一种单线串口通信电路的制作方法

1.本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种单线串口通信电路。


背景技术：

2.常用的uart串口一般为双线式，包括一根tx发送信号线和一根rx接收信号线，uart串口的tx引脚连接tx信号发送线，rx引脚连接rx接收信号线。现有方案中两设备之间进行单线通信的方法是将uart的tx信号发送线、rx接收信号线转成单线后进行通信。但需在两个设备使用相同供电电压值的情况下才能支持通信，例如设备1供电电压为3.0v，则要求设备2供电电压为3.0v，则能够正常通信，若是设备2供电电压为1.8v，则会因为电平判断阈值不同导致通信异常。因此，两个设备在不同供电电压下无法正常通信。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例的目的是提供一种单线串口通信电路，实现两个设备在不同供电电压下能够正常进行单线串口通信。
4.为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种单线串口通信电路，所述单线串口通信电路包括第一通信电路和第二通信电路，所述单线串口通信电路具有第一信号发送端、第二信号发送端、第一信号接收端及第二信号接收端；
5.所述第一通信电路的信号端与所述第一信号接收端连接，所述第一信号接收端通过单线与所述第二通信电路的信号端连接；所述第一通信电路的输入端与所述第一信号发送端连接；
6.所述第二通信电路包括用于对来自所述第一通信电路的信号进行电平转换的接收电路以及用于对向所述第一通信电路发送的信号进行电平转换的发送电路，所述第二通信电路的信号端分别与所述接收电路的输入端、所述发送电路的输出端连接，所述接收电路的输出端与所述第二信号接收端连接，所述发送电路的输入端与所述第二信号发送端连接。
7.在一些实施例中，所述第一通信电路包括第一三极管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；
8.所述第一三极管的发射极与所述第一信号发送端连接；所述第一三极管的基极连接于所述第一电阻和所述第三电阻之间，所述第一电阻与第一电源连接，所述第三电阻接地；所述第一三极管的集电极分别与所述第二电阻的一端、所述第一信号接收端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一电源连接。
9.在一些实施例中，所述发送电路包括第二三极管、第四电阻和第五电阻；
10.所述第二三极管的发射极与所述第二信号发送端连接，所述第二三极管的基极通过所述第五电阻与第二电源连接，所述第二三极管的集电极通过所述第四电阻与所述第二电源连接，所述第二三极管的集电极与所述发送电路的输出端连接。
11.在一些实施例中，所述接收电路包括第三三极管、第六电阻和第七电阻；
12.所述第三三极管的发射极与所述接收电路的输入端连接，所述第三三极管的集电极与所述第二信号接收端连接，所述第三三极管的基极连接于所述第六电阻和所述第七电阻之间，所述第六电阻接地，所述第七电阻与第三电源连接。
13.在一些实施例中，所述第二通信电路还包括钳位电路；
14.所述钳位电路连接在所述第二三极管的基极上。
15.在一些实施例中，所述钳位电路包括钳位二极管；
16.所述钳位二极管的正极与所述第二三极管的基极连接，所述钳位二极管的负极与第四电源连接。
17.在一些实施例中，所述钳位电路包括稳压管和限流电阻；
18.所述稳压管的正极接地，所述第二三极管的基极连接在所述稳压管的负极与所述限流电阻的第一端之间，所述限流电阻的第二端与所述第二电源连接。
19.在一些实施例中，所述第一三极管、所述第二三极管和所述第三三极管均为npn三极管。
20.与现有技术相比，本实用新型公开的一种单线串口通信电路，所述单线串口通信电路包括第一通信电路和第二通信电路，所述单线串口通信电路具有第一信号发送端、第二信号发送端、第一信号接收端及第二信号接收端，所述第一通信电路的信号端与所述第一信号接收端连接，所述第一信号接收端通过单线与所述第二通信电路的信号端连接；所述第一通信电路的输入端与所述第一信号发送端连接，所述第二通信电路包括用于对来自所述第一通信电路的信号进行电平转换的接收电路以及用于对向所述第一通信电路发送的信号进行电平转换的发送电路，所述第二通信电路的信号端分别与所述接收电路的输入端、所述发送电路的输出端连接，所述接收电路的输出端与所述第二信号接收端连接，所述发送电路的输入端与所述第二信号发送端连接。通过设置具有电平转换功能的发送电路和接收电路，在两个通信电路的供电电压不同的情况下控制第一通信电路向第二通信电路传输信号，以及控制第二通信电路向第一通信电路传输信号，实现发送与接收，能够正常进行单线串口通信。同时，本实用新型的结构简化电路结构，降低了硬件成本，并适用于多种不同供电电压的情况，具有适用范围广的特点。
附图说明
21.图1是本实用新型实施例中的单线串口通信电路的结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.参见图1，是本实用新型实施例中的单线串口通信电路的结构示意图，所述单线串口通信电路包括第一通信电路1和第二通信电路2，所述单线串口通信电路具有第一信号发送端uart_txd1、第二信号发送端uart_txd2、第一信号接收端uart_rxd1及第二信号接收端uart_rxd2；
24.所述第一通信电路1的信号端与所述第一信号接收端uart_rxd1连接，所述第一信号接收端uart_rxd1通过单线link与所述第二通信电路2的信号端连接；所述第一通信电路1的输入端与所述第一信号发送端uart_txd1连接；
25.所述第二通信电路2包括用于对来自所述第一通信电路1的信号进行电平转换的接收电路21以及用于对向所述第一通信电路1发送的信号进行电平转换的发送电路22，所述第二通信电路2的信号端分别与所述接收电路21的输入端、所述发送电路22的输出端连接，所述接收电路21的输出端与所述第二信号接收端uart_rxd2连接，所述发送电路22的输入端与所述第二信号发送端uart_txd2连接。
26.在一些实施例中，请参见图1，所述第一通信电路1包括第一三极管q1、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3；
27.所述第一三极管q1的发射极与所述第一信号发送端uart_txd1连接；所述第一三极管q1的基极连接于所述第一电阻r1和所述第三电阻r3之间，所述第一电阻r1与第一电源连接，所述第三电阻r3接地；所述第一三极管q1的集电极分别与所述第二电阻r2的一端、所述第一信号接收端uart_rxd1连接，所述第二电阻r2的另一端与所述第一电源连接。
28.需要说明的是，第一电阻接r1在第一电源控制信号和第一三极管q1的基极之间，防止基极电流过大烧坏三极管，起到限流的作用，如选取1k。第二电阻r2接在第一三极管q1的集电极上，使得将变化的电流转换为变换的电压，输出高低电平，实现电压的放大，如选取2.2k。第三电阻r3接在第一三极管q1的基极和地电位之间，为下拉电阻，实现有效接地，防止误动作，如选取10k。
29.在一些实施例中，请参见图1，所述发送电路22包括第二三极管q2、第四电阻r4和第五电阻r5；
30.所述第二三极管q2的发射极与所述第二信号发送端uart_txd2连接，所述第二三极管q2的基极通过所述第五电阻r5与第二电源连接，所述第二三极管q2的集电极通过所述第四电阻r4与所述第二电源连接，所述第二三极管q2的集电极与所述发送电路22的输出端连接。
31.需要说明的是，第四电阻r4接在第二三极管q2的集电极上，使得将变化的电流转换为变换的电压，输出高低电平，实现电压的放大，如选取2.2k。第五电阻r5接在第二电源控制信号和第二三极管q2的基极之间，防止基极电流过大烧坏三极管，起到限流的作用，如选取1k。其中，第一电源电压可与第二电源电压相同，也可不相同。
32.具体的，第一通信电路1的供电电压为3v，第二通信电路2的供电电压为1.8v，第二通信电路2向第一通信电路1传输信号的工作原理如下：
33.若第二信号发送端uart_txd2为低电平信号，此时第二三极管q2导通，此时单线传输信号link为低电平信号，第一信号接收端uart_rxd1输出为低电平信号。若第二信号发送端uart_txd2为高电平信号，此时第二三极管q2截止，单线默认上拉到高电平信号，使得传输信号link为高电平信号，进而第一信号接收端uart_rxd1输出为高电平信号。
34.更具体的，若第二信号发送端uart_txd2为1.8v，此时第二三极管vbe约等于0不满足导通条件，则q2截止，由于单线默认上拉到3v，使得传输信号link为3v，第一信号接收端uart_rxd1输出为3v，实现了uart_txd2为1.8v，link上电压为3v，实现了电平转换。
35.在一些实施例中，请参见图1，所述接收电路21包括第三三极管q3、第六电阻r6和
第七电阻r7；
36.所述第三三极管q3的发射极与所述接收电路21的输入端连接，所述第三三极管q3的集电极与所述第二信号接收端uart_rxd2连接，所述第三三极管q3的基极连接于所述第六电阻r6和所述第七电阻r7之间，所述第六电阻r6接地，所述第七电阻r7与第三电源连接。
37.需要说明的是，第七电阻r7接在第三电源控制信号和第三三极管q3的基极之间，为三极管驱动的限流电阻，防止基极电流过大烧坏三极管。由于电阻阻值太小会增加系统功耗，电阻阻值太大会导致三极管驱动能力弱，一般根据经验取值后再调整，一般选取2.2k。第六电阻r6接在第三三极管q3的基极和地电位之间，为下拉电阻，有利于加速三极管关断，常取10k。第三电源电压大于0.7v，且小于等于第一电源电压。
38.在一优选实施例中，所述第一三极管q1、所述第二三极管q2和所述第三三极管q3均为npn三极管。第一三极管q1、第二三极管q2和第三三极管q3根据通信速率选择例如波特率3mbps，则选用三极管带宽为传输频率的100倍(经验值)，防止因三极管的速率太慢而限制通信速率。
39.例如，本实施例3mbps采用ook调制方式换算成方波为1.5mhz，则要求：
40.(1)带宽bw≥1.5m*100＝150m即ts＝666.6ns
41.(2)rise time fall time需要小于1/10ts＝66.6ns(经验值，一般都要求上升沿和下降沿小于1/10开关周期)
42.则选用lmbt3904三级管，带宽300mhz，rise time＝35ns fall time＝50ns。
43.具体的，第一通信电路1的供电电压为3v，第二通信电路2的供电电压为1.8v，第一通信电路1向第二通信电路2传输信号的工作原理如下：
44.若第一信号发送端uart_txd1为低电平信号，此时第一三极管q1导通，第一信号接收端uart_rxd1为低电平信号，单线传输信号link为低电平信号，进而接收电路接收该信号，第三三极管q3导通，第二信号接收端uart_rxd2输出为低电平信号。若第一信号发送端uart_txd1为高电平信号，此时第一三极管q1截止，单线默认上拉到高电平信号，使得传输信号link为高电平信号，进而接收电路接收该高电平信号，第三三极管q3截止，此时第二信号接收端uart_rxd2默认输出为高电平信号。
45.更具体的，若第一信号发送端uart_txd1为2.8v，此时第一三极管q1截止，单线默认上拉到3v，使得传输信号link为3v，进而接收电路接收该信号，第三三极管q3截止，此时第二信号接收端uart_rxd2默认输出为3v，实现了uart_txd1为2.8v，uart_rxd2输出为3v，通过电平转换实现了3v转1.8v的单线正常通信。
46.本实用新型公开的一种单线串口通信电路，所述单线串口通信电路包括第一通信电路和第二通信电路，所述单线串口通信电路具有第一信号发送端、第二信号发送端、第一信号接收端及第二信号接收端，所述第一通信电路的信号端与所述第一信号接收端连接，所述第一信号接收端通过单线与所述第二通信电路的信号端连接；所述第一通信电路的输入端与所述第一信号发送端连接，所述第二通信电路包括用于对来自所述第一通信电路的信号进行电平转换的接收电路以及用于对向所述第一通信电路发送的信号进行电平转换的发送电路，所述第二通信电路的信号端分别与所述接收电路的输入端、所述发送电路的输出端连接，所述接收电路的输出端与所述第二信号接收端连接，所述发送电路的输入端与所述第二信号发送端连接。通过设置具有电平转换功能的发送电路和接收电路，在两个
通信电路的供电电压不同的情况下控制第一通信电路向第二通信电路传输信号，以及控制第二通信电路向第一通信电路传输信号，实现发送与接收，能够正常进行单线串口通信。同时，本实用新型的结构简化电路结构，降低了硬件成本，并适用于多种不同供电电压的情况，具有适用范围广的特点。
47.在一些实施例中，请参见图1，所述第二通信电路2还包括钳位电路23；
48.所述钳位电路23连接在所述第二三极管q2的基极上。
49.在本实施例中，当速率提高到一定程度，由于三极管的关断延迟特性，第二三级管q2基极电压电压会抬升并超过1.8v，导致三极管工作在可变阻区域，造成通信速率受限。通过设置钳位电路，实现对第二三级管q2的基极电压进行斩波钳位，可以有效提升通信速率。
50.在一些实施例中，请参见图1，所述钳位电路23包括钳位二极管d1；
51.所述钳位二极管d1的正极与所述第二三极管q2的基极连接，所述钳位二极管d1的负极与第四电源连接。
52.在本实施例中，通过设置钳位二极管d1，用于第二三级管q2快速关断钳位，将通信波特率提升到3mpbs。本实用新型适用于其他不同供电电压的设备，例如5v转3.3v，5v转1.8v等，但是电路参数需要根据实际情况调整，例如5v转3.3v情况下，钳位二极管d1的钳位电压vcc1v需要换成2.5v，才能保证钳位二极管d1的阳极电压接近3.3v，其中0.8v大约是二极管的导通压降。
53.在一些实施例中，所述钳位电路23包括稳压管和限流电阻；
54.所述稳压管的正极接地，所述第二三极管q2的基极连接在所述稳压管的负极与所述限流电阻的第一端之间，所述限流电阻的第二端与所述第二电源连接。
55.在本实施例中，钳位电路23可以由限流电阻与稳压管串联来实现，稳压管电压需要和第二三极管q2的供电电压接近，根据稳压管选项来确定限流电阻，使得一般选择限流电阻让流过稳压管电流为1～5ma。
56.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。