多串口扩展器件应用管理论文

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摘要：SP2538是采用低功耗CMOS工艺生产的专用串行口（RS232）扩展芯片，它可将单片机或DSP等原有的单UART串口扩展至5个全双工UART口，从而解决了此类器件串口太少的问题。文中介绍了SP2538的性能特点，引脚功能及应用方法，并以单片机为例给出了多串口扩展的硬件电路及相应的通信程序。

关键词：RS-232；串口扩展；单片机；SP2538

1概述

SP2538是专用低功耗串行口扩展芯片，该芯片主要是为解决当前基于UART串口通信的外围智能模块及器件较多，而单片机或DSP原有的UART串口又过少的问题而推出的。利用该器件可将现有单片机或DSP的单串口扩展至5个全双工串口。与其它具有多串口的单片机或串口扩展方案相比，采用SP2538实现的多串口扩展方案，具有扩展串口数量多、对扩展单片机的软硬件资源占用少、使用方法简单、待扩展串口可实现较高的波特率、成本低廉、性价比高等优点。同时，它还具有如下特点：

●可将单UART串口扩展为5个UART串口；

●工作速率范围宽，5个子串口可产生2400bps～9600bps之间的任意波特率；

●可全双工工作，母串口和所有子串口都支持全双工UART传输模式；

●工作电源电压范围宽：3．3V～5．5V；

●典型工作电流为4．6mA(子串口速率为9600bps、VCC为3．3V时)；

●资源占用少，除占用上位机原有串行口中断外，不占用任何中断资源；

●具有节电模式，进入节电模式后，其典型静态电流约8μA；

●上位机发送数据可自动唤醒；

●输出误差小，所有子串口的输出波特率误差均小于0．08％；

●误码率低于10－9（所有串行口数据输入波特率误差小于等于±2％）；

●接收范围宽，波特率误差小于2．5％时，子串口即可完全正确接收；母串口的接收范围更宽，并可自适应56000bps和57600bps两种标准波特率（fosc—in为20．0MHz时）；

●可用上位机进行监控，并具有上电复位和看门狗监控输出，适用于没有看门狗或需要更多重监控的高可靠上位机程序监控系统。

2引脚功能

SP2538具有双列直插DIP及双列贴片SOIC两种封装形式。后缀为SP2538xxH的复位时输出高电平而后缀为SP2538xxL的复位时输出低电平，可分别适用高、低电平复位的单片机。图1给出了DIP封装高电平复位SP2538DPH的外形及引脚排列图，各引脚的功能说明列于表1。

表1SP2538引脚说明

引脚名称引脚编号引脚类型引脚描述

TX5～TX01、3、5、7、9、14Output串口5～串口0数据发送（连接上位机RX口）

RX5～RX02、4、6、8、10、13Input串口5～串口0数据接收（连接上位机TX口）

VCC111---电源1（逻辑电路电源）

+RST12Output复位控制输出（适用于高电平复位的MCU）

VCC215---电源2（时钟电路电源）

GND16---电源地

OSCI17Input时钟输入（用于波特率发生器等）

OSCO18Output时钟输出

ADRI0～ADRI219～21Input母串口（RX5）数据接收地址0～2

ADRO0～ADRO222～24Output母串口（RX5）数据发送地址0～2

3应用说明

3．1母串口收发数据过程与时序

（1）上位机接收来自母串口的数据

上位机从母串口接收到一个字节数据后，会立即读取SP2538的输出地址ADRO2～ADRO0（编码方式为：8－4－2－1码），然后根据输出地址的编码即可判断接收到的数据来自哪个子串口，上位机接收来自母串口的数据时序如图2所示。

（2）上位机向母串口发送数据

发送数据时，上位机首先通过串口写入欲发送数据的子串口号，即先由上位机的串口发送数据地址ADRI2～ADRI0（编码方式：8－4－2－1码），然后将欲发送的数据由上位机串口发出。需要注意的是：母串口的波特率是子串口的6倍，即上位机在连续向母串口发送6个字节的时间内，子串口才能发送完一个字节。上位机向母串口发送数据的时序如图3所示。表2列出了SP2538的操作时限要求。

表2SP2538操作时限

时限内容说明最小值典型值最大值

Tpwr-up上电复位延时150ms……

Treset芯片指令复位时间……50μs

Twdt-rst看门狗溢出复位脉冲宽度80ms……

Taddr-in数据接收地址保持时间10ns……

Twake-up芯片唤醒延时……9ms

Taddr-hold数据发送地址保持时间（2/fosc-in）ms……

Twdt-over看门狗溢出周期800ms……

3．2其它说明

母串口和所有子串口内部均具有独立的数据发送缓冲存储器（FIFOBuffer）和接收缓冲存储器（FIFOBuffer），所有的RS232串行口都支持全双工异步传输模式，即所有串行口都可以同时独立接收和发送数据，且不会丢失任何数据。

母串口波特率由K1＝2880fosc－in计算，其单位为MHz，且fosc—in小于20．0Hz。在SP2538输入时钟fosc—in为20．0MHz时，母串口可自动适应上位机的56000bps和57600bps两种标准波特率输入，即fosc—in为20．0MHz时，上位机的RS232波特率可以设置成56000bps或57600bps。子串口波特率为：K2＝480fosc—in。

母串口和所有子串口都是TTL电平接口，可直接与单片机或TTL数字电路接口，若需连接PC机，则必须增加电平转换芯片，如MAX202，ICL232等。

SP2538具有内置的上电复位电路和可关闭的看门狗监控电路，用于监控上位机程序是否正常运行，同时也可以简化上位机复位电路的设计。上位机写命令字“0x10”可实现喂狗，而写命令字“0x15”则可关闭看门狗（初次上电后，看门狗处于激活状态），写命令字“0x20”可激活看门狗监控功能。

上位机可通过芯片复位指令（命令字为“0x35”）在任何时候对芯片进行指令复位（复位时间Treset小于50μs）。

图2和图3

上位机可通过芯片睡眠指令（命令字为“0x55”）使芯片在任何时候进入微功耗睡眠模式，以降低系统功耗。初次上电后，芯片不会自行进入睡眠模式。应当注意的是，只能由上位机发送任意一个字节数据将其唤醒，而其它所有子串口均不能将其唤醒。

未使用的输入端口（如：RX0、RX1、RX2…等）必须连接到VCC，未使用的输出端口（如：TX0、TX1、TX2…、ADRO0、ADRO1…等）必须悬空。

4应用实例

SP2538的应用领域包括数据采集、工业控制、仪器仪表、智能家电、医疗设备、税控加油机、商业POS机、家庭安防控制、车辆监控和调度、GPS卫星定位与导航、有线及无线数据传输、基于PC机的多串口卡、水、电、气表抄表系统、室外多媒体电子广告以及其它对通信稳定性、成本和开发周期要求比较严格的各种应用和工业MODEM阵列等方面。

4．1应用电路

利用SP2538可将仅有一个UART串口的单片机扩展为具有5个UART串口的单片机。图4以常用的AT89C52单片机为例给出了相应的串口扩展电路。图中，AT89C52的全双工串口与SP2538的母串口5相连。该串口5同时也作为命令／数据口。SP2538的ADRI0、ADRI1、ADRI2分别与AT89C52的P2．3、P2．4、P2．5口相连，可用于选择发送数据时的相应串口0～4，ADRO0、ADRO1、ADRO2与AT89C52的P2．0、P2．1、P2．2口线相连，可用于判别接收的数据来自串口0～4的哪一个。SP2538的时钟频率可选为20MHz，此时母串口5的波特率为57600bps，串口0～4的波特率为9600bps。

4．2应用程序

下面是与上述硬件电路相关的接口程序，该程序用C51语言编制，程序分为上位机发送、接收中断服务程序和主程序两部分。

ucharidatauart0_t_but[8];

ucharidatasend_buf[8];

ucharidatauart0_r_but

ucharidatauart0_send_num

ucharidatauart_port_num,send_byte_num,uart_point-er

bitbdatawritesuccess,uart_busy;

bitbdatauart0_receive

sbitADRI_0＝P2＾0;

sbitADRI_1＝P2＾1;

sbitADRI_2＝P2＾2;

sbitADRO_0＝P2＾3;

sbitADRO_1＝P2＾4;

sbitADRO_2＝P2＾5;

serial()interrupt4using3{／／上位机RS232接收、发送中断入口

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。

Voiduart_send(uncharuart_port_num,ucharsend_bytenum){

uchari

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结束语

近年来，以单片机为核心构成的具有UART接口的智能仪器仪表及智能模块不断涌现，此类产品可方便地与单片机构成分布式系统。另一方面，系统中的单片机也要与上位计算机之间进行通信，从而构成二级分布式系统。SP2538的出现为此类多串口应用领域提供了一个良好的解决方案。