更差。本專利技術提出利用電流環與異步串行通信接口相結合，可以實現微處理器之 間或計算機之間的長距離通信，并具有強抗干擾和噪聲抑制能力，有很好的性 能價格比。該通信接口以有電流流過通信環路表示數據信號為傳號(邏輯1)， 無電流為空號(邏輯0)。由于通信線路上引入的電磁干擾和線路本身的分布電 容只對電平信號影響大，對線路中的電流影響不大，因此電流環具有很高的抗 干擾能力。同時，電流回路的電源和地都或者在發送方或者在接收方，不會受 發送方和接收方的地電位差的影響，進一歩提高了串行通信的抗千擾能力，進 而提高了串行通信的傳輸距離。圖9給出了電流環實現異步串行通信方式1的原理性示意圖，電流由恒流 源產生，經過通信傳輸線路后流入接收端負載，然后再經由傳輸線路流入發送 端的光電耦合器電路，并流入電流環電源的地。這樣，發送方通過控制光電耦合器電路的導通和截止來控制電流回路的通斷，實現數據發送；接收方通過判斷接收負載上的電流大小，實現數據的接收。圖io給出了電流環實現異步串行通信方式2的原理性示意圖，與圖9的區別在于將恒流源由接收方產生，但實 現發送和接收的原理并無本質區別。本專利技術提出了一種20inA電流環串行通信的實現方法，滿足在電磁環境惡劣 的環境下微處理器間長距離、高速率通信的要求。該實現方法成本低，具有很 高的性能價格比。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術的不足之處，提出一種電流環異步串行通信 方法，使兩微處理器之間、兩計算機之間或微處理器和計算機之間在電磁干擾 惡劣的環境下能保持長距離、高可靠的通信。本專利技術的目的是通過下述技術方案實現的。一種電流環異步串行通信的方法，包括以下步驟-有以一個恒流源的輸出作為通信傳輸的電流，利用邏輯轉換和光電隔離電 路、電壓串行通信信號控制電流環路的通斷，電流環異步串行通信的發送步驟; 有利用電流電壓轉換電路和門限判斷電路，將接收到的電流轉換為電平信號，采用光電隔離電路進行電流環電路和處理器電路的隔離，電流環異步串行 通信的接收步驟。所述的恒流源采用高速運算放大器、高精度電壓參考芯片和三極管組成。 所述的邏輯轉換和光電耦合器電路采用邏輯門電路和高速光電耦合器組成。所述的電流電壓轉換電路和門限判斷電路采用高速運算放大器和二極管組成。所述的光電耦合器電路采用邏輯門電路和高速光電耦合器組成。 利用電流環實現串行通信時，由于采用特定電流表示邏輯l，沒有電流表示邏輯o，所以需要設計恒流源電路，給通信傳輸線路上提供恒定的電流。該恒流源應具有較寬的動態范圍，以適應接收端電路負載的變化，即在負載發生一定 變化時，也能保持恒定的電流輸出。利用電流環實現串行發送時，需要利用電平信號控制電流環路的導通和截 止，從而實現對接收端是否接收到特定電流的控制。采用光電耦合器可以很方 便的實現對電流環路的控制。同時，光電耦合器還能起到隔離微處理器控制電 路和電流環發送電路的目的，使微處理器的控制邏輯電路和電流環電路在電氣 上相互隔離，從而消除串行通信傳輸線路上的干擾串入控制邏輯電路的可能。 需要注意的是，根據所選的光電耦合器型號和控制邏輯上的不同，用電平信號 控制電流環路通斷的邏輯可能是負邏輯，即低電平對應電流環路導通、高電平 對應電流環路截止，這時，需要在光電耦合器前級增加邏輯轉換電路，使電平 信號采用正邏輯控制電流環路的通斷，從而保證電流環串行通信發送的數據和 接收的數據一致。利用電流環實現串行接收時，首先應將電流信號轉換為電壓信號，以方便邏輯電路的處理。如果采用電流信號直接驅動光電耦合器，來控制電平的高或 低，這樣可能導致接收電路的誤識別。因為，普通的光電耦合器雖然能實現有 電流光電耦合器導通、無電流光電耦合器截止的功能，但光電耦合器的控制電 流大小并沒有一個準確的門限值。這樣就會導致，即使很小的電流也導致光電耦合器導通，使接收電路將邏輯0誤認為邏輯1，或者電流已足夠大但光電耦合器截止，使接收電路將邏輯i誤認為邏輯o。所以，直接利用光電耦合器控制后續邏輯電路，很難實現對門限值的控制，或者因選擇更精確的光電耦合器而增 加設備成本。因此，采用一個電壓比較器實現對門限值的控制，減少接收電路 的誤識別。利用電流環實現串行接收時，也應采用光電耦合器對電流環電路和微處理 器的串行接收電路在電氣上進行隔離，使用來給控制邏輯電路的電源和用來接收20raA電流電路的電源電氣上相互獨立，消除兩者之間的相互串擾，減少電路 的誤碼率。如果在計算機間利用電流環實現異步串行通信，還應增加一個電平轉換模 塊。80286以上的計算機所配有的串行通信接口都遵循RS232C標準，采用RS232 電平，和絕大多數微處理器或通用異步串行通信芯片所配有的串行通信接口所 采用的TTL電平有所區別，所以需通過增加的電平轉換模塊實現RS232電平和 TTL電平之間的轉換，即實現約-12V和邏輯5V的相互轉換，以及約+12V和邏輯 OV的相互轉換。本專利技術的有益效果是可提高串行通信方式長距離傳輸的能力，并具有很 強抗干擾能力，能應用于電磁環境較惡劣的場合。該長距離串行通信方式可用 于微處理器之間、計算機之間或微處理器和計算機之間的通信，同時，該電流 環異步串行通信方式所采用的器件成本低廉，具有較高的性能價格比。附圖說明圖1為本專利技術電流環異歩串行通信應用于微處理器通信的實施框圖； 圖2為本專利技術電流環異步串行通信應用于計算機通信的實施框圖； 圖3為本專利技術電流環異步串行通信應用于微處理器通信的另一實施框圖； 圖4為本專利技術電流環異步串行通信應用于計算機通信的另一實施框圖； 圖5為本專利技術電流環異步串行通信恒流源的實施電路圖6為本專利技術電流環異步串行發送部分的邏輯轉換及電流環路通斷控制的 實施電路圖7為本專利技術電流環異步串行接收部分的電流電壓轉換及門限判斷的實施 電路圖8為本專利技術電流環異步串行接收部分的光電耦合器的實施電路圖； 圖9為現有技術電流環實現異步串行通信的原理性示意圖(方式1);圖IO為現有技術電流環實現異步串行通信的原理性示意圖(方式2)。 具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步的說明。實施例1:如圖1所示為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電流環異步串行通信方法，其特征在于：有以一個恒流源的輸出作為通信傳輸的電流，利用邏輯轉換和光電隔離電路、電壓串行通信信號控制電流環路的通斷，電流環異步串行通信的發送步驟；有利用電流電壓轉換電路和門限判斷電路，將接收到的電 流轉換為電平信號，采用光電隔離電路進行電流環電路和處理器電路的隔離，電流環異步串行通信的接收步驟。

【技術特征摘要】
1.一種電流環異步串行通信方法，其特征在于有以一個恒流源的輸出作為通信傳輸的電流，利用邏輯轉換和光電隔離電路、電壓串行通信信號控制電流環路的通斷，電流環異步串行通信的發送步驟；有利用電流電壓轉換電路和門限判斷電路，將接收到的電流轉換為電平信號，采用光電隔離電路進行電流環電路和處理器電路的隔離，電流環異步串行通信的接收步驟。2. 根據權利要求l所述的一種電流環異步串行通信方法，其特征在于 恒流源采用高速運...

【專利技術屬性】
技術研發人員：袁磊，張建明，李開成，
申請(專利權)人：北京交通大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]