多總線(xiàn)UART芯片在嵌入式系統設計中的應用

在嵌入式系統中的應用

　　VK系列UART器件的在嵌入式產(chǎn)品中的應用領(lǐng)域包括：多串口服務(wù)器/多串口卡，工業(yè)/自動(dòng)化現場(chǎng)RS-485控制，使用CDMA/GPRS MODEM的無(wú)線(xiàn)數據傳輸，車(chē)載信息平臺/車(chē)載GPS定位系統，遠傳自動(dòng)抄表（AMR）系統，稅控POS/銀行終端等金融機具，DSP數據采集和傳輸系統等。其應用實(shí)例如下：

　　1. 在稅控POS中的應用

　　稅控POS機是一個(gè)控制密集形的嵌入式系統，需要控制大量外設。其基本配置要求的串口打印機、MODEM、RS-485網(wǎng)絡(luò )接口，以及稅控IC卡（異步卡）都工作在基于UART的串行通信方式。同時(shí)，大量的外設如密碼鍵盤(pán)、條碼掃描器、條碼稱(chēng)、接觸IC卡/非接觸IC卡讀卡器、磁卡讀卡器、串口顯示屏等設備都是通過(guò)RS-232串口與POS機相連。

　　采用VK32xx系列UART器件可以根據MCU/CPU的接口特性，選擇SPI/8位并行總線(xiàn)/UART進(jìn)行靈活的UART串口擴展。該方案與采用目前GPIO來(lái)模擬串口的方案相比，占用CPU的I/O和資源都很少，即使普通的8位MCU也可以勝任。同時(shí)，擴展的子串口都是標準的硬件UART，使得數據傳輸也更加可靠。


　　
　　2. 在遠程自動(dòng)抄表系統中的應用

　　如圖3所示，遠傳自動(dòng)抄表系統由遠傳表和集中抄表器以及MODEM等部分組成。

　　在遠傳表中，應用VK3212雙串口擴展IC將單片機的一個(gè)UART擴展成兩個(gè)UART，擴展出來(lái)的兩個(gè)串口UART1和UART2分別接RS-485/M-BUS接口和紅外接口。VK3212的UART1設置為RS-485自動(dòng)收發(fā)和RS-485網(wǎng)絡(luò )模式，可以無(wú)需MCU的控制，自動(dòng)完成RS-485/M-BUS的數據自動(dòng)收發(fā)和自動(dòng)網(wǎng)絡(luò )地址識別。VK3212的UART2設置為紅外模式，用于連接遠傳表的紅外設置窗口。

　　在集中抄表器中，用一片SPI接口的4通道UART器件VK3234將擴展出4個(gè)子串口UART，MCU通過(guò)SPI總線(xiàn)與VK3234相連。VK3234的子串口UART設置為RS-485自動(dòng)收發(fā)模式，每個(gè)子通道UART控制的RS-485/MBUS收發(fā)器通過(guò)RS-485/M-BUS總線(xiàn)連接最多250個(gè)遠傳表。一個(gè)基于VK3234的集中抄表器可以實(shí)現最多1,000個(gè)遠傳表的數據讀取。

　　由于是通過(guò)SPI接口擴展的串口，集中抄表器單片機自身的串口可以連接PSTN/GSM MODEM將集抄數據傳給遠程服務(wù)器。

　　3. 在嵌入式車(chē)載信息平臺中的應用

　　VK3233主接口有SPI和UART兩種接口可以選擇。嵌入式平臺中的DSP/CPU通過(guò)SPI/UART接口與VK3233相連，VK3233擴展出來(lái)的三個(gè)子串口分別連接GPS模塊、倒車(chē)雷達模塊和GSM/CDMA模塊，MODEM控制線(xiàn)連接GSM/CDMA MODEM。整個(gè)嵌入式系統共用一個(gè)顯示設備，有效地節省了車(chē)內有限的空間。

　　4. 在串口服務(wù)器中的應用

　　在工業(yè)控制等領(lǐng)域，眾多設備的對外通訊接口仍然是低速串口。串口服務(wù)器將多個(gè)串口設備的數據存儲、轉換以后通過(guò)IP網(wǎng)進(jìn)行傳輸。

　　圖5顯示了一個(gè)8串口服務(wù)器（4個(gè)RS-232串口、4個(gè)RS485串口）的電路原理圖，嵌入式系統中的DSP/CPU的并行位數據線(xiàn)連接2片VK3266實(shí)現了8個(gè)串口的擴展，通過(guò)地址譯碼器控制2片VK3266的CS實(shí)現片選控制。在上圖中，VK3266 A連接4個(gè)RS-232收發(fā)器，擴展出了4個(gè)帶硬件流量控制信號的RS-232串口；VK3266B則連接了4個(gè)RS-485收發(fā)器，將VK3266設置在RS-458自動(dòng)收發(fā)控制模式下，通過(guò)RTS信號控制RS-485收發(fā)器的數據發(fā)送使能DE和數據讀取使能RD信號，能實(shí)現RS-485的自動(dòng)收發(fā)控制。


選型參考和設計建議

　　1. 選型參考

　　VK32系列UART包括5個(gè)產(chǎn)品系列，各個(gè)產(chǎn)品系列的特點(diǎn)如下：

　　VK321x系列為主接口為UART的產(chǎn)品，僅通過(guò)RX，TX和GND三根信號線(xiàn)與主機相連，通過(guò)芯片內部的處理協(xié)議采用時(shí)分復用的方式將一個(gè)串口擴展成為2～4個(gè)可以同時(shí)工作的全雙工串口。在該模式下，MCU以查詢(xún)方式操作UART器件，設計中需要注意的是為保證在時(shí)分復用下各個(gè)子通道能夠同時(shí)全雙工通信，主接口的波特率需要設置為大于各個(gè)子串口波特率之和。VK321x產(chǎn)品適用于對通信速度要求不高，需要設計可靠簡(jiǎn)單的嵌入式產(chǎn)品。

　　VK322x系列產(chǎn)品的主接口為SPI同步傳行總線(xiàn)，最高傳輸速度為4Mbps。適合于帶SPI接口的MCU/DSP擴展異步串口。大多數DSP都只有同步串口，通過(guò)SPI接口實(shí)現異步串口的橋接和擴展，可以簡(jiǎn)化并行總線(xiàn)擴展串口的硬件規模和模擬異步串口的軟件開(kāi)銷(xiāo)。
　　
　　VK323x系列產(chǎn)品同時(shí)具備SPI和UART兩種可以選擇的主接口，擴展子串口具備硬件流量控制和RS-485自動(dòng)收發(fā)功能，尤其適合于需要高可靠數據傳輸的RS-485總線(xiàn)應用。

　　VK325x產(chǎn)品為8位并行總線(xiàn)接口的UART器件，VK326x為同時(shí)具備3種可選主機接口的UART器件。這兩個(gè)器件應用于需要減少備貨種類(lèi)，需要進(jìn)行大量數據傳輸的應用。

　　2. 設計建議

　　異步IC卡的接口設計。遵從7816-3的異步IC卡為半雙工異步通信接口。在實(shí)際應用中，可以將子串口的RX和TX短接后直接與IC卡的I/O信號連接，為可靠起見(jiàn)，也可以通過(guò)連接7407來(lái)驅動(dòng)IC卡的I/O信號。

　　MODEM接口的設計。目前的PSTN/GPRS/CDMA/GSM MODEM支持三線(xiàn)串口（TX、RX、GND）通過(guò)AT命令操作。但實(shí)際應用中，僅僅使用三線(xiàn)串口容易丟包,造成數據重發(fā),使得上傳速度變慢,建議使用VK32系列中帶MODEM接口的UART器件，用DSR、DTR、RI和DCD來(lái)監控MODEM狀態(tài)，用RTS和CTS來(lái)做流控，這樣速度可以達到最高。