全双工与半双工转换器及转换方法技术

全双工与半双工转换器及转换方法，涉及全双工与半双工通信兼容技术。它为了解决解决采用RS422串口通信的数据处理卡与采用RS485串口通信的信号采集卡直接进行通信时，存在数据丢失或误码率高的问题。本发明专利技术在半双工信号采集模块与全双工数据处理模块之间设置了三态门集成电路，实现了数据处理卡422串口的发送端与接收端的物理隔离。通过软件实现的各功能模块通过查询接收模块接收数据反馈标志的方式，解决了全双工和半双工端口通信兼容问题，不存在数据丢失及误码现象，保证了数据收发的准确性。本发明专利技术适用于采用RS422串口通信的数据处理卡与采用RS485串口通信的信号采集卡之间的通信。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全双工与半双工通信兼容技术。
技术介绍
随着通信技术的发展，通信形式越来越多，越来越复杂，在信号通信的过程中，一般都采用半双工和全双工通信方式。在通信接口较多的复杂控制系统中，考虑到通信接口兼容性，数据处理卡一般采用以RS422为主的全双工通信方式；基于传输速度、距离以及网络化通信等需求，现在的信号采集产品较多的采用以RS485为主的半双工通信方式。当基于自身需求设计的采用RS422串口通信的数据处理卡与采用RS485串口通信的信号采集卡直接进行通信时，会存在两个问题：第一，在数据处理卡的指令发送端向信号采集卡发送读取指令读取数据的过程中，半双工接口存在指令输入与数据输出相互冲突的问题；第二，全双工接口的接收端存在数据与指令间杂输入的问题。数据同时传送和接收与半双工通信方式是矛盾的，会导致数据丢失或误码率高的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决采用RS422串口通信的数据处理卡与采用RS485串口通信的信号采集卡直接进行通信时，存在数据丢失或误码率高的问题，提供一种全双工与半双工转换器及转换方法。本专利技术所述的全双工与半双工转换器，包括半双工信号采集模块、全双工数据处理模块和三态门集成电路，所述全双工数据处理模块包括物理层接收端、物理层发送端和FPGA芯片；所述的半双工信号采集模块采用RS485芯片实现，所述的物理层接收端和物理层发送端均采用422串口驱动模块实现；物理层接收端的422R+端口和422R-端口分别连接三态门集成电路的数据信号输出+端口和数据信号输出-端口，物理层发送端的422T+端口和422T-端口分别连接三态门集成电路的指令信号输入+端口和指令信号输入-端口，三态门集成电路的I/O+端口和I/O-端口分别连接半双工信号采集模块的485+端口和485-端口；FPGA芯片的三态门使能信号输出端连接三态门集成电路的使能信号输入端；所述FPGA芯片内嵌入有软件实现的数据接收模块、双口RAM模块、运算处理模块和指令发送模块；所述的数据接收模块包括以下单元：低电平选通信号发送单元：用于向三态门集成电路发送低电平选通信号，并在该单元运行结束之后启动数据读取指令发送单元；高电平关断信号发送单元：用于向三态门集成电路发送高电平关断信号，并在该单元运行结束之后启动数据接收使能标志发送单元；数据接收单元：用于接收物理层接收端发来的数据，并在该单元运行结束之后同时启动数据存储单元和指令发送使能标志发送单元；数据存储单元：用于将物理层接收端发来的数据发送至双口RAM模块进行存储，并在该单元运行结束之后启动数据处理单元；指令发送使能标志发送单元：用于向指令发送模块发送指令发送使能标志，并在该单元运行结束之后启动指令发送使能标志判断单元；所述的双口RAM模块用于将数据接收模块发来的数据进行存储；所述的指令发送模块包括以下单元：数据读取指令发送单元：用于向物理层发送端发送数据读取指令，并在该单元运行结束之后启动高电平关断信号发送单元；数据接收使能标志发送单元：用于向数据接收模块发送数据接收使能标志，并在该单元运行结束之后启动数据接收单元；指令发送使能标志判断单元：用于判断是否收到指令发送使能标志，并在判断结果为是时启动低电平选通信号发送单元，在判断结果为否时结束全双工与半双工转换；所述的运算处理模块包括以下单元：数据处理单元：用于调用双口RAM模块内的数据，对该数据进行处理，并在该单元运行结束之后启动数据运算判断单元；数据运算判断单元：用于判断数据运算是否完毕，并在判断结果为是时结束全双工与半双工转换，在判断结果为否时启动指令发送标志判断单元。本专利技术所述的全双工与半双工转换方法是基于下述转换装置实现的：该转换装置包括半双工信号采集模块、全双工数据处理模块和三态门集成电路，所述全双工数据处理模块包括物理层接收端、物理层发送端和FPGA芯片；所述的半双工信号采集模块采用RS485芯片实现，所述的物理层接收端和物理层发送端均采用422串口驱动模块实现；物理层接收端的422R+端口和422R-端口分别连接三态门集成电路的数据信号输出+端口和数据信号输出-端口，物理层发送端的422T+端口和422T-端口分别连接三态门集成电路的指令信号输入+端口和指令信号输入-端口，三态门集成电路的I/O+端口和I/O-端口分别连接半双工信号采集模块的485+端口和485-端口；FPGA芯片的三态门使能信号输出端连接三态门集成电路的使能信号输入端；所述FPGA芯片包括数据接收模块、双口RAM模块、运算处理模块和指令发送模块；所述全双工与半双工转换方法包括以下步骤：低电平选通信号发送步骤：数据接收模块向三态门集成电路发送低电平选通信号，并在该步骤结束之后执行数据读取指令发送步骤；数据读取指令发送步骤：指令发送模块向物理层发送端发送数据读取指令，并在该步骤结束之后执行高电平关断信号发送步骤；高电平关断信号发送步骤：数据接收模块向三态门集成电路发送高电平关断信号，并在该步骤结束之后执行数据接收使能标志发送步骤；数据接收使能标志发送步骤：指令发送模块向数据接收模块发送数据接收使能标志，并在该步骤结束之后执行数据接收步骤；数据接收步骤：数据接收模块接收物理层接收端发来的数据，并在该步骤结束之后同时执行数据存储步骤和指令发送使能标志发送步骤；数据存储步骤：数据接收模块将物理层接收端发来的数据发送至双口RAM模块进行存储，并在该步骤结束之后执行数据处理步骤；数据处理步骤：运算处理模块调用双口RAM模块内的数据，对该数据进行处理，并在该步骤结束之后执行数据运算判断步骤；数据运算判断步骤：运算处理模块判断数据运算是否完毕，并在判断结果为是时结束全双工与半双工转换方法，在判断结果为否时执行指令发送标志判断步骤；指令发送使能标志发送步骤：数据接收模块向指令发送模块发送指令发送使能标志，并在该步骤结束之后执行指令发送使能标志判断步骤；指令发送使能标志判断步骤：指令发送模块判断是否收到指令发送使能标志，并在判断结果为是时执行低电平选通信号发送步骤，在判断结果为否时结束全双工与半双工转换方法。本专利技术所述的全双工与半双工转换器与转换方法，在半双工信号采集模块与全双工数据处理模块之间设置了三态门集成电路，全双工数据处理模块的RS422发送和接收的双极性差分端通过三态门集成电路分别与半双工信号采集模块的RS485双极性差分端进行对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
全双工与半双工转换器，包括半双工信号采集模块(1)，其特征在于：它还包括全双工数据处理模块(2)和三态门集成电路(3)，所述全双工数据处理模块(2)包括物理层接收端(2‑1)、物理层发送端(2‑2)和FPGA芯片(2‑3)；所述的半双工信号采集模块(1)采用RS485芯片实现，所述的物理层接收端(2‑1)和物理层发送端(2‑2)均采用422串口驱动模块实现；物理层接收端(2‑1)的422R+端口和422R‑端口分别连接三态门集成电路(3)的数据信号输出+端口和数据信号输出‑端口，物理层发送端(2‑2)的422T+端口和422T‑端口分别连接三态门集成电路(3)的指令信号输入+端口和指令信号输入‑端口，三态门集成电路(3)的I/O+端口和I/O‑端口分别连接半双工信号采集模块(1)的485+端口和485‑端口；FPGA芯片(2‑3)的三态门使能信号输出端连接三态门集成电路(3)的使能信号输入端；所述FPGA芯片(2‑3)内嵌入有软件实现的数据接收模块(2‑3‑1)、双口RAM模块(2‑3‑2)、运算处理模块(2‑3‑3)和指令发送模块(2‑3‑4)；所述的数据接收模块(2‑3‑1)包括以下单元：低电平选通信号发送单元：用于向三态门集成电路(3)发送低电平选通信号，并在该单元运行结束之后启动数据读取指令发送单元；高电平关断信号发送单元：用于向三态门集成电路(3)发送高电平关断信号，并在该单元运行结束之后启动数据接收使能标志发送单元；数据接收单元：用于接收物理层接收端(2‑1)发来的数据，并在该单元运行结束之后同时启动数据存储单元和指令发送使能标志发送单元；数据存储单元：用于将物理层接收端(2‑1)发来的数据发送至双口RAM模块(2‑3‑2)进行存储，并在该单元运行结束之后启动数据处理单元；指令发送使能标志发送单元：用于向指令发送模块(2‑3‑4)发送指令发送使能标志，并在该单元运行结束之后启动指令发送使能标志判断单元；所述的双口RAM模块(2‑3‑2)用于将数据接收模块(2‑3‑1)发来的数据进行存储；所述的指令发送模块(2‑3‑4)包括以下单元：数据读取指令发送单元：用于向物理层发送端(2‑2)发送数据读取指令，并在该单元运行结束之后启高电平关断信号发送单元；数据接收使能标志发送单元：用于向数据接收模块(2‑3‑1)发送数据接收使能标志，并在该单元运行结束之后启动数据接收单元；指令发送使能标志判断单元：用于判断是否收到指令发送使能标志，并在判断结果为是时启动低电平选通信号发送单元，在判断结果为否时结束全双工与半双工转换；所述的运算处理模块(2‑3‑3)包括以下单元：数据处理单元：用于调用双口RAM模块(2‑3‑2)内的数据，对该数据进行处理，并在该单元运行结束之后启动数据运算判断单元；数据运算判断单元：用于判断数据运算是否完毕，并在判断结果为是时结束全双工与半双工转换，在判断结果为否时启动指令发送标志判断单元。...

【技术特征摘要】
1.全双工与半双工转换器，包括半双工信号采集模块(1)，其特征在于：它还包括全
双工数据处理模块(2)和三态门集成电路(3)，所述全双工数据处理模块(2)包括物理
层接收端(2-1)、物理层发送端(2-2)和FPGA芯片(2-3)；
所述的半双工信号采集模块(1)采用RS485芯片实现，所述的物理层接收端(2-1)
和物理层发送端(2-2)均采用422串口驱动模块实现；
物理层接收端(2-1)的422R+端口和422R-端口分别连接三态门集成电路(3)的数据
信号输出+端口和数据信号输出-端口，物理层发送端(2-2)的422T+端口和422T-端口分
别连接三态门集成电路(3)的指令信号输入+端口和指令信号输入-端口，三态门集成电路
(3)的I/O+端口和I/O-端口分别连接半双工信号采集模块(1)的485+端口和485-端口；
FPGA芯片(2-3)的三态门使能信号输出端连接三态门集成电路(3)的使能信号输入
端；
所述FPGA芯片(2-3)内嵌入有软件实现的数据接收模块(2-3-1)、双口RAM模块
(2-3-2)、运算处理模块(2-3-3)和指令发送模块(2-3-4)；
所述的数据接收模块(2-3-1)包括以下单元：
低电平选通信号发送单元：用于向三态门集成电路(3)发送低电平选通信号，并在该
单元运行结束之后启动数据读取指令发送单元；
高电平关断信号发送单元：用于向三态门集成电路(3)发送高电平关断信号，并在该
单元运行结束之后启动数据接收使能标志发送单元；
数据接收单元：用于接收物理层接收端(2-1)发来的数据，并在该单元运行结束之后
同时启动数据存储单元和指令发送使能标志发送单元；
数据存储单元：用于将物理层接收端(2-1)发来的数据发送至双口RAM模块(2-3-2)
进行存储，并在该单元运行结束之后启动数据处理单元；
指令发送使能标志发送单元：用于向指令发送模块(2-3-4)发送指令发送使能标志，
并在该单元运行结束之后启动指令发送使能标志判断单元；
所述的双口RAM模块(2-3-2)用于将数据接收模块(2-3-1)发来的数据进行存储；
所述的指令发送模块(2-3-4)包括以下单元：
数据读取指令发送单元：用于向物理层发送端(2-2)发送数据读取指令，并在该单元
运行结束之后启高电平关断信号发送单元；
数据接收使能标志发送单元：用于向数据接收模块(2-3-1)发送数据接收使能标志，
并在该单元运行结束之后启动数据接收单元；
指令发送使能标志判断单元：用于判断是否收到指令发送使能标志，并在判断结果为
是时启动低电平选通信号发送单元，在判断结果为否时结束全双工与半双工转换；
所述的运算处理模块(2-3-3)包括以下单元：
数据处理单元：用于调用双口RAM模块(2-3-2)内的数据，对该数据进行处理，并
在该单元运行结束之后启动数据运算判断单元；
数据运算判断单元：用于判断数据运算是否完毕，并在判断结果为是时结束全双工与
半双工转换，在判断结果为否时启动指令发送标志判断单元。
2.根据权利要求1所述的全双工与半双工转换器，其特征在于：所述的三态门集成电
路(3)包括第一三态门(3-1)、第二三态门(3-2)、第三三态门(3-3)、第四三态门(3-4)
和非门(3-5)；
所述非门(3-5)的输入端、第一三态门(3-1)的使能信号端和第二三态门(3-2)的
使能信号端连接在一起，作为三态门集成电路(3)的使能信号输入端，非门(3-5)的输
出端同时连接第三三态门(3-3)的使能信号端和第四三态门(3-4)的使能信号端；
第一三态门(3-1)的输入端连接物理层发送端(2-2)的422T+端口，第二三态门(3-2)
的输入端连接物理层发送端(2-2)的422T-端口，第三三态门(3-3)的输入端连接物理层
接收端(2-1)的422R+端口，第四三态门(3-4)的输入端连接物理层接收端(2-1)的422R-
端口；
第一三态门(3-1)的输出端与第三三态门(3-3)的输出端同时连接半双工信号采集模
块(1)的485+端口，第二三态门(3-2)的输出端与第四三态门(3-4)的输出端同时连接
半双工信号采集模块(1)的485-端口。
3.全双工与半双工转换方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴林，范文超，王伟峰，刘杨，魏凯，王斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23