通用異步串口擴展芯片GM8123/25的原理和應用

作者：時(shí)間：2004-12-07 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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作者Email: market@gticc.com

摘要 本文介紹了一種新器件GM8123/25串口擴展芯片，利用該系列芯片實(shí)現的串口擴展方案具有成本低、速度快、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應用于數據采集、工業(yè)控制等需要串口通訊的場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞 GM8123 GM8125 串口擴展

一．同類(lèi)方案比較

目前比較通用的串口擴展方案有兩種，一是用硬件實(shí)現，使用多串口單片機或專(zhuān)用串口擴展芯片，可供選擇的串口擴展芯片有TI等公司開(kāi)發(fā)的16C554系列串口擴展芯片，該系列芯片實(shí)現的功能是通過(guò)并行口擴展串行口，功能比較強大、通訊速度高，但控制復雜，同時(shí)價(jià)格較高，主要的應用場(chǎng)合是PC機串口擴展產(chǎn)品。在僅使用單片機控制且不需要太高波特率通訊的系統中，使用16C554系列芯片不僅成本高而且還造成了資源的浪費。而多串口單片機也同樣存在價(jià)格高的缺點(diǎn)。另一種串口擴展方案就是用軟件實(shí)現，軟件模擬串口存在的缺點(diǎn)有：一是采樣次數低，一般只能做到2次/BIT，這樣數據的正確性就難以保證；二是不能實(shí)現高波特率通訊，軟件模擬串口一般不能實(shí)現高于4800 bps的波特率。

成都國騰微電子有限公司推出的GM8123/25系列串口擴展芯片全硬件實(shí)現串口擴展，保證了芯片工作的穩定性，設計的最高波特率完全能滿(mǎn)足一般系統需求，同時(shí)占用系統資源少，使用方法簡(jiǎn)單，通訊格式可設置，與標準串口通訊格式兼容，利用該系列芯片實(shí)現串口擴展是性?xún)r(jià)比較高的串口擴展方案。

二．GM8123/25介紹

2.1 產(chǎn)品特點(diǎn)

采用寫(xiě)控制字的方式對芯片進(jìn)行控制
兩種工作模式，用戶(hù)可根據自己的系統需求靈活選擇
各子串口波特率可調（統一調節）
數據幀長(cháng)10位或11位可選
子串口數：3個(gè)（GM8123）或5個(gè)（GM8125）
數據采樣率 16次/BIT，確保數據采樣的準確可靠
單通道模式下，最高波特率支持20Mbps；多通道模式下，子串口最高波特率38400bps
與標準串口通訊格式兼容
輸出波特率誤差小于0.2%，輸入波特率誤差要求小于2.8%
寬工作電壓：2.3~6.7V
工作溫度范圍：-40℃~85℃
工作穩定，抗干擾能力強，符合工業(yè)級標準

2.2 功能描述

GM8123可擴展3個(gè)標準串口，GM8125可擴展5個(gè)標準串口，芯片可以通過(guò)軟件設置工作波特率和數據幀長(cháng)。芯片通過(guò)外部引腳選擇串口擴展模式：?jiǎn)瓮ǖ拦ぷ髂Ｊ胶投嗤ǖ拦ぷ髂Ｊ?。單通道模式下，子串口最高波特率支?0Mbps；多通道模式下，子串口最高波特率支持38400bps。

單通道模式下，無(wú)需設置芯片的通訊格式，子串口和母串口以相同的波特率工作，一個(gè)時(shí)刻只允許一組子串口和母串口通訊，工作子串口由地址線(xiàn)選擇。單通道工作模式適用于所有從機不需要同時(shí)通訊并且通訊過(guò)程完全由主機控制的系統。

多通道模式下，允許所有子串口同時(shí)與母串口通訊，母串口以子串口波特率的4倍（GM8123）/6倍（GM8125）工作，發(fā)送時(shí)由地址線(xiàn)選擇發(fā)送數據的子串口，接收時(shí)子串口能主動(dòng)響應從機發(fā)送的數據，由母串口發(fā)送給主機，同時(shí)由地址線(xiàn)返回接收到數據的子串口地址，主機在接收到子串口送來(lái)的數據后可以根據地址線(xiàn)的狀態(tài)判斷數據是從哪一個(gè)從機送來(lái)的。多通道模式使每個(gè)從機的發(fā)送要求都能被及時(shí)地響應，即使所有從機同時(shí)有發(fā)送要求，數據也不會(huì )丟失，基本實(shí)現了主控單元和外設通訊的實(shí)時(shí)性。多通道模式適用于從機向主機發(fā)送數據的時(shí)間不可控并且有實(shí)時(shí)性要求的多機通訊系統。（詳細情況查看成都國騰微電子有限公司發(fā)布的GM8123/25數據手冊）

2.3 系統結構

圖1為GM8123/25的系統結構框圖：

三．應用說(shuō)明

以以下一個(gè)系統為例，用GM8125說(shuō)明該系列芯片實(shí)現串口擴展的方法：一個(gè)系統中有5個(gè)從機需要與主機進(jìn)行串行通訊，5個(gè)從機通訊波特率均為19200bps,主機首先向所有從機發(fā)送一個(gè)字節數據作為對從機的控制命令，從機收到數據并進(jìn)行處理后立即向主機返回相關(guān)數據。根據系統要求看出，從機發(fā)送數據的時(shí)間根據其處理時(shí)間而定，不受主機控制，所以GM8125要工作在多通道模式下，即允許所有子串口同時(shí)工作。圖2是單片機與GM8125的接口框圖，該系統利用GM8125為主機89C51擴展出5個(gè)串口。

圖2 GM8125與單片機的硬件接口框圖

GM8125引腳說(shuō)明：

RST：復位引腳，低電平有效。復位后默認子串口工作波特率為1200bps，數據長(cháng)度為11位（帶校驗位）；
MS：模式選擇引腳，控制芯片工作在多通道模式下還是單通道模式下。多通道模式下兼做讀/寫(xiě)命令字選擇引腳；
SRADD0～2：接收子串口地址線(xiàn)；
STADD0～2：發(fā)送子串口地址線(xiàn)；
RXD0、TXD0：母串口收/發(fā)引腳；
RXD1～5、TXD1～5：子串口1～5收/發(fā)引腳；

下面給出主機發(fā)送和接收的控制程序，以C51為例：

#include reg51.h>
sbit MS=P3^6; //GM8125工作模式控制
sbit RESET=P3^7; //GM8125復位引腳控制
unsigned char SendBuff[5]={0xaa,0x45,0x67,0xbc,0xc9};
unsigned char ReceiveBuff0;
。。。。。。
unsigned char Contr_data;
unsigned char ADD;
unsigned char i=0;
。。。。。。

void main(void)
{
TMOD = 0x20; //指定定時(shí)器1工作在方式2
IE = 0x90; //開(kāi)串行口中斷
SCON=0xc0; //串行口工作在方式3
TH1 = 0xf8; //裝入定時(shí)器1初值,設置主機工作波特率為7200bps
TL1 = 0xf8;
PCON=0x00;
。。。。。。
RESET=0; //對GM8125進(jìn)行復位操作
Delay(); //延時(shí)子程序
RESET=1;
Delay();

Contr_data=0xfc; //裝入命令字初值
TR1=1; //啟動(dòng)定時(shí)器1
MS=0; //GM8125工作在寫(xiě)命令字模式下
P0=0x00; //置GM8125命令字地址
SBUF=Contr_data; //設置GM8125子串口波特率為19200bps，母串口波特率為115200bps
while(TI==0);
TI=0;
Delay();
（可讀取命令字的內容驗證寫(xiě)入結果是否正確）

TR1=0; //定時(shí)器1停止
TH1 = 0xff; //裝入定時(shí)器1初值,設置主控MCU工作波特率為115200bps
TL1 = 0xff;
PCON=0x80;
TR1=1; //啟動(dòng)定時(shí)器1

/*主控MCU發(fā)送/接收程序*/
ADD=0x1f; //子通道1發(fā)送地址
P1=ADD; //選擇GM8125子通道1發(fā)送
SBUF=SendBuff[i];
while(TI==0);
TI=0;
i++;

（以此方式分別向5個(gè)子串口發(fā)送數據）

REN = 1;
（等待接收處理）
}

void CommReceive(void) interrupt 4
{
if(RI)
{
switch(P10x07) //判斷SRADD0～2的狀態(tài)確定接收數據來(lái)自哪一個(gè)子串口
{
case 0:
{ReceiveBuff0=SBUF; //讀命令字存入ReceiveBuff0
}
break;
case 1:
{ReceiveBuff1=SBUF; //子通道1接收的數據存入ReceiveBuff1
}
break;
。。。。。。
default:
break;
}
RI = 0;
}
}