專利名稱：異步兩線全雙工高速遠(yuǎn)距智能通信卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬計算機網(wǎng)絡(luò)及通信領(lǐng)域。
已有的技術(shù)尚存在如下問題1.局部網(wǎng)絡(luò)中使用同軸電纜或雙絞線等傳輸介質(zhì)，采用基帶傳輸方法，必須鋪設(shè)專用線路，且傳輸距離短。即使采用中繼器、粗纜，仍不能滿足大多數(shù)單位聯(lián)網(wǎng)要求。
2.調(diào)制解調(diào)器技術(shù)是利用雙絞線或電話線進(jìn)行遠(yuǎn)距通信的常規(guī)方法，對于單位內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)，線路帶寬得不到充分利用。調(diào)制解調(diào)器價格高，通信速率低，近來國內(nèi)外有較高速率調(diào)制解調(diào)器銷售，價格更貴，對線路要求較高。
3.RS-232串行接口的通信，除可利用調(diào)制解調(diào)器外，也可直接通信，但距離限定在15米，很難突破幾百米，速率也限定在9600bps。
4.在兩線雙絞線路上實現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)通信，有頻分法、時分法和回波抵消技術(shù)。其中頻分法用于調(diào)制解調(diào)器中，線路復(fù)雜，且實際實現(xiàn)的系統(tǒng)通信速率較低；時分法主要缺點是線路利用率低，通信速率僅為物理信道可提供速率的50％；回波抵消技術(shù)主要缺點是線路復(fù)雜，能查到的專用芯片都是固定通信速率，且為同步通信方式。
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有局部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)通信距離短，使用調(diào)制解調(diào)器通信速率低，不能滿足大多數(shù)單位計算機聯(lián)網(wǎng)需求的現(xiàn)狀，提供一種使用雙絞線或利用單位內(nèi)部的電話線路，實現(xiàn)傳輸速度高，傳輸距離長，支持廣泛使用的串行異步全雙工通信硬件及軟件，能滿足各種點——點式通信系統(tǒng)，局部網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問及網(wǎng)際互連需要的智能通信接口(卡)。
本發(fā)明由單片機(U1)負(fù)責(zé)對存儲器(U2)、異步串行通信部件1(U3)和異步串行通信部件2(U4)進(jìn)行控制。異步串行通信部件1(U3)與EIA電平、TTL電平轉(zhuǎn)換電路(U5)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，異步串行通信部件2(U4)與平衡數(shù)據(jù)發(fā)送、接收器對(U7)通過光電隔離部件(U6)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。由單片機(U1)對異步串行通信部件2(U4)及保護(hù)電路部分(U8)進(jìn)行實時監(jiān)測與控制，以決定外部線路(電話線或雙絞線)是否能與RS-232C串口連接線路(U5)進(jìn)行連接。
異步串行通信部件1(U3)與實現(xiàn)EIA電平與TTL電平轉(zhuǎn)換電路組成本發(fā)明的異步串行通信部分之一(如圖2所示)。異步串行通信部件1(U3)由微處理機系統(tǒng)(P1)控制，并通過EIA電平向TTL電平轉(zhuǎn)換器(P2)和TTL電平向EIA電平轉(zhuǎn)換器(P3)完成與工作站RS-232串行通信口的數(shù)據(jù)通信。EIA電平向TTL電平轉(zhuǎn)換器(P2)和TTL電平向EIA電平轉(zhuǎn)換器(P3)與工作站串行通信口的DB-25連接器連接。
由異步串行通信部件2(U4)與光電隔離電路(U6)及平衡數(shù)據(jù)發(fā)送、接收器對(U7)組成本發(fā)明的異步串行通信部分之二(如圖3所示)，用以實現(xiàn)智能通信卡采用平衡方式通過一對電話線進(jìn)行效據(jù)收發(fā)。它由平衡式驅(qū)動器(T)、差分式接收器(R)、異步串行通信部件2(U4)和三個不同類型的光電隔離器件(E1、E2、E3)組成。異步串行通信部件2的控制信號(C)控制平衡驅(qū)動器(T)、差分式接收器(R)的數(shù)據(jù)收發(fā)?？刂菩盘?C)、數(shù)據(jù)接收端(RXD)和數(shù)據(jù)發(fā)送端(TXD)經(jīng)光電隔離器件(E1、E2、E3)將外部線路與智能通信卡隔離。
保護(hù)電路中穩(wěn)壓管(d1、d2)反相串接，并串接有限流電阻(R1)和光電隔離器(E4)，以保證當(dāng)通信線路電壓過高時能使穩(wěn)壓管(d1或d2)有一管擊穿，導(dǎo)致光電隔離器(E4)產(chǎn)生低電平輸出，強制觸發(fā)器狀態(tài)改變，繼電器(J)切斷通信線與計算機的連接。穩(wěn)壓管(d1、d2)反相串接保證了通信線無論哪端為正極都可使電路正常監(jiān)測，光電隔離器(E4)既可起到外部電信號與計算機的隔離作用，又可產(chǎn)生正確控制信號，該部分的最大特點是保護(hù)電路可重復(fù)使用，不是一次性保護(hù)。
異步兩線全雙工智能通信卡處于工作狀態(tài)時不與計算機總線有聯(lián)系，只要求計算機供電。本通信卡既可插在計算機總線槽上，又可單獨供電封裝，置于計算機體外正常工作。
圖1中的保護(hù)電路(U8)是為防止外部通信線路(電話線或雙絞線)的意外強電串入，及時切換繼電器開關(guān)而設(shè)計的，同時兼有正常通信時的數(shù)據(jù)通信和電話通信切換的功能，其示意圖如圖4。包括穩(wěn)壓管(d1、d2)，限流電阻(R1)，光電隔離器件(E4)，觸發(fā)器，驅(qū)動器(q)，繼電器(J)組成。穩(wěn)壓管(d1和d2)反相串接，并與限流電阻(R1)、光電隔離器件(E4)串接，當(dāng)通信線路(電話線或雙絞線)上電壓過高時，穩(wěn)壓管(d1或d2)擊穿，使光電隔離器件(E4)產(chǎn)生低電平輸出，致使觸發(fā)器低電平輸出，通過驅(qū)動器(q)使繼電器動作，切斷通信線與計算機的連接，從而起到保護(hù)作用。
當(dāng)計算機進(jìn)入通信狀態(tài)時，用控制信號(C，P0)置觸發(fā)器輸出(Q)為高電平，通過驅(qū)動器(q)將繼電器(J)置向計算機(J2)與電話線連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，正常通信結(jié)束后，單片機(U1)可控制異步串行通信部件2(U4)，用控制信號(C，P0)將觸發(fā)器置成低電平輸出，使繼電器(J)開關(guān)動作，將電話線與電話機(J1)連通，保證電話正常通信。
采用單片機，收發(fā)緩存器和自適應(yīng)幀長等措施，保障在單一雙絞線物理通道上，提供高效率雙向數(shù)據(jù)傳輸，即全雙工服務(wù)。
在基帶方式下實現(xiàn)二線全雙工數(shù)據(jù)通信的典型方法是所謂“乒乓”方式。該方式將一個物理信道等分為兩個子信道。通信雙方分別用兩個子信道進(jìn)行兩個方向的數(shù)據(jù)傳輸，它解決了單一物理信道的全雙工數(shù)據(jù)通信問題，但效率要降低50％。且對異步串行通信來說，其實現(xiàn)方法未見報道。
實踐表明，對用戶的各種通信應(yīng)用來說(如電子郵件、文件傳輸?shù)?，兩個方向的數(shù)據(jù)流量經(jīng)常在一個方向的信道上是空閑或半空閑的?；谶@種情況，本發(fā)明設(shè)計了異步自適應(yīng)二線全雙工通信協(xié)議，該協(xié)議中有接收和發(fā)送緩沖區(qū)各一個，緩沖區(qū)首尾指針用于對緩沖區(qū)的管理，當(dāng)接口板接到主機RS-232接口發(fā)來的數(shù)據(jù)時，首先將數(shù)據(jù)存入發(fā)送緩沖區(qū)，并修改指針。同樣地當(dāng)接收到遠(yuǎn)地來的數(shù)據(jù)并證實正確后，也存入到接收緩沖區(qū)，等待程序查詢到主機RS-232接口可以接納數(shù)據(jù)后，再將緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)逐字節(jié)傳送到主機。這樣，接口硬件結(jié)構(gòu)包括了本地數(shù)據(jù)收發(fā)部分、收發(fā)數(shù)據(jù)緩沖器部分、遠(yuǎn)地數(shù)據(jù)收發(fā)部分、線路接口和單片機控制部分。
收發(fā)數(shù)據(jù)緩沖器部分是整個接口硬件結(jié)構(gòu)的核心，通過緩沖器的有效管理，可以提供信息傳輸?shù)挠行Э刂坪凸芾怼?br> 單片機控制部分主要完成對存儲器(U2)、異步中行通信部件1(U3)、異步串行通信部件2(U4)和平衡數(shù)據(jù)發(fā)送、接收器對(U7)四個部分的控制，具體包括(1)對線路接口與外線接通，斷開狀態(tài)的控制；(2)對本地和遠(yuǎn)地數(shù)據(jù)收發(fā)部分的狀態(tài)監(jiān)視和數(shù)據(jù)收發(fā)；(3)對收發(fā)數(shù)據(jù)緩沖器的管理和數(shù)據(jù)存取。
具體實現(xiàn)上，要求單片機能以較高的速度運行。
在接口協(xié)議中，既要解決信息的雙向傳輸，又要盡可能減小信息時延，其關(guān)鍵是發(fā)收數(shù)據(jù)的格式和規(guī)程。
數(shù)據(jù)楨的格式是0—15字節(jié)數(shù)據(jù)前面加一信息字節(jié)，數(shù)據(jù)楨的標(biāo)準(zhǔn)長度為16字節(jié)，為了提高數(shù)據(jù)的速率，數(shù)據(jù)楨組裝時，若緩沖區(qū)數(shù)據(jù)小于15個字節(jié)時，可采用不定長方式，即發(fā)送緩沖區(qū)無數(shù)據(jù)發(fā)送時，只發(fā)一個短楨作為發(fā)送聯(lián)絡(luò)和應(yīng)答。當(dāng)發(fā)送緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時，發(fā)送全部數(shù)據(jù)(少于15個字節(jié))或部分?jǐn)?shù)據(jù)(15字節(jié))這樣可動態(tài)地保障信道按實際數(shù)據(jù)量大小動態(tài)分配帶寬，從而提高了信道的利用率。
命令通信兩種工作狀態(tài)，使接口卡能夠接收和響應(yīng)本地及遠(yuǎn)地的控制信息，同時在命令態(tài)以約定的通信速率(2400bps和遠(yuǎn)地接口卡及其它設(shè)備進(jìn)行通信，實現(xiàn)遠(yuǎn)地測試、中繼控制和通信線路轉(zhuǎn)接等。
與RS-232C串口連接線路(U5)主要完成EIA——TTL電平轉(zhuǎn)換。異步串行通信部件1(U3)負(fù)責(zé)通過與RS-232C串口連接線路(U5)和所連的數(shù)據(jù)通信設(shè)備(如計算機)進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制信號的交互。存儲器(U2)可從軟件口劃分為輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)兩部分。從異步串行通信部件1(U3)來的數(shù)據(jù)，先暫存在輸出緩沖區(qū)，而輸入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，經(jīng)異步串行通信部件1(U3)送至數(shù)據(jù)通信設(shè)備。異步串行通信部件2(U4)負(fù)責(zé)通過與通信線路相連接的線路(U7)和遠(yuǎn)地通信接口進(jìn)行信息傳遞，從異步串行通信部件2(U4)來的遠(yuǎn)地數(shù)據(jù)先暫存在輸入緩沖區(qū)，而輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)通過異步串行通信部件2(U4)發(fā)出。與通信線路相連接的線路(U6、U7、U8)用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的平衡傳輸、線路匹配、切換與保護(hù)。


圖1為智能通信卡結(jié)構(gòu)框圖其中U1——單片機；U2——存儲器；U3——異步串行通信部件1；U4——異步串行通信部件2；U5——與RS-232C串口連接線路；U6——光電隔離器件；U7——平衡數(shù)據(jù)發(fā)送、接收器對；U8——保護(hù)電路部分。
圖2為異步串行通信部分之一結(jié)構(gòu)示意圖其中P1——微處理機系統(tǒng)；P2——EIA電平向TTL電平轉(zhuǎn)換器；P3——TTL電平向EIA電平轉(zhuǎn)換器。
圖3為異步串行通信部分之二結(jié)構(gòu)示意圖其中T——平衡式驅(qū)動器；R——差分式接收器；E1、E2、E3——不同類型的光電隔離器件；C——異步串行通信部件2的控制信號；RXD——數(shù)據(jù)接收端；TXD——數(shù)據(jù)發(fā)送端。
圖4為保護(hù)電路示意圖其中d1、d2——穩(wěn)壓管；R1——限流電阻；E4——光電隔離器；q——驅(qū)動器；J——繼電器；C——U4的控制信號；P0——U4的控制端out1；g——繼電器(J)的控制端；d——觸發(fā)器輸入端；CLR——觸發(fā)器清“0”端；CD——觸發(fā)器脈沖輸入端；Q——觸發(fā)器輸出端；J1——電話機；J2——計算機。
圖5為命令狀態(tài)程序框圖其中；A口為異步串行通信部件1(U3)的數(shù)據(jù)口；C口為異步串行通信部件2(U4)的數(shù)據(jù)口。
圖6為通信狀態(tài)程序框圖其中A口、C口與圖5中A口和C口同。
要發(fā)明的積極效果在于1.適用于單位內(nèi)部或距離在10公里以內(nèi)，利用一個電話交換分局所管轄的電話用戶線路或鋪設(shè)專用雙絞線路，實現(xiàn)計算機間點——點通信或計算機局網(wǎng)遠(yuǎn)地訪問或計算機網(wǎng)際互連。實現(xiàn)了基帶數(shù)據(jù)通信，異步數(shù)據(jù)通信，利用雙絞線路或電話線路，高通信速率，遠(yuǎn)距離通信，全雙工數(shù)據(jù)通信和高通道利用率的完美結(jié)合。
2.結(jié)構(gòu)合理，既可插入IBM—PC兼容機擴展槽中，又可獨立封裝與其它類計算機或終端相連使用。
3.能使平行入戶線較長，且沒法更換入戶線為雙絞線時，也能穩(wěn)定通信。
4.具有線路切換控制和保護(hù)電路。
5.通用性強，適用于任何使用RS-232串行接口的個人計算機、多用戶計算機、網(wǎng)絡(luò)橋接器等其它智能設(shè)備。不僅可用于計算機通信網(wǎng)絡(luò)，而且可用于控制系統(tǒng)等多機通信場合。
實施例單片機(U1)可采用8031，8051，8751單片機；存儲器(U2)可采用2764，6264等存儲芯片；異步串行通信部件1、2(U3、U4)可采用UM8250芯片；EIA電平與TTL電平轉(zhuǎn)換器件可采用MC1488、MC1489芯片；光電隔離器件(U6)可采用TTL117、TLP521；平衡數(shù)據(jù)發(fā)送、接收器對(U7)可采用MC3486、MC3486集成電路；保護(hù)電路部分(U6)可采用穩(wěn)壓管IN759、ILP521；繼電器DSZY—S—DC5U；軟件部分監(jiān)控軟件用MCS-51匯編語言編寫占4K字節(jié)存儲空間，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)占8K字節(jié)存儲空間。
權(quán)利要求
1.一種異步兩線全雙工智能通信卡，其特征在于存儲器(U2)、異步串行通信部件1(U3)、異步串行通信部件2(U4)由單片機(U1)控制；異步串行通信部件1(U3)與EIA電平、TTL電平轉(zhuǎn)換電路(U5)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信；異步串行通信部件2(U4)與平衡數(shù)據(jù)發(fā)送、接收器對(U7)通過光電隔離部件(U6)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸；由單片機(U1)對異步串行通信部件2(U4)及保護(hù)電路部分(U3)進(jìn)行實時監(jiān)測與控制。
2.按權(quán)利要求1所述的異步兩線全雙工智能通信卡，其特征在于異步串行通信部件1(U3)由微處理機系統(tǒng)(P1)控制，并通過EIA電平向TTL電平轉(zhuǎn)換器(P2)和TTL電平向EIA電平轉(zhuǎn)換器(P3)完成與工作站RS-232串行通信口的數(shù)據(jù)通信。EIA電平向TTL電平轉(zhuǎn)換器(P2)和TTL電平向EIA電平轉(zhuǎn)換器(P3)與工作站串行通信口的DB——25連接器連接。
3.按權(quán)利要求1所述的異步兩線全雙工智能通信卡，其特征在于由平衡式驅(qū)動器(T)、差分式接收器(R)、異步串行通信部件2(U4)和三個不同類型的光電隔離部件(E1、E2、E3)組成異步串行通信部分之二，異步串行通信部件2的控制信號(C)控制平衡驅(qū)動器(T)、差分式接收器(R)的數(shù)據(jù)收發(fā)?？刂菩盘?C)、數(shù)據(jù)接收端(RXD)和數(shù)據(jù)發(fā)送端(TXD)經(jīng)光電隔離部件(E1、E2、E3)將外部線路與智能通信卡隔離。
4.按權(quán)利要求1所述的異步兩線全雙工智能通信卡其特征在于保護(hù)電路中銜壓管(d1、d2)反相串接，并串接有限流電阻(R1)和光電隔離器(E4)。
5.按權(quán)利要求1所述的異步兩線全雙工智能通信卡，其特征在于該卡處于工作狀態(tài)時不與計算機總線有聯(lián)系，只要求計算機供電，既可插在計算機總線槽上，又可單獨供電封裝。
全文摘要
本發(fā)明屬計算機網(wǎng)絡(luò)及通信領(lǐng)域。其存儲器，異步串行通信部件1(U
文檔編號H04L5/14GK1124894SQ9411971
公開日1996年6月19日 申請日期1994年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月12日
發(fā)明者韓曉春, 高強, 孫立飛 申請人:韓曉春