關鍵詞:RS-232;串口擴展;單片機;SP2538
1 概述
SP2538是專用低功耗串行口擴展芯片,該芯片主要是為解決當前基于UART串口通信的外圍智能模塊及器件較多,而單片機或DSP原有的UART串口又過少的問題而推出的。利用該器件可將現(xiàn)有單片機或DSP的單串口擴展至5個全雙工串口。與其它具有多串口的單片機或串口擴展方案相比,采用SP2538實現(xiàn)的多串口擴展方案,具有擴展串口數(shù)量多、對擴展單片機的軟硬件資源占用少、使用方法簡單、待擴展串口可實現(xiàn)較高的波特率、成本低廉、性價比高等優(yōu)點。同時,它還具有如下特點:
●可將單UART串口擴展為5個UART串口;
●工作速率范圍寬,5個子串口可產(chǎn)生2400bps~9600bps之間的任意波特率;
●可全雙工工作,母串口和所有子串口都支持全雙工UART傳輸模式;
●工作電源電壓范圍寬:3.3V~5.5V;
●典型工作電流為4.6mA(子串口速率為9600bps、VCC為3.3V時);
●資源占用少,除占用上位機原有串行口中斷外,不占用任何中斷資源;
●具有節(jié)電模式,進入節(jié)電模式后,其典型靜態(tài)電流約8μA;
●上位機發(fā)送數(shù)據(jù)可自動喚醒;
●輸出誤差小,所有子串口的輸出波特率誤差均小于0.08%;
●誤碼率低于10-9(所有串行口數(shù)據(jù)輸入波特率誤差小于等于±2%);
●接收范圍寬,波特率誤差小于2.5%時,子串口即可完全正確接收;母串口的接收范圍更寬,并可自適應56000bps和57600bps兩種標準波特率(fosc—in 為20.0MHz時);
● 可用上位機進行監(jiān)控,并具有上電復位和看門狗監(jiān)控輸出,適用于沒有看門狗或需要更多重監(jiān)控的高可靠上位機程序監(jiān)控系統(tǒng)。
2 引腳功能
SP2538具有雙列直插DIP及雙列貼片SOIC兩種封裝形式。后綴為SP2538xxH的復位時輸出高電平而后綴為SP2538xxL的復位時輸出低電平,可分別適用高、低電平復位的單片機。圖1給出了DIP封裝高電平復位SP2538DPH的外形及引腳排列圖,各引腳的功能說明列于表1。
表1 SP2538引腳說明
引腳名稱 | 引腳編號 | 引腳類型 | 引 腳 描 述 |
TX5~TX0 | 1、3、5、7、9、14 | Output | 串口5~串口0數(shù)據(jù)發(fā)送(連接上位機RX口) |
RX5~RX0 | 2、4、6、8、10、13 | Input | 串口5~串口0數(shù)據(jù)接收(連接上位機TX口) |
VCC1 | 11 | - - - | 電源1(邏輯電路電源) |
+RST | 12 | Output | 復位控制輸出(適用于高電平復位的MCU) |
VCC2 | 15 | - - - | 電源2(時鐘電路電源) |
GND | 16 | - - - | 電源地 |
OSCI | 17 | Input | 時鐘輸入(用于波特率發(fā)生器等) |
OSCO | 18 | Output | 時鐘輸出 |
ADRI0~ADRI2 | 19~21 | Input | 母串口(RX5)數(shù)據(jù)接收地址0~2 |
ADRO0~ADRO2 | 22~24 | Output | 母串口(RX5)數(shù)據(jù)發(fā)送地址0~2 |
3 應用說明
3.1 母串口收發(fā)數(shù)據(jù)過程與時序
(1)上位機接收來自母串口的數(shù)據(jù)
上位機從母串口接收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)后,會立即讀?。樱校玻担常傅妮敵龅刂罚粒模遥希病粒模遥希埃ň幋a方式為:8-4-2-1碼),然后根據(jù)輸出地址的編碼即可判斷接收到的數(shù)據(jù)來自哪個子串口,上位機接收來自母串口的數(shù)據(jù)時序如圖2所示。
(2)上位機向母串口發(fā)送數(shù)據(jù)
發(fā)送數(shù)據(jù)時,上位機首先通過串口寫入欲發(fā)送數(shù)據(jù)的子串口號,即先由上位機的串口發(fā)送數(shù)據(jù)地址ADRI2~ADRI0(編碼方式:8-4-2-1碼),然后將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)由上位機串口發(fā)出。需要注意的是:母串口的波特率是子串口的6倍,即上位機在連續(xù)向母串口發(fā)送6個字節(jié)的時間內(nèi),子串口才能發(fā)送完一個字節(jié)。上位機向母串口發(fā)送數(shù)據(jù)的時序如圖3所示。表2列出了SP2538的操作時限要求。
表2 SP2538操作時限
時限內(nèi)容 | 說 明 | 最 小 值 | 典 型 值 | 最 大 值 |
Tpwr-up | 上電復位延時 | 150ms | … | … |
Treset | 芯片指令復位時間 | … | … | 50μs |
Twdt-rst | 看門狗溢出復位脈沖寬度 | 80ms | … | … |
Taddr-in | 數(shù)據(jù)接收地址保持時間 | 10ns | … | … |
Twake-up | 芯片喚醒延時 | … | … | 9ms |
Taddr-hold | 數(shù)據(jù)發(fā)送地址保持時間 | (2/fosc-in)ms | … | … |
Twdt-over | 看門狗溢出周期 | 800ms | … | … |
3.2 其它說明
母串口和所有子串口內(nèi)部均具有獨立的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖存儲器(FIFO Buffer)和接收緩沖存儲器(FIFO Buffer),所有的RS232串行口都支持全雙工異步傳輸模式,即所有串行口都可以同時獨立接收和發(fā)送數(shù)據(jù),且不會丟失任何數(shù)據(jù)。
母串口波特率由K1=2880 fosc-in計算,其單位為MHz,且fosc—in小于20.0Hz。在SP2538輸入時鐘fosc—in為20.0MHz時,母串口可自動適應上位機的56000bps和57600bps兩種標準波特率輸入,即fosc—in為20.0MHz時,上位機的RS232波特率可以設置成56000bps或57600bps。子串口波特率為:K2=480 fosc—in 。
母串口和所有子串口都是TTL電平接口,可直接與單片機或TTL數(shù)字電路接口,若需連接PC機,則必須增加電平轉(zhuǎn)換芯片,如MAX202,ICL232等。
SP2538具有內(nèi)置的上電復位電路和可關閉的看門狗監(jiān)控電路,用于監(jiān)控上位機程序是否正常運行,同時也可以簡化上位機復位電路的設計。上位機寫命令字“0x10”可實現(xiàn)喂狗,而寫命令字“0x15”則可關閉看門狗(初次上電后,看門狗處于激活狀態(tài)),寫命令字“0x20”可激活看門狗監(jiān)控功能。
上位機可通過芯片復位指令(命令字為“0x35”)在任何時候?qū)π酒M行指令復位(復位時間Treset小于50μs)。
圖2和圖3
上位機可通過芯片睡眠指令(命令字為“0x55”)使芯片在任何時候進入微功耗睡眠模式,以降低系統(tǒng)功耗。初次上電后,芯片不會自行進入睡眠模式。應當注意的是,只能由上位機發(fā)送任意一個字節(jié)數(shù)據(jù)將其喚醒,而其它所有子串口均不能將其喚醒。
未使用的輸入端口(如:RX0、RX1、RX2…等)必須連接到VCC,未使用的輸出端口(如:TX0、TX1、TX2…、ADRO0、ADRO1…等)必須懸空。
4 應用實例
SP2538的應用領域包括數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、儀器儀表、智能家電、醫(yī)療設備、稅控加油機、商業(yè)POS機、家庭安防控制、車輛監(jiān)控和調(diào)度、GPS衛(wèi)星定位與導航、有線及無線數(shù)據(jù)傳輸、基于PC機的多串口卡、水、電、氣表抄表系統(tǒng)、室外多媒體電子廣告以及其它對通信穩(wěn)定性、成本和開發(fā)周期要求比較嚴格的各種應用和工業(yè)MODEM陣列等方面。
4.1 應用電路
利用SP2538可將僅有一個UART串口的單片機擴展為具有5個UART串口的單片機。圖4以常用的AT89C52單片機為例給出了相應的串口擴展電路。圖中,AT89C52的全雙工串口與SP2538的母串口5相連。該串口5同時也作為命令/數(shù)據(jù)口。SP2538的ADRI0、ADRI1、ADRI2分別與AT89C52的P2.3、P2.4、P2.5口相連,可用于選擇發(fā)送數(shù)據(jù)時的相應串口0~4,ADRO0、ADRO1、ADRO2與AT89C52的P2.0、P2.1、P2.2口線相連,可用于判別接收的數(shù)據(jù)來自串口0~4的哪一個。SP2538的時鐘頻率可選為20MHz,此時母串口5的波特率為57600bps,串口0~4的波特率為9600bps。
4.2 應用程序
下面是與上述硬件電路相關的接口程序,該程序用C51語言編制,程序分為上位機發(fā)送、接收中斷服務程序和主程序兩部分。
uchar idata uart0_t_but[8];?
uchar idata send_buf[8];
uchar idata uart0_r_but
uchar idata uart0_send_num
uchar idata uart_port_num,send_byte_num,uart_point-er?
bit bdata write success,uart_busy;
bit bdata uart0_receive
sbit ADRI_0=P2^0;
sbit ADRI_1=P2^1;
sbit ADRI_2=P2^2;
sbit ADRO_0=P2^3;
sbit ADRO_1=P2^4;
sbit ADRO_2=P2^5;
serial()interrupt4 using3{ //上位機RS232接收、發(fā)送中斷入口
if(RI){?
RI=0;
Switch(P2&0x07){
case
uart0_r_buf=SBUF
uart0_receive=1
break;
}
else {
TI=0;
switch(uart_pointer){
case
uart_pointer++;
if(uart0_send_num){
ADRO_0=0;
ADRO_1=0;
ADRO_2=0;
Uart0_send_num--;
SBUF=uart0_t_buf[uart0_send_num]
uart_busy=1
break;
}
elseif(uart1_send_num|uart2_send_num|uart3_send_num|uart4_send_num)
{
ADRO_0=0
ADRO_1=0
ADRO_2=0
SBUF=0x00
uart_busy=1
break;
}
else {uart_busy=0;break;}
}
注: case1:…
case2:…
case3:…
case4:…
除地址不同外其余同case0。
Void uart_send(unchar uart_port_num,uchar send_byte num){
uchar i
switch(uart_port_num)“
case
for(i=0;i<send_byte_num;i++){
uart0_t_buff[i]=send_buf[i];?
}
uart0_send_num=send_byte_num;
write_success=1;
if(uart_busy==0){
T1=1;
uart_pointer=0;
break;
}
else{break;}?
}
注: case1:…
case2:…
case3:…
case4:…
除地址不同外其余同case0。
main(){
TMOD=0x20;
THI=0xff;
TCON=0x40;
SCON=0x50;
PCON=0x80; //波特率加倍
IE=0x90;
PI=0;
while(1)“?
send_buf[0]=0x31;
write_success=0;
if(!uart0_send_num){
uart_send(0,4)
}
}
}
5 結(jié)束語
近年來,以單片機為核心構(gòu)成的具有UART接口的智能儀器儀表及智能模塊不斷涌現(xiàn),此類產(chǎn)品可方便地與單片機構(gòu)成分布式系統(tǒng)。另一方面,系統(tǒng)中的單片機也要與上位計算機之間進行通信,從而構(gòu)成二級分布式系統(tǒng)。SP2538的出現(xiàn)為此類多串口應用領域提供了一個良好的解決方案。