基于USB接口板卡的下位机系统技术方案

本实用新型专利技术设计一种基于USB接口板卡的下位机系统，其特征在于：本系统包括一母板和至少一子板，所述母板上至少具有一USB接口，每个子板上都具有一USB接口，母板通过其上的USB接口与子板的USB接口对连以实现与子板的通讯连接。本实用新型专利技术的优点：采用统一的系统架构，适应广泛的应用需求，结构功能模块化，降低成本，易于维护和扩展，大大满足用户的需要。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种下位机系统，具体的是，由一块母板和若干子板组成的下位系统。
技术介绍
目前，传统下位机系统的功能设计和结构形式根据应用目标而定，形式多样，纷繁不一。设计时，一款机型针对一种应用，即使相同应用领域，为了适应用户需求增加，诸如添力口、替换或删除功能模块等要求，也无法在原有机型上加以扩展或改进，而往往需要从新设计新款机型，这既给用户增加了经济成本，也同时带来升级维护上的不便。鉴于上述情况，亟待设计出一种可以自由组合、替换、扩展的下位机系统
技术实现思路
本技术目的是克服现有技术中存在下位机系统中不利于升级维护和功能扩展的不足，提出了一种新型的基于USB接口板卡的下位机系统。为了实现上述目的，本技术的技术方案是这样实现的基于USB接口板卡的下位机系统，其特征在于本系统包括一母板和至少一子板，所述母板上至少具有一 USB接口，每个子板上都具有一 USB接口，母板通过上述USB接口与子板对接。所述母板和子板都是功能独立的子系统，即母板和子板都可以独立运行，可以进行子板替换或扩展。所述母板上具有4个、8个、16个USB接口或更多，USB接口数量具体根据母板的规模而定，一般规模的母板预设有4个，较大规模的母板可以达到8个或16个，再大规模的可以选择更多，但为了系统的稳定运行，保证USB接口数量不超过127个。由于母板要满足与不同的数据传输率的子板通讯连接，所以根据母板和子板的数据传输率的要求，必须在母板上设计多个不同传输率的USB接口及其电路。当母板和子板的数据传输速率为低速(I. 5Mbit/s)时，母板与子板的接口电路可以这样设计所述母板中的USB接口具有一母板电源端、一第一数据端、一第二数据端和一母板接地端，子板中USB接口具有一子板电源端、一第三数据端、一第四数据端和一子板接地端，其中，该第一数据端与第三数据端相连，该第二数据端与第四数据端相连；该第一数据端还通过一第一电阻与地连接，其第二数据端还通过一第二电阻与地连接；该第四数据端还通过一第三电阻与一第一电源端连接。当母板和子板的数据传输速率为全速(12Mbit/s)时，母板与子板的接口电路可以这样设计所述母板中的USB接口具有一母板电源端、一第一数据端、一第二数据端和一母板接地端，子板中USB接口具有一子板电源端、一第三数据端、一第四数据端和一子板接地端，其中，该第一数据端与第三数据端相连，该第二数据端与第四数据端相连；该第一数据端还通过一第一电阻与地连接，其第二数据端还通过一第二电阻与地连接；该第三数据端还通过一第三电阻与一第一电源端连接。当母板和子板的数据传输速率为高速(480Mbit/s)时，母板与子板的接口电路可以这样设计所述母板中的USB接口具有一母板电源端、一第一数据端、一第二数据端和一母板接地端，子板中USB接口具有一子板电源端、一第三数据端、一第四数据端和一子板接地端，其中，该第一数据端与第三数据端相连，该第二数据端与第四数据端相连；该第一数据端还通过一第一电阻与地连接，其第二数据端还通过一第二电阻与地连接；该第三数据端还通过一第三电阻与一三极管的发射极连接，该三极管的集电极与一第一电源端连接，该三极管的基极与一控制信号端连接。其中，第一电阻的阻值范围在14. 25K—15. 75K欧姆，第二电阻的阻值范围在14. 25K—15. 75K欧姆，第三电阻的阻值范围在1425—1575欧姆。经过严格计算得出，优选地，第一电阻的阻值为15K欧姆，第二电阻的阻值为15K欧姆，第三电阻的阻值为1.5K欧姆。与现有技术相比，本技术的优点采用统一的系统架构，适应广泛的应用需 求，结构功能模块化，降低成本，易于维护和扩展，大大满足用户的需要。附图说明图I是本技术的结构示意图。图2是低速USB接口子板和母板的接口电路原理图。图3是全速USB接口子板和母板的接口电路原理图。图4是高速USB接口子板和母板的接口电路原理图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作详细说明。图I所示的是基于USB接口板卡的下位机系统，本系统包括一母板I和四子板2，所述母板上设置有4个USB接口 11 (I个为高速、I个为全速、2个为低速接口)，每个子板上也都设置有I个与母板上一 USB接口对应的USB接口，母板通过其上的一 USB接口与任意一子板上的USB接口与该子板对接。该母板提供+5V直流电源，提供和上位机之间的通讯连接，提供子板卡的USB接口插槽或连接插件。每个插槽的物理尺寸和电子连线的信号定义一致，以确保子板的互换和扩展。母板的USB接口最小集定义为母板电源端+5V、第一数据端D+、第二数据端D-和母板接地端GND，其中，第二数据端D-和第一数据端D+为差动式。子板的USB接口最小集定义为子板电源端+5V、第三数据端D+、第四数据端D-和子板接地端GND，其中，第四数据端D-和第三数据端D+也为差动式。母板的USB接口设计为USB HUB输出，属于主端口。子板的USB接口属于从端口。主从端口的数据传输有三种形式，分别为低速I. 5Mbit/s，全速12Mbit/s，和高速480Mbit/So当主从端口为低速(1.5Mbit/s)时，如图2所示，该第一数据端与第三数据端相连，该第二数据端与第四数据端相连；该第一数据端还通过一第一电阻与地连接，其第二数据端还通过一第二电阻与地连接；该第四数据端还通过一第三电阻与一第一电源端连接，第三数据端D+不接入上拉电阻。当母主从端口为全速(12Mbit/s)时，如图3所示，该第一数据端与第三数据端相连，该第二数据端与第四数据端相连；该第一数据端还通过一第一电阻与地连接，其第二数据端还通过一第二电阻与地连接；该第三数据端还通过一第三电阻与一第一电源端连接，第四数据端D-不接入上拉电阻。当主从端口为高速(480Mbit/s)时，如图4所示，该第一数据端与第三数据端相连，该第二数据端与第四数据端相连；该第一数据端还通过一第一电阻与地连接，其第二数据端还通过一第二电阻与地连接；该第三数据端还通过一第三电阻与一三极管的发射极连接，该三极管的集电极与一第一电源端3. 3V连接，该三极管的基极与一控制信号端Ctrl连接。第四数据端D-不接入上拉电阻。然后D+，D-接入USB从设备电路的数据端。高速USB接口子板在和USB HUB母板通讯之前，以全速USB接口的形式出现，此时控制信号端Ctrl为3. 3V高电位。当主从双方协商结束并认同为高速USB接口时，此时控制信号线Ctrl为OV低电位，结果相当于第三电阻开路，以达到高速数据传输时D+，D-的负载平衡。·不同数据传输速度的USB接口子板可以同时接插在母板的任意插槽内，母板系统软件和子板系统软件协同工作，支持接口插槽的自由分配和定位寻址。其连接示意图如附图四所示。其具体的机械尺寸和接触形式此处不做规范。以上仅表达了本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。权利要求1.基于USB接口板卡的下位机系统,其特征在于本系统包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于USB接口板卡的下位机系统，其特征在于：本系统包括一母板和至少一子板，所述母板上至少具有一USB接口，每个子板上都具有一USB接口，母板通过其上的USB接口与子板的USB接口对连以实现与子板的通讯连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方建中，
申请(专利权)人：上海蓝钥智能科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：