串行收發接口模塊與usb接口模塊共用端口電路及工作方法
【專利摘要】本發明涉及串行收發接口模塊與USB接口模塊共用端口電路及工作方法，為解決嵌入式系統的外設接口模塊相互獨立，互不兼容，無法共享連接端口的問題。本發明的共用端口電路包括單片機與USB端口，單片機包括：與USB端口連接的串行收發接口模塊和USB接口模塊；與所述串行收發接口模塊和USB接口模塊分別連接以阻斷接口模塊通訊的接口屏蔽單元；與所述接口屏蔽單元和主控單元連接以檢測接入共用端口的外部設備接口模塊類型，并將檢測信息發送給所述主控單元的檢測單元；與所述接口屏蔽單元和檢測單元連接以根據檢測單元發送的檢測信息控制接口屏蔽單元的主控單元。
【專利說明】
串行收發接口模塊與USB接口模塊共用端口電路及工作方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及嵌入式系統，更具體地說，涉及一種串行收發接口模塊與USB接口模塊共用端口電路及工作方法。
【背景技術】
[0002]嵌入式系統和外界交互需要通過通用設備接口模塊，如A/D、D/A、I/O等，處理器通過通用設備接口模塊和傳感器或其它外設連接，實現處理器的輸入/輸出功能。每個外設通常只有一個獨立的功能，且外設與處理器的連接依據接口模塊協議標準，各自獨立，互不兼容，無法共享連接頭，同理，與連接頭配合使用的端口也相互獨立。但隨著USB協議的發展，USB接口模塊已經成為通用接口模塊，多數獨立外設接頭也采用USB接口模塊，以滿足和各種智能設備的連接需要。例如藍牙適配器通過USB接口模塊插接電腦的USB端口，實現電腦與其它外設的藍牙通信。但是對于嵌入式系統裝置而言，U盤使用USB接口模塊，藍牙或WIFI模塊需要通過執行相應協議的串行收發接口模塊連接處理器，無法使用市面上的USB接口模塊外設實現無線傳輸功能。所以應改變現有嵌入式系統的串行接口模塊與USB接口模塊的電路連接關系，使用一個端口連接多個不同類型的外設實現系統與外部設備的數據交換，簡化系統接口模塊的配置。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種一個USB端口可以連接多個不同功能外設的串行收發接口模塊與USB接口模塊共用端口電路及工作方法。
[0004]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種串行收發接口模塊與USB接口模塊共用端口電路，包括單片機與共用的USB端口，單片機包括:與USB端口連接的串行收發接口模塊和USB接口模塊;與所述串行收發接口模塊和USB接口模塊分別連接以阻斷接口模塊通訊的接口屏蔽單元;與所述接口屏蔽單元和主控單元連接以檢測接入共用端口的外部設備接口模塊類型，并將檢測信息發送給所述主控單元的檢測單元;與所述接口屏蔽單元和檢測單元連接以根據檢測單元發送的檢測信息控制接口屏蔽單元的主控單元。
[0005]所述串行收發接口模塊線包括數據發送線和數據接收線，所述數據發送線與USB端口引腳D-連接，所述數據接收線與USB端口引腳D+連接;所述USB接口模塊線包括數據傳輸線D-和數據傳輸線D+;USB接口模塊的數據傳輸線D-與USB端口引腳D-連接，數據傳輸線D+與USB端口引腳D+連接。
[0006]進一步地，所述串行收發接口模塊為UART接口模塊;UART接口模塊的數據接收線與USB端口引腳D+連接，UART接口模塊的數據發送線與USB端口引腳D-連接。
[0007]進一步地，所述串行收發接口模塊還包括SPI接口模塊;所述UART接口模塊的數據接收線、SPI接口模塊的數據接收線與USB端口引腳D+連接，所述UART接口模塊的數據發送線、SPI接口模塊的數據發送線與USB端口弓I腳D-連接。
[0008]進一步地，所述串行收發接口模塊還包括USB接口模塊;所述UART接口模塊的數據接收線、SPI接口模塊的數據接收線、數據傳輸線D+與USB端口引腳D+連接，所述UART接口模塊的數據發送線、SPI接口模塊的數據發送線、USB接口模塊的數據傳輸線D-與USB端口引腳D-連接。
[0009]進一步地，所述串行收發接口模塊為SPI接口模塊，SPI接口模塊的數據接收線與USB端口的電氣接口模塊D+連接，SPI接口模塊的數據發送線與USB端口的電氣接口模塊D-連接。
[0010]進一步地，所述串行收發接口模塊為USB接口模塊，兩個USB接口模塊的數據傳輸線D-與USB端口引腳D-連接，數據傳輸線D+與USB端口引腳D+連接。
[0011 ] 進一步地，所述電路還包括電源電路，所述電源電路與USB端口引腳的電源腳連接，所述USB端口引腳還包括接地的返回腳。
[0012]進一步地，所述串行收發接口模塊的數據接收線和數據發送線經過電阻接地。
[0013]本發明還提供一種共用端口電路的工作方法，包括以下步驟:
[0014]S1:主控單元控制接口屏蔽單元交替屏蔽串行收發接口模塊和USB接口模塊；
[0015]S2:檢測單元通過步驟SI中未被屏蔽的接口模塊檢測接入共用端口的外部設備接口模塊類型，并將檢測信息發送給所述主控單元；
[0016]S3:若外部設備接口模塊類型為USB接口模塊，主控單元控制接口屏蔽單元屏蔽串行收發接口模塊，使用USB協議與外部設備交換數據；
[0017]若外部設備接口模塊類型為串行收發接口模塊，主控單元控制接口屏蔽單元屏蔽USB接口模塊，使用串行收發接口模塊協議與外部設備交換數據。
[0018]本發明中單片機的串行收發接口模塊通過共用USB端口與外設連接通訊，可實現一個端口與不同功能的外設連接。嵌入式系統無需設置多個種類不同的接口模塊來滿足連接外設的需要，串行收發接口模塊通過共用電路即可實現一個端口的連接，簡化了嵌入式系統的安裝和配置。
【附圖說明】
[0019]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0020]圖1為串行收發接口模塊與USB接口模塊共用端口的電路框圖；
[0021 ]圖2為單片機與端口設備通訊流程圖；
[0022]圖3為USB接口模塊與UART接口模塊共用端口的電路圖；
[0023]圖4為USB接口模塊與SPI接口模塊共用端口的電路圖；
[0024]圖5為USB接口模塊與SP1接口模塊、UART接口模塊共用端口的電路圖；
[0025]圖6為多個USB接口模塊共用端口的電路圖；
[0026]圖7為多個USB接口模塊與SPI接口模塊、UART接口模塊共用端口的電路圖。
【具體實施方式】
[0027]下面，參照附圖對本發明的串行收發接口模塊與USB接口模塊共用端口的電路進行詳細說明。
[0028]如圖1所示，串行收發接口模塊與USB接口模塊與一個共用端口連接，且分別和接口屏蔽單元連接，接口屏蔽單元連接主控單元和檢測單元。
[0029]如圖2所示，主控單元控制接口屏蔽單元不斷地交替屏蔽USB接口模塊和串行收發模塊，檢測單元通過接口屏蔽單元未屏蔽的接口模塊檢測與共用端口連接的外部設備的接口模塊類型。
[0030]當檢測單元通過USB接口模塊檢測到外設使用USB協議通訊，檢測單元將檢測到的外部設備的接口模塊類型信息發送給主控單元，主控單元屏蔽串行收發接口模塊，使用USB協議與外部設備交換數據，直至外部設備端口與共用端口斷開連接。
[0031]當檢測單元通過串行收發接口模塊檢測到外設使用串行收發接口模塊協議通訊，檢測單元將檢測到的外部設備的接口模塊類型信息發送給主控單元，主控單元屏蔽USB接口模塊，使用串行收發接口模塊協議與外部設備交換數據，直至外部設備端口與共用端口斷開連接。
[0032]如圖3所示，共用USB端口的串行收發接口模塊包括USB接口模塊與UART接口模塊。USB接口模塊的工作電壓為5V，USB接口模塊線為四線，即VCC，D+，D-和GND。USB端口用于插接外部設備，在此電路連接中USB有主從設備之分。主設備即USB HOST端為單片機的USB接口模塊，USB信號為差分信號，信號線為D+、D-，在USB HOST端，D+和D-各接一個下拉電阻，與USB端口的D+、D-連接，當USB設備插入USB端口時，主單片機檢測到插入設備信號，判斷有設備接入以及該設備的類型，并與此設備開始通信。
[0033]UART接口模塊的工作電壓為5V，UART接口模塊線包括RXD數據接收線和TXD數據發送線。RXD數據接收線、USB HOST端的D+接口模塊線均與USB端口的D+連接。TXD數據發送線、USB HOST端的D-接口模塊線均與USB端口的D-連接。
[0034]單片機在工作期間，不斷切換USB接口模塊與UART接口模塊檢測接入共用端口的外設類型。檢測過程中，當外設使用其中一種協議接口模塊時，系統屏蔽另一接口模塊，使用外設通訊協議進行數據傳輸，消除其可能帶來的影響或可能存在的沖突。
[0035]例如，使用U盤插入端口，單片機通過USB接口模塊檢測到外設使用USB協議通訊，則屏蔽UART接口模塊，使用USB協議與外設交換數據，直至U盤被拔出。U盤拔出后，單片機繼續不斷切換USB接口模塊與UART接口模塊檢測接入共用接口模塊的外設類型。
[0036]當使用UART接口模塊藍牙模塊，插入USB端口時，單片機檢測到外設使用UART協議通訊，則屏蔽USB接口模塊，使用UART協議與外設交換數據，直至藍牙模塊被拔出。藍牙模塊拔出后，單片機繼續不斷切換USB接口模塊與UART接口模塊檢測接入共用端口的外設類型。
[0037]如圖4所示，共用端口的串行收發接口模塊包括USB接口模塊與SPI接口模塊，共用端口為USB端口 WSB接口模塊與SPI接口模塊的工作電壓為5V，SPI總線由四條信號線組成:串行時鐘線SCLK、串行數據發送線SD0、串行數據接收線SDI與低電平有效從機選擇線SS。串行數據接收線SD1、USB HOST端的D+接口模塊線均與USB端口的D+連接。串行數據發送線SD0,USB HOST端的D-接口模塊線均與USB端口的D-連接。
[0038]單片機在工作期間，不斷切換USB接口模塊與SPI接口模塊檢測接入共用端口的外設類型。檢測過程中，當外設使用其中一種協議接口模塊時，系統屏蔽另一接口模塊，消除其可能帶來的影響或可能存在的沖突。
[0039]例如，使用U盤插入端口，單片機通過USB接口模塊檢測到外設使用USB協議通訊，則屏蔽SPI接口模塊，使用USB協議與外設交換數據，直至U盤被拔出。U盤拔出后，單片機繼續不斷切換USB接口模塊與SPI接口模塊檢測接入共用接口模塊的外設類型。
[0040]當使用SPI接口模塊插入USB端口時，單片機檢測到外設使用SPI協議通訊，則屏蔽USB接口模塊，使用SPI協議與外設交換數據，直至SPI接口模塊被拔出。SPI接口模塊拔出后，單片機繼續不斷切換USB接口模塊與SPI接口模塊檢測接入共用端口的外設類型。
[0041 ]如圖5所示，共用端口的串行收發接口模塊包括USB接口模塊、SPI接口模塊和UART接口模塊。三者的工作電壓相同，均為SV13UARIlt 口模塊RXD數據接收線與SPI接口模塊串行數據接收線SDI ,USB HOST端的D+接口模塊線均與USB端口的D+連接。UART接口模塊TXD數據發送線與SPI接口模塊串行數據發送線SD0、USB HOST端的D-接口模塊線均與USB端口的D-連接。
[0042]單片機在工作期間，不斷切換USB接口模塊、SPI接口模塊和UART接口模塊檢測接入共用端口的外設類型。檢測過程中，當外設使用其中一種協議接口模塊時，系統屏蔽另外兩個接口模塊，消除其可能帶來的影響或可能存在的沖突。
[0043]如圖6所示，共用端口的串行收發接口模塊為USB接口模塊，每個USB接口模塊的D+接口模塊線均與USB端口的D+連接，D-接口模塊線與USB端口的D-連接。兩個USB接口模塊共用一個USB端口。
[0044]如圖7所示，共用端口的串行收發接口模塊包括USB接口模塊、SPI接口模塊和UART接口模塊，每種接口模塊各兩組。六者的工作電壓相同，均為5V。兩個UART接口模塊的RXD數據接收線、兩個SPI接口模塊的串行數據輸入線SD1、兩個USB HOST端的D+接口模塊線均與USB端口的D+連接。兩個UART接口模塊的TXD數據發送線、兩個SPI接口模塊的串行數據輸出線SD0、兩個USB HOST端的D-接口模塊線均與USB端口的D-連接。
[0045]單片機在工作期間，不斷切換USB接口模塊、SPI接口模塊和UART接口模塊檢測接入共用端口的外設類型。檢測過程中，當外設使用其中一種協議接口模塊時，系統屏蔽其它接口模塊，消除其可能帶來的影響或可能存在的沖突。
[0046]本發明中單片機的串行收發接口模塊通過共用USB端口與外設連接通訊，可實現一個端口與不同功能的外設連接。嵌入式系統無需設置多個種類不同的接口模塊來滿足連接外設的需要，串行收發接口模塊通過共用電路即可實現一個端口的連接，簡化了嵌入式系統的安裝和配置。
[0047]可以理解的，以上實施例僅表達了本發明的優選實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制;應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，可以對上述技術特點進行自由組合，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍；因此，凡跟本發明權利要求范圍所做的等同變換與修飾，均應屬于本發明權利要求的涵蓋范圍。
【主權項】
1.一種串行收發接口模塊與USB接口模塊共用端口電路，包括單片機與USB端口，其特征在于，所述單片機包括: 與所述USB端口連接的串行收發接口模塊和USB接口模塊； 與所述串行收發接口模塊和USB接口模塊分別連接以阻斷接口模塊通訊的接口屏蔽單元； 與所述接口屏蔽單元和主控單元連接以檢測接入共用端口的外部設備接口模塊類型，并將檢測信息發送給所述主控單元的檢測單元； 與所述接口屏蔽單元和檢測單元連接以根據檢測單元發送的檢測信息控制接口屏蔽單元的主控單元。2.根據權利要求1所述的共用端口電路，其特征在于，所述串行收發接口模塊線包括數據發送線和數據接收線，所述數據發送線與USB端口引腳D-連接，所述數據接收線與USB端口引腳D+連接； 所述USB接口模塊線包括數據傳輸線D-和數據傳輸線D+; USB接口模塊的數據傳輸線D-與USB端口引腳D-連接，數據傳輸線D+與USB端口引腳D+連接。3.根據權利要求2所述的共用端口電路，其特征在于，所述串行收發接口模塊為UART接口模塊;UART接口模塊的數據接收線與USB端口引腳D+連接，UART接口模塊的數據發送線與USB端口引腳D-連接。4.根據權利要求3所述的共用端口電路，其特征在于，所述串行收發接口模塊還包括SPI接口模塊;所述UART接口模塊的數據接收線、SPI接口模塊的數據接收線與USB端口引腳D+連接，所述UART接口模塊的數據發送線、SPI接口模塊的數據發送線與USB端口引腳D-連接。5.根據權利要求4所述的共用端口電路，其特征在于，所述串行收發接口模塊還包括USB接口模塊;所述UART接口模塊的數據接收線、SPI接口模塊的數據接收線、數據傳輸線D+與USB端口引腳D+連接，所述UART接口模塊的數據發送線、SPI接口模塊的數據發送線、USB接口模塊的數據傳輸線D-與USB端口引腳D-連接。6.根據權利要求2所述的共用端口電路，其特征在于，所述串行收發接口模塊為SPI接口模塊，SPI接口模塊的數據接收線與USB端口的電氣接口模塊D+連接，SPI接口模塊的數據發送線與USB端口的電氣接口模塊D-連接。7.根據權利要求2所述的共用端口電路，其特征在于，所述串行收發接口模塊為USB接口模塊，兩個USB接口模塊的數據傳輸線D-與USB端口引腳D-連接，數據傳輸線D+與USB端口引腳D+連接。8.根據權利要求1?7所述的共用端口電路，其特征在于，所述電路還包括電源電路，所述電源電路與USB端口引腳的電源腳連接，所述USB端口引腳還包括接地的返回腳。9.根據權利要求8所述的共用端口電路，其特征在于，所述串行收發接口模塊的數據接收線和數據發送線經過電阻接地。10.—種如上述權利要求1?9任一項所述的共用端口電路的工作方法，其特征在于，包括以下步驟: SI:主控單元控制接口屏蔽單元交替屏蔽串行收發接口模塊和USB接口模塊； S2:檢測單元通過步驟SI中未被屏蔽的接口模塊檢測接入共用端口的外部設備接口模塊類型，并將檢測信息發送給所述主控單元； S3:若外部設備接口模塊類型為USB接口模塊，主控單元控制接口屏蔽單元屏蔽串行收發接口模塊，使用USB協議與外部設備交換數據； 若外部設備接口模塊類型為串行收發接口模塊，主控單元控制接口屏蔽單元屏蔽USB接口模塊，使用串行收發接口模塊協議與外部設備交換數據。
【文檔編號】G06F13/40GK105930293SQ201610421845
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】彭有杰, 武永強, 王定仲
【申請人】深圳拓邦股份有限公司