专利名称：异步两线全双工高速远距智能通信卡的制作方法
技术领域：
本发明属计算机网络及通信领域。
已有的技术尚存在如下问题1.局部网络中使用同轴电缆或双绞线等传输介质，采用基带传输方法，必须铺设专用线路，且传输距离短。即使采用中继器、粗缆，仍不能满足大多数单位联网要求。
2.调制解调器技术是利用双绞线或电话线进行远距通信的常规方法，对于单位内部联网，线路带宽得不到充分利用。调制解调器价格高，通信速率低，近来国内外有较高速率调制解调器销售，价格更贵，对线路要求较高。
3.RS-232串行接口的通信，除可利用调制解调器外，也可直接通信，但距离限定在15米，很难突破几百米，速率也限定在9600bps。
4.在两线双绞线路上实现全双工数据通信，有频分法、时分法和回波抵消技术。其中频分法用于调制解调器中，线路复杂，且实际实现的系统通信速率较低；时分法主要缺点是线路利用率低，通信速率仅为物理信道可提供速率的50％；回波抵消技术主要缺点是线路复杂，能查到的专用芯片都是固定通信速率，且为同步通信方式。
本发明的目的在于针对现有局部网络联网通信距离短，使用调制解调器通信速率低，不能满足大多数单位计算机联网需求的现状，提供一种使用双绞线或利用单位内部的电话线路，实现传输速度高，传输距离长，支持广泛使用的串行异步全双工通信硬件及软件，能满足各种点——点式通信系统，局部网络远程访问及网际互连需要的智能通信接口(卡)。
本发明由单片机(U1)负责对存储器(U2)、异步串行通信部件1(U3)和异步串行通信部件2(U4)进行控制。异步串行通信部件1(U3)与EIA电平、TTL电平转换电路(U5)进行双向数据通信，异步串行通信部件2(U4)与平衡数据发送、接收器对(U7)通过光电隔离部件(U6)进行双向数据传输。由单片机(U1)对异步串行通信部件2(U4)及保护电路部分(U8)进行实时监测与控制，以决定外部线路(电话线或双绞线)是否能与RS-232C串口连接线路(U5)进行连接。
异步串行通信部件1(U3)与实现EIA电平与TTL电平转换电路组成本发明的异步串行通信部分之一(如图2所示)。异步串行通信部件1(U3)由微处理机系统(P1)控制，并通过EIA电平向TTL电平转换器(P2)和TTL电平向EIA电平转换器(P3)完成与工作站RS-232串行通信口的数据通信。EIA电平向TTL电平转换器(P2)和TTL电平向EIA电平转换器(P3)与工作站串行通信口的DB-25连接器连接。
由异步串行通信部件2(U4)与光电隔离电路(U6)及平衡数据发送、接收器对(U7)组成本发明的异步串行通信部分之二(如图3所示)，用以实现智能通信卡采用平衡方式通过一对电话线进行效据收发。它由平衡式驱动器(T)、差分式接收器(R)、异步串行通信部件2(U4)和三个不同类型的光电隔离器件(E1、E2、E3)组成。异步串行通信部件2的控制信号(C)控制平衡驱动器(T)、差分式接收器(R)的数据收发。控制信号(C)、数据接收端(RXD)和数据发送端(TXD)经光电隔离器件(E1、E2、E3)将外部线路与智能通信卡隔离。
保护电路中稳压管(d1、d2)反相串接，并串接有限流电阻(R1)和光电隔离器(E4)，以保证当通信线路电压过高时能使稳压管(d1或d2)有一管击穿，导致光电隔离器(E4)产生低电平输出，强制触发器状态改变，继电器(J)切断通信线与计算机的连接。稳压管(d1、d2)反相串接保证了通信线无论哪端为正极都可使电路正常监测，光电隔离器(E4)既可起到外部电信号与计算机的隔离作用，又可产生正确控制信号，该部分的最大特点是保护电路可重复使用，不是一次性保护。
异步两线全双工智能通信卡处于工作状态时不与计算机总线有联系，只要求计算机供电。本通信卡既可插在计算机总线槽上，又可单独供电封装，置于计算机体外正常工作。
图1中的保护电路(U8)是为防止外部通信线路(电话线或双绞线)的意外强电串入，及时切换继电器开关而设计的，同时兼有正常通信时的数据通信和电话通信切换的功能，其示意图如图4。包括稳压管(d1、d2)，限流电阻(R1)，光电隔离器件(E4)，触发器，驱动器(q)，继电器(J)组成。稳压管(d1和d2)反相串接，并与限流电阻(R1)、光电隔离器件(E4)串接，当通信线路(电话线或双绞线)上电压过高时，稳压管(d1或d2)击穿，使光电隔离器件(E4)产生低电平输出，致使触发器低电平输出，通过驱动器(q)使继电器动作，切断通信线与计算机的连接，从而起到保护作用。
当计算机进入通信状态时，用控制信号(C，P0)置触发器输出(Q)为高电平，通过驱动器(q)将继电器(J)置向计算机(J2)与电话线连接，进行数据通信，正常通信结束后，单片机(U1)可控制异步串行通信部件2(U4)，用控制信号(C，P0)将触发器置成低电平输出，使继电器(J)开关动作，将电话线与电话机(J1)连通，保证电话正常通信。
采用单片机，收发缓存器和自适应帧长等措施，保障在单一双绞线物理通道上，提供高效率双向数据传输，即全双工服务。
在基带方式下实现二线全双工数据通信的典型方法是所谓“乒乓”方式。该方式将一个物理信道等分为两个子信道。通信双方分别用两个子信道进行两个方向的数据传输，它解决了单一物理信道的全双工数据通信问题，但效率要降低50％。且对异步串行通信来说，其实现方法未见报道。
实践表明，对用户的各种通信应用来说(如电子邮件、文件传输等)，两个方向的数据流量经常在一个方向的信道上是空闲或半空闲的。基于这种情况，本发明设计了异步自适应二线全双工通信协议，该协议中有接收和发送缓冲区各一个，缓冲区首尾指针用于对缓冲区的管理，当接口板接到主机RS-232接口发来的数据时，首先将数据存入发送缓冲区，并修改指针。同样地当接收到远地来的数据并证实正确后，也存入到接收缓冲区，等待程序查询到主机RS-232接口可以接纳数据后，再将缓冲区中数据逐字节传送到主机。这样，接口硬件结构包括了本地数据收发部分、收发数据缓冲器部分、远地数据收发部分、线路接口和单片机控制部分。
收发数据缓冲器部分是整个接口硬件结构的核心，通过缓冲器的有效管理，可以提供信息传输的有效控制和管理。
单片机控制部分主要完成对存储器(U2)、异步中行通信部件1(U3)、异步串行通信部件2(U4)和平衡数据发送、接收器对(U7)四个部分的控制，具体包括(1)对线路接口与外线接通，断开状态的控制；(2)对本地和远地数据收发部分的状态监视和数据收发；(3)对收发数据缓冲器的管理和数据存取。
具体实现上，要求单片机能以较高的速度运行。
在接口协议中，既要解决信息的双向传输，又要尽可能减小信息时延，其关键是发收数据的格式和规程。
数据桢的格式是0—15字节数据前面加一信息字节，数据桢的标准长度为16字节，为了提高数据的速率，数据桢组装时，若缓冲区数据小于15个字节时，可采用不定长方式，即发送缓冲区无数据发送时，只发一个短桢作为发送联络和应答。当发送缓冲区有数据时，发送全部数据(少于15个字节)或部分数据(15字节)这样可动态地保障信道按实际数据量大小动态分配带宽，从而提高了信道的利用率。
命令通信两种工作状态，使接口卡能够接收和响应本地及远地的控制信息，同时在命令态以约定的通信速率(2400bps和远地接口卡及其它设备进行通信，实现远地测试、中继控制和通信线路转接等。
与RS-232C串口连接线路(U5)主要完成EIA——TTL电平转换。异步串行通信部件1(U3)负责通过与RS-232C串口连接线路(U5)和所连的数据通信设备(如计算机)进行数据和控制信号的交互。存储器(U2)可从软件口划分为输入缓冲区和输出缓冲区两部分。从异步串行通信部件1(U3)来的数据，先暂存在输出缓冲区，而输入缓冲区的数据，经异步串行通信部件1(U3)送至数据通信设备。异步串行通信部件2(U4)负责通过与通信线路相连接的线路(U7)和远地通信接口进行信息传递，从异步串行通信部件2(U4)来的远地数据先暂存在输入缓冲区，而输出缓冲区的数据通过异步串行通信部件2(U4)发出。与通信线路相连接的线路(U6、U7、U8)用于实现数据的平衡传输、线路匹配、切换与保护。
图1为智能通信卡结构框图其中U1——单片机；U2——存储器；U3——异步串行通信部件1；U4——异步串行通信部件2；U5——与RS-232C串口连接线路；U6——光电隔离器件；U7——平衡数据发送、接收器对；U8——保护电路部分。
图2为异步串行通信部分之一结构示意图其中P1——微处理机系统；P2——EIA电平向TTL电平转换器；P3——TTL电平向EIA电平转换器。
图3为异步串行通信部分之二结构示意图其中T——平衡式驱动器；R——差分式接收器；E1、E2、E3——不同类型的光电隔离器件；C——异步串行通信部件2的控制信号；RXD——数据接收端；TXD——数据发送端。
图4为保护电路示意图其中d1、d2——稳压管；R1——限流电阻；E4——光电隔离器；q——驱动器；J——继电器；C——U4的控制信号；P0——U4的控制端out1；g——继电器(J)的控制端；d——触发器输入端；CLR——触发器清“0”端；CD——触发器脉冲输入端；Q——触发器输出端；J1——电话机；J2——计算机。
图5为命令状态程序框图其中；A口为异步串行通信部件1(U3)的数据口；C口为异步串行通信部件2(U4)的数据口。
图6为通信状态程序框图其中A口、C口与图5中A口和C口同。
要发明的积极效果在于1.适用于单位内部或距离在10公里以内，利用一个电话交换分局所管辖的电话用户线路或铺设专用双绞线路，实现计算机间点——点通信或计算机局网远地访问或计算机网际互连。实现了基带数据通信，异步数据通信，利用双绞线路或电话线路，高通信速率，远距离通信，全双工数据通信和高通道利用率的完美结合。
2.结构合理，既可插入IBM—PC兼容机扩展槽中，又可独立封装与其它类计算机或终端相连使用。
3.能使平行入户线较长，且没法更换入户线为双绞线时，也能稳定通信。
4.具有线路切换控制和保护电路。
5.通用性强，适用于任何使用RS-232串行接口的个人计算机、多用户计算机、网络桥接器等其它智能设备。不仅可用于计算机通信网络，而且可用于控制系统等多机通信场合。
实施例单片机(U1)可采用8031，8051，8751单片机；存储器(U2)可采用2764，6264等存储芯片；异步串行通信部件1、2(U3、U4)可采用UM8250芯片；EIA电平与TTL电平转换器件可采用MC1488、MC1489芯片；光电隔离器件(U6)可采用TTL117、TLP521；平衡数据发送、接收器对(U7)可采用MC3486、MC3486集成电路；保护电路部分(U6)可采用稳压管IN759、ILP521；继电器DSZY—S—DC5U；软件部分监控软件用MCS-51汇编语言编写占4K字节存储空间，数据缓冲区占8K字节存储空间。
权利要求
1.一种异步两线全双工智能通信卡，其特征在于存储器(U2)、异步串行通信部件1(U3)、异步串行通信部件2(U4)由单片机(U1)控制；异步串行通信部件1(U3)与EIA电平、TTL电平转换电路(U5)进行双向数据通信；异步串行通信部件2(U4)与平衡数据发送、接收器对(U7)通过光电隔离部件(U6)进行双向数据传输；由单片机(U1)对异步串行通信部件2(U4)及保护电路部分(U3)进行实时监测与控制。
2.按权利要求1所述的异步两线全双工智能通信卡，其特征在于异步串行通信部件1(U3)由微处理机系统(P1)控制，并通过EIA电平向TTL电平转换器(P2)和TTL电平向EIA电平转换器(P3)完成与工作站RS-232串行通信口的数据通信。EIA电平向TTL电平转换器(P2)和TTL电平向EIA电平转换器(P3)与工作站串行通信口的DB——25连接器连接。
3.按权利要求1所述的异步两线全双工智能通信卡，其特征在于由平衡式驱动器(T)、差分式接收器(R)、异步串行通信部件2(U4)和三个不同类型的光电隔离部件(E1、E2、E3)组成异步串行通信部分之二，异步串行通信部件2的控制信号(C)控制平衡驱动器(T)、差分式接收器(R)的数据收发。控制信号(C)、数据接收端(RXD)和数据发送端(TXD)经光电隔离部件(E1、E2、E3)将外部线路与智能通信卡隔离。
4.按权利要求1所述的异步两线全双工智能通信卡其特征在于保护电路中衔压管(d1、d2)反相串接，并串接有限流电阻(R1)和光电隔离器(E4)。
5.按权利要求1所述的异步两线全双工智能通信卡，其特征在于该卡处于工作状态时不与计算机总线有联系，只要求计算机供电，既可插在计算机总线槽上，又可单独供电封装。
全文摘要
本发明属计算机网络及通信领域。其存储器，异步串行通信部件1(U
文档编号H04L5/14GK1124894SQ9411971
公开日1996年6月19日 申请日期1994年12月12日 优先权日1994年12月12日
发明者韩晓春, 高强, 孙立飞 申请人:韩晓春