UART多串口擴展器SP2338DP及其應用
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關(guān)鍵詞：UART 串口擴展 單片機
1 概述
當前，以單片機為核心構成的智能化測控系統及電子產(chǎn)品不斷涌現，為了滿(mǎn)足數字化及智能化要求，許多外圍電路功能模塊、部件、器件及傳感器也具備了UART串口通信功能。而現階段的8位、16位、32位單片機卻大部分僅提供一個(gè)UART串口，這樣就很難滿(mǎn)足系統中一方面要與具有UART功能的串口部件通信，另一方面又要與上位機通信的要求。利用SP2338DP多串口擴展器，可很好地解決此問(wèn)題。
2 工作特性
SP2338DP是采用低功耗CMOS工藝設計的UART多串口擴展芯片。該器件可將一個(gè)高波特率的UART串口擴展為3個(gè)較高波特率的UART串口，從而為系統需要多個(gè)串口時(shí)提供了很好的解決方案。該器件的主要特性如下：
*可將1個(gè)UART串口擴展為3個(gè)UART串口。
*全雙工異步工作：4個(gè)UART串口都為全雙工異步工作模式。
*高工作速度：1200～9600b/s（可由晶振頻率設定任意非標準波特率）。
*波特率設置簡(jiǎn)單：不需軟件設置，只需更改輸入時(shí)鐘頻率即可。
*波特率誤差?。好總€(gè)串口的數據輸出波特率誤差小于0.25%。
*接收波特率范圍寬：要求每個(gè)串口數據波特率小于2.5%即可。
*數據傳輸誤碼率極低：小于10 -9（接收的數據波特率誤差小于2%時(shí)）。
*具有節電模式：進(jìn)入節電模式后典型靜態(tài)電流為0.5μA。
*可自動(dòng)喚醒：任意串口的接收端有數據出現時(shí)自動(dòng)喚醒。
*寬工作電源電壓：2.4～5.5V。
*低工作電流：典型工作電流為4.4mA。
3 封裝及引腳說(shuō)明
該器件具有DIP、SOIC和SSOP多種封裝形式。下面以DIP封裝形式為例，給出元件的封裝及引腳排列，如圖1所示。引腳功能及說(shuō)明見(jiàn)表1。
表1 SP2338 DIP引腳功能
| 名 稱(chēng) | 編 號 | 類(lèi) 型 | 描 述 |
| ADRI0 | 18 | I | 串口3接收數據地址線(xiàn)0 |
| ADRI1 | 17 | I | 串口3接收數據地址線(xiàn)1 |
| ADRO0 | 1 | O | 串口3發(fā)送數據地址線(xiàn)0 |
| ADRO1 | 2 | O | 串口3發(fā)送數據地址線(xiàn)1 |
| RX0 | 8 | I | 串口0數據接收 |
| TX0 | 9 | O | 串口0數據發(fā)送 |
| RX1 | 11 | I | 串口1數據接收 |
| TX1 | 10 | O | 串口1數據發(fā)送 |
| RX2 | 13 | I | 串口2數據接收 |
| TX2 | 12 | O | 串口2數據發(fā)送 |
| RX3 | 6 | I | 串口3數據接收 |
| TX3 | 7 | O | 串口3數據發(fā)送 |
| OSCI | 16 | I | 時(shí)鐘輸入 |
| OSCO | 15 | O | 時(shí)鐘輸出 |
| VCC | 3，4，14 | - | 正電源 |
| GND | 5 | - | 地 |
4 應用說(shuō)明
SP2338DP在使用時(shí)應遵循以下原則：
①SP2338DP適用于串行數據為8位的應用領(lǐng)域（如數據位7為位，可選用SP2337DP器件）；
②串口0～2為較高波特率的串口（子串口）。
③串口3為高波特率串口（母串口），它的數據傳輸速率是子串口的4倍。如輸入時(shí)鐘頻率foscin為10MHz，則串口3的波特率為19 200bps，串口0～2的波特率為19 200bps/4=4800 bps；如果需要在串口0～2上獲得波特率K，則需按以下公式改變時(shí)鐘頻率即可。
K=4800foscin/10(bps)
其中foscin≤20MHz
④ADRI1、ADR10為下行地址線(xiàn)，ADRI1、ADRI0=00、01、10時(shí)，分別對應子串口0、1、2、ADR1、ADR0=11時(shí)，為串口3的地址；同時(shí)，它也是SP2338DP的命令/數據口地址。
⑤ADRO1、ADRO0為上行數據的串口地址線(xiàn)，ADRO1、ADRO0=00、01、10時(shí)，分別對應子串口0、1、2。當上位機UART接收到由串口3發(fā)送來(lái)的數據時(shí)，立即讀取地址線(xiàn)ADRO1和ADRO0的狀態(tài)。根據ADRO1和ADRO0的狀態(tài)即可判斷出數據是由哪個(gè)串口發(fā)送來(lái)的。
⑥芯片喚醒條件為：向串口0～串口3的任意一個(gè)數據接收端口寫(xiě)入1個(gè)字節數據。由于SP2338DP的喚醒時(shí)間為25ms左右，故用于芯片喚醒的數據將不能被正確接收，因此應采用下面的芯片喚醒流程；先發(fā)送1個(gè)字節數據，用于喚醒芯片，延時(shí)25ms后再發(fā)送有效的數據。
⑦為了快速可靠地傳輸批量數據，可以采用下面的方法，實(shí)現數據快速可靠的接收、發(fā)送。
如上位機只需要向一個(gè)串口發(fā)送數據，則可向該串口發(fā)送完1個(gè)字節數據后再向地址11（串口3的地址）連續發(fā)送4個(gè)字節“0X00”。其后向需要發(fā)送數據的串口發(fā)送1個(gè)字節數據，再向串口3發(fā)送4個(gè)字節“0X00”，按此方式循環(huán)發(fā)送即可。
如果此位同需向兩個(gè)串口分別發(fā)送兩個(gè)數據塊，則可分別向兩個(gè)相應的子串口發(fā)送1個(gè)字節的數據后再向串口3發(fā)送4個(gè)字節的“0X00”，然后分別將兩個(gè)數據塊的下一個(gè)字節發(fā)送到兩個(gè)子串口上。
如果上位機有3個(gè)數據塊需要分別向3個(gè)子串口發(fā)送，則可先向3個(gè)子串口分別發(fā)送1個(gè)字節的有效數據后再向串口3發(fā)送2個(gè)字節的“0X00”，然后循環(huán)向3個(gè)子串口發(fā)送有效的數據。
注意：寫(xiě)入串口3用于延時(shí)的數據只能是“0X00”，寫(xiě)入其它數據將產(chǎn)生可預料的結果。
⑧SP233DP數據發(fā)送工作過(guò)程如下：如果上位機需要將數據“0X28”由串口2發(fā)送出去，則需先將ADRI1置為“1”，ADRI0置為“0”，再將數據“0X28”通過(guò)上位機的UART口發(fā)送到串口3即可。
⑨SP2338DP可執行的命令僅有兩種，即復位和睡眠命令。當上位機通過(guò)串口3（地址為“11”）寫(xiě)入數據“0X35”或“0XB5”時(shí)，則芯片執行軟件復位，復位時(shí)間約為21.75ms；當寫(xiě)入的數據為“0X55”或“0XD5”時(shí)，芯片將進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
圖2 利用SP2338DP擴展的3串口電路
5 典型應用電路
利用SP2338DP可將僅具有一個(gè)UART串口的單片機擴展為具有3個(gè)UART串口的單片機。下面以常用的AT89C52單片機為例，給出相應的串口擴展電路，如圖2所示。
圖2中AT89C52的全雙工串口與SP2338DP的串口3相連。串口3同時(shí)也做為命令/數據口。ADRI1和ADRI0與AT89C52的P3.3、P3.2口線(xiàn)相連，用于發(fā)送數據時(shí)相應串口0～2的選擇。ADRO1和ADRO0與AT89C52的P3.4、P3.5口線(xiàn)相連，用于判斷接收的數據來(lái)自串口0～2的哪一個(gè)。SP2338DP的時(shí)鐘頻率選為20MHz，此時(shí)串口3的波特率為19 200bps，串口0～2的波特率為9600bps。網(wǎng)絡(luò )補充版（http://www.dpj.com.cn）中，給出與上述電路配套的通信程序，程序采用C51編制。
結語(yǔ)
SP2338多串口擴展器可廣泛應用于工業(yè)控制、數據采集、儀器儀表、智能家電、計算機RS232口擴展、有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)數據傳輸等領(lǐng)域。由該器件構成的多串口電路具有硬件成本低、性?xún)r(jià)比高、工作速度高、波特率設置簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因而選擇該器件是多串口應用系統的良好解決方案。
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