[发明专利]一种动态管控系统的串口扩展电路及其工作方法

权利要求书

1.一种动态管控系统的串口扩展电路，所述串口扩展电路电性连接在微处理器的RXD、TXD及I/O端口上，其特征在于，由模拟开关芯片、译码器芯片、分别电性连接在模拟开关芯片的多个数据输入端的多个第一电平转换电路和分别电性连接在译码器芯片的多个输出端的多个第二电平转换电路组成，实现微处理器输入、输出端口的扩展；

所述模拟开关芯片的输出端连接微处理的RXD端口，所述模拟开关芯片的地址输入端连接微处理的I/O端口，所述模拟开关芯片的数据输入端分别通过多个第一电平转换电路电连接外部设备的接收端口RXD_i，实现微处理器输入端口的扩展；

所述译码器芯片的输入端电连接微处理器的TXD和I/O端口，所述译码器芯片的输出端分别通过多个第二电平转换电路电连接用于连接外部设备的发射端口TXD_i，实现微处理器输出端口的扩展；

所述第一电平转换电路，包括第一光耦Q1、第二光耦Q2、R1和R3，实现RS232电平到TTL电平的转换；

所述第二电平转换电路，包括第三光耦Q3、第四光耦Q4、反相器、R6、R8和R10，实现用于TTL电平到RS232电平的转换。

2.根据权利要求1所述的一种动态管控系统的串口扩展电路，其特征在于，所述模拟开关芯片为HCF4051芯片，所述译码器芯片为74HC138芯片，实现8位扩展。

3.根据权利要求2所述的一种动态管控系统的串口扩展电路，其特征在于，所述HCF4051芯片的输入端口X0~X7分别连接8路第一电平转换电路；所述HCF4051芯片的端口INH、GND及VEE均接地；所述HCF4051芯片的端口VCC接电源VCC；所述HCF4051芯片的地址选择端口A、B、C均连接微处理器的I/O端，实现八路输入的选择；所述HCF4051芯片的端口X接微处理器的RXD端口，实现根据地址选择端口的信号选择对应输入端的信号传送至RXD端口。

4.根据权利要求3所述的一种动态管控系统的串口扩展电路，其特征在于，所述三八译码器74HC138的输出端口Y0~Y7分别连接八路第二电平转换电路；所述三八译码器74HC138的地址选择端口A、B、C均连接微处理器的IO端，实现八路输出的选择；所述三八译码器74HC138的端口G1、VCC接电源VCC；所述三八译码器74HC138的端口G2B及VSS接地，所述三八译码器74HC138的端口G2A接微处理器的TXD端口，实现根据地址选择端口的信号选择对应输出端发送数据。

5.根据权利要求4所述的一种动态管控系统的串口扩展电路，其特征在于，所述第一光耦、第二光耦、第三光耦和第四光耦均选用TLP785，所述TLP785包括引脚1、引脚2、引脚3和引脚4，该4个引脚分别为阳极、阴极、发射端口和集电端口。

6.根据权利要求5所述的一种动态管控系统的串口扩展电路，其特征在于：所述第一光耦的引脚1及第二光耦的引脚2接地；所述第一光耦的引脚2通过R3连接外部设备的接收端口RXD_i；所述第一光耦的引脚3及第二光耦的引脚4并联连接HCF4051的X0~X7中任一输入端口X_i；所述第一光耦的引脚4通过上拉电阻R1连接电源VCC，所述第2光耦的引脚3接地；其中，R1为100 Ω，R3为2 kΩ。

7.根据权利要求6所述的一种动态管控系统的串口扩展电路，其特征在于：所述第三光耦的引脚1通过上拉电阻R6连接电源VCC，引脚2连接74HC138的Y0~Y7中任一输出端口Y_i，引脚3连接外部设备的发射端口TXD_i，引脚4连接+12V直流电；所述第四光耦的引脚1通过上拉电阻R8连接电源VCC，引脚2通过反相器与第三光耦的引脚2并联连接74HC138输出端口Y_i，引脚3通过电阻R10连接-12V直流电，引脚4与第三光耦的引脚3并联连接在外部设备的发射端口TXD_i；其中，R6为1kΩ，R8为2 kΩ，R10为100Ω，所述反相器选用74HC04。

8.一种根据权利要求7所述的一种动态管控系统的串口扩展电路的工作方法，其特征在于，包括微处理器的TXD的扩展方法和RXD的扩展方法；

其中，TXD的扩展方法，具体包括以下步骤：（1）所述微处理器的IO口输出AA、BB、CC选择信号，实现8选1；（2）将74HC138的使能输入端G1连接电源VCC，使能输入端G2B或G2A接地，当使能输入端G2B接地时，使能输入端G2A连接微处理器的TXD端口；当使能输入端G2A接地时，使能输入端G2B 连接微处理器的TXD端口；（3）当微处理器输出AA，BB，CC选择Y1~Y7中任一通道Y_i时，当TXD输出为0时，使能74HC138，使Y_i通道输出0；当TXD输出1时，74HC138不使能，输出全1，对于此时的Y_i通道就为1，实现了TXD端口信号和74HC138输出的信号相同；当74HC138的Y_i通道输出低电平时，第三光耦Q3导通，第四光耦Q4截止，外部设备的发射端口TXD_i为12V；当74HC138的Y_i通道输出高电平时，第三光耦Q3截止，74HC138的Y_i通道信号通过反向器输出0 使第四光耦Q4导通，外部设备的发射端口TXD_i为-12V，完全满足RS232电平要求；

RXD的扩展方法，具体包括以下步骤：（a）所述微处理器的IO口输出AA、BB、CC选择信号，实现8选1；（b）将HCF4051的VCC端口连接电源VCC，VEE端口接地，INH和GND端口接地，X端口连接微处理器的RXD端口；（c）当微处理器输出AA、BB、CC选择HCF4051的输入端口X1~X7中的任一端口X_i端口，当外部设备的接收端口RXD_i由外设输出逻辑电平1即外部设备的输出电压V0介于-3v～-15v时，第一光耦Q1导通，输出电压V0经过电阻R1送入HCF4051的X_i端口，后送到微处理器的RXD端，微处理器的RXD端接收到高电平；当外部设备的接收端口RXD_i由外设输出逻辑电平0即外部设备的输出电压V0为+3～+15v电压，第二光耦Q2导通，第一光耦Q1截止，则HCF4051的X_i口为低电平，后送到微处理器的RXD端，微处理器的RXD端为低电平。