[发明专利]一种串行通讯信号的修复装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种串行通讯信号的修复装置及其方法，具体涉及RS422、RS485、RS232协议下的串行通讯信号的修复装置及其方法。

背景技术

RS422、RS485、RS232是广泛应用于工业控制等领域的三种通讯协议，其中RS422和RS485满足总线操作，RS232只可以点对点通讯。RS422串行通讯总线满足全双工操作，可以在两对双绞线上并联多个RS422收发器，RS485串行通讯总线只能够半双工操作，因此只需要一对双绞线。在一些特殊的工业控制领域，RS422、RS485并不仅仅应用于总线操作，有时会因为控制设备需要串行级联控制而出现收发器串行级联的情况，同样，RS232收发器也会出现串行级联的情况，级联时，就是将输入信号经过收发器接收后，马上再经过收发器发送出去。在级联收发器个数较少的情况下，通讯不会出现问题，但是当级联收发器个数增多的情况下，会发生通讯故障。经过测试通讯信号的波形，原因如下，通讯信号收发器在电平转换过程中，并不是完全按照输入信号的电平宽度转换的，会出现一些误差，即输出的高电平宽度比输入的高电平宽度窄。由于这三种协议的速率并不高，所以当级联个数不多时，误差积累的并不大，下一级收发器仍可正确判断出信号。但是当级联个数增多时，误差积累就会越来越大，以致输出的高电平越来越窄，最后导致下一级收发器不能正确判断出信号，把高电平认为是低电平，从而出现错误。如果是RS422收发器级联，一般会在级联40个收发器后出现故障，而如果是RS232收发器级联，则在级联8个收发器后出现故障。

目前一些存在于此类串行通讯协议的中继器仅仅是延长通讯距离和扩展通讯器件个数，对于信号误差的修复并没有涉及。如深圳市天地华杰科技有限公司生产的产品TD-109，或是专利号为200420045406.3的“半双工RS485串行通讯中继分支装置”。如果把收发器接收到的信号送往单片机处理，再由单片机通过收发器发出，是可以解决信号误差积累的问题，但是同时又会出现两个问题：其一，实时行不能保证，每个收发器都经过单片机转发，本质上是通过软件来消除错误，这种转发的时间相对较长，在大规模级联的情况下，第一台设备和最后一台设备的延迟会很大，产生的影响是不可以接受的，尤其是在视频拼接墙应用上，会导致拼接墙的画面更换速度不一致，严重影响产品效果；其二，增加成本并降低系统结构的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于避免上述的误差积累，并且能达到实时传输信号的目的。本发明所提出的一种串行通讯信号修复装置及其方法，通过可编程逻辑器件(CPLD)将接收到的信号以选定速率的标准信号宽度发送出去，从而避免误差积累。

为实现上述目的，一种串行通讯信号修复装置包含以下模块：第一串行通讯端口，第二串行通讯端口，信号修复模块，电源模块，速率选择模块；所述电源模块为内电源模块或外接电源模块。

第一串行通讯端口、第二串行通讯端口，用于通讯信号的电平转换，将输入的差分传输电平转换为COMS电平的RXD信号，将输出的COMS电平的TXD转换为差分传输电平；如果用于RS232信号修复，则按RS232传输电平标准进行转换。

信号修复模块，通过逻辑程序编写，固化在一片可编程逻辑器件中，信号经此转发，本质仍是硬件信号处理，延迟时间为几个纳秒，属于实时收发的范围。来自第一串行通讯端口、第二串行通讯端口的RXD信号和TXD信号，接入到可编程逻辑器件中。可编程逻辑器件采样输入的RXD信号，判断在当前的速率下，输入信号的电平状态，然后根据当前的速率，把输入信号按照事先设定好的标准电平宽度通过与TXD信号连接的管脚发送出去。

内电源模块包括四个二极管D1、D2、D3、D4，两个均流电阻R1、R2，线性稳压器LD0，第一串行通讯端口的输入差分传输端分别连接D1、D2，第二串行通讯端口的输入差分传输端分别连接D3、D4，D1、D2连接于R1，D3、D4连接于R2，R1、R2连接于线性稳压器LD0的输入端。

速率选择模块，用于对速率种类的选择，通过拨码开关来选择确定所设定速率，所述拨码开关通过上、下拉电阻连接于可编程逻辑器件。

本发明进一步提供一种串行通讯信号的修复方法，包括以下步骤：

(1)根据串行通讯信号的波特率调整速率选择模块中的拨码开关，并预先通知可编程逻辑器件当前通讯信号的工作波特率；

(2)第一串行通讯端口的电平转换器件将输入的差分传输电平转换为CONS电平的RXD信号；