一种单总线全双工的数据通信方法及系统与流程

本发明涉及数据通讯领域，特别是涉及一种单总线全双工的数据通信方法及系统。

背景技术：

目前半导体芯片间常用的总线包括I2C总线，SPI总线，UART总线等等。这些总线均有各自的应用场合，在某方面有显著的优势。I2C总线由SDA和SCL两条线组成，其优点是电路简单，一个主控端可以连接最多127个设备，非常适合多个设备共用一组总线的情况。SPI由CS/CLK/DIN/DOUT四线组成，优点是速率高，能够实现双向的数据传输。UART总线由TX/RX两线组成，可以实现全双工通信。无论是双工或半双工传输，这些总线一般需要多根数据线。

在含有MCU(微控制器)的电子系统中，MCU往往控制多个外设；受封装及成本因素的制约，MCU的IO口数量有限，所以MCU往往采用串行通信与外设交换数据，给专业人员带来不必要麻烦，影响了工作的效率。

技术实现要素：

本发明的目的提供了一种单总线全双工的数据通信方法及系统，实现了单根线数据的全双工通信，节约了微控制器的输入输出接口，使工作效率进一步提高。

本发明提供的技术方案如下：

一种单总线全双工的数据通信方法，包括步骤：S100第一收发端以第一电压作为高电平、以第二电压作为低电平，向数据总线上发送第一频率的第一数据信息；S200第二收发端以第一数据信息的当前电压作为高电平，以第三电压作为低电平，向数据总线上发送第二频率的第二数据信息；S300所述数据总线同时接收转发所述第一发送端发送的第一数据信息和所述第二发送端发送的第二数据信息；S400所述第二收发端根据所述第一、第二频率，从所述数据总线上读取所述第一数据信息；S500所述第一收发端根据所述第一、第二、第三电压，从所述数据总线上读取所述第二数据信息。

在本发明中，实现由一条数据线承载四个端口的数据信息，实现了全双工的数据通信；实现了半导体芯片间全双工总线连接最少，对节省芯片的引脚有积极的意义。

进一步优选的，所述S400所述第二收发端根据所述第一、第二频率，从所述数据总线上读取所述第一数据信息进一步包括步骤：S410接收所述数据总线上的第一、第二混合数据信息；S420根据所述的第二频率滤除所述第二数据信息，保留接收的所述第一频率的第一数据信息；S430将所述接收的第一数据信息的电压与第一参考电压进行比对；S440当所述接收的第一数据信息的电压大于第一参考电压时，所述第二收发端输出所述第一数据信息的高电平；当所述接收的第一数据信息的电压小于第一参考电压时，所述第二收发端输出所述第一数据信息的低电平。

在本发明中，为确保总线上传输的数据发生冲突，两个发送端发送的数据信息设置的频率不同；进一步为避免第二接收端接收第二发送端发送的数据信息，在第二发送端进行低通滤波；在数据通信过程中通过半导体输出的数据信息是以二进行形式传输的，为表达第一发送端发送的数据信息，因此通过参考电压进行对比的方法实现二进制的转换，通过本发明中提供的技术特征，解决了数据冲突的发生的问题，使数据的传输更加可靠，安全。

进一步优选的，所述S500所述第一收发端根据第二参考电压，从所述数据总线上读取所述第二数据信息进一步包括步骤：S510接收所述数据总线上的第一、第二混合数据信息；S520将所述接收的第一、第二混合数据信息的电压与所述第二参考电压进行比对；S530当所述接收的第一、第二混合数据信息的电压大于第二参考电压时，所述第一收发端输出所述第二数据信息的高电平；当所述接收的第一、第二混合数据信息的电压小于第二参考电压时，所述第一收发端输出所述第二数据信息的低电平。

在本发明中，两个收发端发送的数据信息发送以及接收发送采用不同的方式，在每个接收端设置不同的参考电压，避免了数据冲突的发生，不同的电压值承载不同的数据信息，使数据传输更加灵活，有序。

进一步优选的，所述步骤S100之前还包括步骤：S010设置所述第一、第二频率；和/或，S020设置所述第一、第二、第三电压和第一、第二参考电压；其中，所述第一频率低于所述第二频率；所述第一电压大于所述第二电压、所述第二电压大于所述第三电压；所述第一参考电压小于所述第一电压大于所述第二电压，所述第二参考电压小于所述第二电压大于所述第三电压。

由于本发明的全双工数据通信采用一根数据线实现，因此采用两种频率的数据双向传输，同时在接收端设置不同的参考电压与总线上传输的数据信息进行比对接收，更进一步的解决数据传输冲突的发生。在预先设置传输参数，为整个系统的正常运行，提供有力保障，使本发明的方法更快适应工作状态。

进一步优选的，进一步包括步骤：S110当所述第一收发端没有第一数据信息需要发送时，向数据总线上发送第二数据信息的高电平维持信号；S210第二收发端以所述高电平维持信号的当前电压作为高电平，以第三电压作为低电平，向数据总线上发送第二频率的第二数据信息；S425滤除所述高电平维持信号。

一种单总线全双工的数据通信系统，包括：第一收发端发送模块，第一收发端以第一电压作为高电平、以第二电压作为低电平，向数据总线上发送第一频率的第一数据信息；第二收发端发送模块，与所述第一收发端发送模块电连接，第二收发端以第一数据信息的当前电压作为高电平，以第三电压作为低电平，向数据总线上发送第二频率的第二数据信息；

数据总线，分别与所述第一收发端发送模块、所述第二收发端发送模块电连接，所述数据总线同时接收转发所述第一发送端发送的第一数据信息和所述第二发送端发送的第二数据信息；第一收发端接收模块，与所述数据总线电连接，所述第一收发端根据所述第一、第二、第三电压，从所述数据总线上读取所述第二数据信息；第二收发端接收模块，与所述数据总线电连接，所述第二收发端根据所述第一、第二频率，从所述数据总线上读取所述第一数据信息。

在本发明中，实现由一条数据线承载四个端口的数据信息，实现了全双工的数据通信；实现了半导体芯片间全双工总线连接最少，对节省芯片的引脚有积极的意义。

进一步优选的，所述第二收发端接收模块包括：第二接收子端口，接收所述数据总线上的第一、第二混合数据信息；低通滤波子模块，与所述第二接收子端口电连接，根据所述的第二频率滤除所述第二数据信息，保留接收的所述第一频率的第一数据信息；第二电压比较子模块，与所述低通滤波子模块电连接，将所述接收的第一数据信息的电压与第一参考电压进行比对；第二输出子模块，与所述第二电压比较子模块电连接，当所述接收的第一数据信息的电压大于第一参考电压时，所述第二收发端输出所述第一数据信息的高电平；当所述接收的第一数据信息的电压小于第一参考电压时，所述第二收发端输出所述第一数据信息的低电平。

在本发明中，为确保总线上传输的数据发生冲突，两个发送端发送的数据信息设置的频率不同；进一步为避免第二接收端接收第二发送端发送的数据信息，在第二发送端进行低通滤波；在数据通信过程中通过半导体输出的数据信息是以二进行形式传输的，为表达第一发送端发送的数据信息，因此通过参考电压进行对比的方法实现二进制的转换，通过本发明中提供的技术特征，解决了数据冲突的发生的问题，使数据的传输更加可靠，安全。

进一步优选的，所述第一收发端接收模块包括：第一接收子端口，接收所述数据总线上的第一、第二混合数据信息；第二电压比较子模块，与所述第一接收子端口电连接，将所述第一接收子端口接收的第一、第二混合数据信息的电压与所述第二参考电压进行比对；第二输出子模块，与所述第二电压比较子模块电连接，当所述接收的第一、第二混合数据信息的电压大于第二参考电压时，所述第一收发端输出所述第二数据信息的高电平；当所述接收的第一、第二混合数据信息的电压小于第二参考电压时，所述第一收发端输出所述第二数据信息的低电平。

在本发明中两个收发端发送的数据信息发送以及接收发送采用不同的方式，在每个接收端设置不同的参考电压，避免了数据冲突的发生，不同的电压值承载不同的数据信息，使数据传输更加灵活，有序。

进一步优选的，还包括：参数预设模块，分别与所述第二收发端接收模块、所述第一收发端接收模块电连接，设置所述第一、第二频率；和/或，设置所述第一、第二、第三电压和第一、第二参考电压；其中，所述第一频率低于所述第二频率；所述第一电压大于所述第二电压、所述第二电压大于所述第三电压；所述第一参考电压小于所述第一电压大于所述第二电压，所述第二参考电压小于所述第二电压大于所述第三电压。

进一步优选的，进一步包括：第一收发端发送模块进一步包括电平维持子模块，当所述第一收发端没有第一数据信息需要发送时，向数据总线上发送第二数据信息的高电平维持信号；第二收发端发送模块210还用于第二收发端以所述高电平维持信号的当前电压作为高电平，以第三电压作为低电平，向数据总线上发送第二频率的第二数据信息；电平滤除子模块，滤除所述电平维持子模块的高电平维持信号。

与现有技术相比，本发明提供一种单总线全双工的数据通信方法及系统，至少带来以下一种技术效果：

本发明在双向数据总线上通过传输3种电平V1、V2和0实现两个收发端两种数据的传输；并且通过设置两个收发端发送数据的工作频率的不同，解决了单线全双工通信的数据冲突问题；本发明实现了半导体芯片管脚通讯连接最少，节省了输入输出接口，进一步的节省了资源，提高了芯片接口的有效利用率。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种单总线全双工的数据通信方法及系统特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明一种单总线全双工的数据通信方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明一种单总线全双工的数据通信方法的另一个实施例的流程图；

图3是本发明一种单总线全双工的数据通信方法的另一个实施例的流程图；

图4是本发明一种单总线全双工的数据通信方法的另一个实施例的流程图；

图5是本发明一种单总线全双工的数据通信方法的一个实施例的流程图；

图6是本发明一种单总线全双工的数据通信系统的另一个实施例的结构示意图；

图7是本发明一种单总线全双工的数据通信系统的另一个实施例的结构示意图；

图8是本发明一种单总线全双工的数据通信系统的另一个实施例的电路图；

图9是本发明一种单总线全双工的数据通信系统的另一个实施例的时序图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

本发明提供了一种单总线全双工的数据通信方法的一个实施例，参考图1所示，包括步骤：S100第一收发端以第一电压作为高电平、以第二电压作为低电平，向数据总线上发送第一频率的第一数据信息；S200第二收发端以第一数据信息的当前电压作为高电平，以第三电压作为低电平，向数据总线上发送第二频率的第二数据信息；S300所述数据总线同时接收转发所述第一发送端发送的第一数据信息和所述第二发送端发送的第二数据信息；S400所述第二收发端根据所述第一、第二频率，从所述数据总线上读取所述第一数据信息；S500所述第一收发端根据所述第一、第二、第三电压，从所述数据总线上读取所述第二数据信息。

具体的，在本发明的本实施例中，包括两个发送端和两个接收端；第一收发端包括第一发送端和第一接收端；第二收发端包括第二发送端和第二接收端；第一发送端发送的数据信息由第二接收端接收；第二发送端发送的数据信息由第一接收端接收；两个发送端和接收端发送和转发的数据信息全部由数据总线完成，数据总线由一条数据线实现发送和转发，即全双工通信；(全双工是指在通信的任意时刻，线路上可以同时存在A到B和B到A的双向信号传输。在全双工方式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传送。)第一发送端发送的数据信息由两种电压第一电压V1和第二电压V2承载，V1大于V2，V1代表第一发送端发送的高电平，V2代表第一发送端发送的低电平；在第二接收端接收总线的上数据信息时，首先需要对单总线上的数据信息进行低通滤波，确保接收的数据信息来自于第一发送端；在第二发送端发送的数据信息在总线上包括三种电压，即V1、V2、和0V；第二接收端接收满足要求的第二数据信息。

在本发明中，实现由一条数据线承载四个端口的数据信息，实现了单总线全双工的数据通信；实现了半导体芯片间全双工总线连接最少，节省了I/O端口，使资源得到有效的利用，对节省芯片的引脚有积极的意义。

优选的，所述S400第二收发端根据所述第一、第二频率，从所述数据总线上读取所述第一数据信息进一步包括步骤：S410接收所述数据总线上的第一、第二混合数据信息；S420根据所述的第二频率滤除所述第二数据信息，保留接收的所述第一频率的第一数据信息；S430将所述接收的第一数据信息的电压与第一参考电压进行比对；S440当所述接收的第一数据信息的电压大于第一参考电压时，所述第二收发端输出所述第一数据信息的高电平；当所述接收的第一数据信息的电压小于第一参考电压时，所述第二收发端输出所述第一数据信息的低电平。

具体的，参考图2所示；为确保总线上传输的数据发生冲突，两个发送端发送的数据信息设置频率不同；进一步为避免第二接收端接收第二发送端发送的数据信息，在第二发送端进行低通滤波；在数据通信过程中通过半导体输出的数据信息是以二进行形式传输的，为表达第一发送端发送的数据信息，因此通过参考电压进行对比的方法实现二进制的转换，通过本发明中提供的技术特征，解决了单总线上数据冲突的发生的问题，使数据的传输更加可靠，安全。

优选的，所述S500第一收发端根据第二参考电压，从所述数据总线上读取所述第二数据信息进一步包括步骤：S510接收所述数据总线上的第一、第二混合数据信息；S520将所述接收的第一、第二混合数据信息的电压与所述第二参考电压进行比对；S530当所述接收的第一、第二混合数据信息的电压大于第二参考电压时，所述第一收发端输出所述第二数据信息的高电平；当所述接收的第一、第二混合数据信息的电压小于第二参考电压时，所述第一收发端输出所述第二数据信息的低电平。

具体的，参考图3所示；在本发明中两个收发端的数据信息发送以及接收采用不同的方式，在每个接收端设置不同的参考电压，避免了数据冲突的发生，不同的电压值承载不同的数据信息，使数据传输更加灵活，有序。

优选的，所述步骤S100之前还包括：步骤S010设置所述第一、第二频率；和/或，S020设置所述第一、第二、第三电压和第一、第二参考电压；其中，所述第一频率低于所述第二频率；所述第一电压大于所述第二电压、所述第二电压大于所述第三电压；所述第一参考电压小于所述第一电压大于所述第二电压，所述第二参考电压小于所述第二电压大于所述第三电压。

具体的，参考图4所示；由于本发明的全双工数据通信采用一根数据线实现，因此采用两种频率的数据双向传输，同时在接收端设置不同的参考电压与总线上传输的数据信息进行比对接收，更进一步的解决数据传输冲突的发生。在预先设置传输参数，为整个系统的正常运行，提供有力保障，使本发明的方法更快适应工作状态。

优选的，进一步包括步骤：S110当所述第一收发端100没有第一数据信息需要发送时，向数据总线上发送第二数据信息的高电平维持信号；S210第二收发端200以所述高电平维持信号的当前电压作为高电平，以第三电压作为低电平，向数据总线上发送第二频率的第二数据信息；S425滤除所述高电平维持信号。

本发明还提供一种单总线全双工的数据通信系统的一个实施例中，包括：第一收发端发送模块110，第一收发端100以第一电压作为高电平、以第二电压作为低电平，向数据总线上发送第一频率的第一数据信息；第二收发端发送模块210，与所述第一收发端发送模块电连接，第二收发端200以第一数据信息的当前电压作为高电平，以第三电压作为低电平，向数据总线上发送第二频率的第二数据信息；数据总线300，分别与所述第一收发端发送模块、所述第二收发端发送模块电连接，所述数据总线同时接收转发所述第一发送端发送的第一数据信息和所述第二发送端发送的第二数据信息；第二收发端接收模块220，与所述数据总线电连接，所述第二收发端200根据所述第一、第二频率，从所述数据总线上读取所述第一数据信息；第一收发端接收模块120，与所述数据总线电连接，所述第一收发端100根据所述第一、第二、第三电压，从所述数据总线上读取所述第二数据信息。

具体的，参考图5所示；在本发明的本实施例中，包括两个发送端和两个接收端；第一收发端100包括第一发送端和第一接收端；第二收发端200包括第二发送端和第二接收端；第一发送端发送的数据信息，对应的第二接收端接收；第二发送端发送的数据信息，对应的第一接收端接收；两个发送端和接收端发送和转发的数据信息全部由数据总线完成，数据总线由一条数据线实现发送和接收，即全双工通信；(全双工是指在通信的任意时刻，线路上可以同时存在A到B和B到A的双向信号传输。在全双工方式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传送。)第一发送端发送的数据信息由两种电压V1和V2承载，V1大于V2，V1代表第一发送端发送的高电平，V2代表第一发送端发送的低电平；在第二接收端接收总线的上数据信息时，首先需要进行总线上数据信息的低通滤波，确保接收的数据信息来自于第一发送端；在第二发送端发送的数据信息在总线上包括三种电压，即V1、V2、和0V；第二接收端接收满足要求的第二数据信息。

在本发明中，实现由一条数据线承载四个端口的数据信息，实现了全双工的数据通信；实现了半导体芯片间全双工总线连接最少，对节省芯片的引脚有积极的意义。

优选的，所述第二收发端接收模块220包括：第二接收子端口221，接收所述数据总线上的第一、第二混合数据信息；低通滤波子模块222，与所述第二接收子端口221电连接，根据所述的第二频率滤除所述第二数据信息，保留接收的所述第一频率的第一数据信息；第二电压比较子模块223，与所述低通滤波子模块222电连接，将所述接收的第一数据信息的电压与第一参考电压进行比对；第二输出子模块224，与所述第二电压比较子模块223电连接，当所述接收的第一数据信息的电压大于第一参考电压时，所述第二收发端输出所述第一数据信息的高电平；当所述接收的第一数据信息的电压小于第一参考电压时，所述第二收发端输出所述第一数据信息的低电平。

具体的，参考图6所示；为确保总线上传输的数据发生冲突，两个发送端发送的数据信息设置的频率不同；进一步为避免第二接收端接收第二发送端发送的数据信息，在第二发送端进行低通滤波；在数据通信过程中通过半导体输出的数据信息是以二进行形式传输的，为表达第一发送端发送的数据信息，因此通过参考电压进行对比的方法实现二进制的转换，通过本发明中提供的技术特征，解决了数据冲突的发生的问题，使数据的传输更加可靠，安全。

优选的，所述第一收发端接收模块120包括：第一接收子端口121，接收所述数据总线上的第一、第二混合数据信息；第二电压比较子模块122，与所述第一接收子端口121电连接，将所述第一接收子端口接收的第一、第二混合数据信息的电压与所述第二参考电压进行比对；第二输出子模块123，与所述第二电压比较子模块122电连接，当所述接收的第一、第二混合数据信息的电压大于第二参考电压时，所述第一收发端输出所述第二数据信息的高电平；当所述接收的第一、第二混合数据信息的电压小于第二参考电压时，所述第一收发端输出所述第二数据信息的低电平。

具体的，参考图7所示；在本发明中两个收发端发送的数据信息发送以及接收发送采用不同的方式，在每个接收端设置不同的参考电压，避免了数据冲突的发生，不同的电压值承载不同的数据信息，使数据传输更加灵活，有序。

优选的，还包括：频率预设模块000，分别与所述第二收发端接收模块220、所述第一收发端接收模块120电连接，设置所述第一、第二频率；和/或，设置所述第一、第二、第三电压和第一、第二参考电压；其中，所述第一频率低于所述第二频率；所述第一电压大于所述第二电压、所述第二电压大于所述第三电压；所述第一参考电压小于所述第一电压大于所述第二电压，所述第二参考电压小于所述第二电压大于所述第三电压。

具体的，参考图7所示；由于本发明的全双工数据通信采用一根数据线实现，因此采用两种频率的数据双向传输，同时在接收端设置不同的参考电压与总线上传输的数据信息进行比对接收，更进一步的解决数据传输冲突的发生；在预先设置传输参数，为整个系统的正常运行，提供有力保障，使系统更快适应工作状态。

优选的，进一步包括：第一收发端发送模块110进一步包括电平维持子模块，当所述第一收发端没有第一数据信息需要发送时，向数据总线上发送第二数据信息的高电平维持信号；第二收发端发送模块210还用于第二收发端200以所述高电平维持信号的当前电压作为高电平，以第三电压作为低电平，向数据总线上发送第二频率的第二数据信息；电平滤除子模块，滤除所述电平维持子模块的高电平维持信号。

本发明还提供一个实施例；参考图8所示；本发明在双向数据总线上传输3种电平：V1、V2和0，V1大于V2；其中第一发送端TX1发出V1、V2两种电平；根据电平电压的高低分别代表数据1和0，第二发送端TX2连接一个反相器，当TX2发送0时，经反相器后变成高电平，通过电子开关M1将数据总线上电平可以下拉至0，并且第一发送端TX1发出的数据0的宽度比第二发送端TX2发出的数据宽度要窄，即第二发送端TX2发送数据的频率高于第一发送端TX1发出的数据频率。在每个接收端设置一个比较器，在第二接收端RX2比较器CMP2的正向端设置有低通滤波器LPF，可以滤除第二发送端TX2自己发出的窄脉冲，所以第二接收端RX2不会收到自己发出的数据；同时比较器CMP2的反相端的参考电平Vref2应满足条件V1>Vref2>V2，这样就可以收到第一发送端TX1发来的数据。在第一接收端RX1接收口比较器CMP1的比较电平应满足条件V2>Vref2>0，这样就不会收到自己发出的数据。在本发明中，从第一发送端发送数据至第二接收端的发送模式为主动发送，从第二发送端发送数据至第一接收端的发送模式为负载调试。V1与电阻R1连接，V2与电阻R2连接，两个电阻的作用是提供弱上拉，没有固定比例要求，可以相同，也可以不同。

本发明中通过以上实施例实现单根数据线的全双工通信，其数据收发的时序图参考图9所示；本发明在双向数据总线上通过传输3种电平V1、V2和0实现两个收发端两种数据的传输；并且通过设置两个收发端发送数据的工作频率的不同，解决了单线全双工通信的数据冲突问题；本发明实现了半导体芯片管脚通讯连接最少，节省了输入输出接口，进一步的节省了资源，提高了芯片接口的有效利用率。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。