[发明专利]全双工与半双工转换器及转换方法

权利要求书

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；

上述三态门集成电路(3)将四个三态门集成到一起，FPGA芯片(2-3)通过三态门使能信号输出端向三态门集成电路(3)发出的低电平选通信号，该信号经过非门(3-5)后成为第三三态门(3-3)和第四三态门(3-4)的高电平关断信号，此时物理层发送端(2-2)通过第一三态门(3-1)和第二三态门(3-2)向半双工信号采集模块(1)的物理层收发端发送指令；指令发送完毕后，FPGA芯片(2-3)向三态门集成电路(3)发出高电平关断信号，该信号为第一三态门(3-1)和第二三态门(3-2)高电平关断信号，但该信号经过非门(3-5)后，成为第三三态门(3-3)和第四三态门(3-4)的低电平选通信号，此时半双工信号采集模块(1)的物理层收发端通过第三三态门(3-3)和第四三态门(3-4)向物理层接收端(2-1)发送数据；

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.全双工与半双工转换方法，该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(1)、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；

上述三态门集成电路(3)将四个三态门集成到一起，FPGA芯片(2-3)通过三态门使能信号输出端向三态门集成电路(3)发出的低电平选通信号，该信号经过非门(3-5)后成为第三三态门(3-3)和第四三态门(3-4)的高电平关断信号，此时物理层发送端(2-2)通过第一三态门(3-1)和第二三态门(3-2)向半双工信号采集模块(1)的物理层收发端发送指令；指令发送完毕后，FPGA芯片(2-3)向三态门集成电路(3)发出高电平关断信号，该信号为第一三态门(3-1)和第二三态门(3-2)高电平关断信号，但该信号经过非门(3-5)后，成为第三三态门(3-3)和第四三态门(3-4)的低电平选通信号，此时半双工信号采集模块(1)的物理层收发端通过第三三态门(3-3)和第四三态门(3-4)向物理层接收端(2-1)发送数据；

所述FPGA芯片(2-3)包括数据接收模块(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)；

其特征在于：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(2-3-1)向三态门集成电路(3)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(2-3-4)向物理层发送端(2-2)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(2-3-1)向三态门集成电路(3)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(2-3-4)向数据接收模块(2-3-1)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(2-3-1)接收物理层接收端(2-1)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(2-3-1)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(2-3-3)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(2-3-3)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(2-3-1)向指令发送模块(2-3-4)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(2-3-4)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。