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UART多串口擴展器SP2338DP及其應(yīng)用
摘要：SP2338DP是一種新穎的串口擴展器，可將一個高波特率的UART擴展為3個，解決了普通單片機UART串口太少的問題。文中給出該器件的主要特性、引腳說明及應(yīng)用說明，并以AT89C52單片機為例給出多串口擴展應(yīng)用電路及相應(yīng)軟件。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(gòu)成的智能化測控系統(tǒng)及電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，為了滿足數(shù)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(xiàn)階段的8位、16位、32位單片機卻大部分僅提供一個UART串口，這樣就很難滿足系統(tǒng)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，可很好地解決此問題。
2工作特性
SP2338DP是采用低功耗CMOS工藝設(shè)計的UART多串口擴展芯片。該器件可將一個高波特率的UART串口擴展為3個較高波特率的UART串口，從而為系統(tǒng)需要多個串口時提供了很好的解決方案。該器件的主要特性如下：
*可將1個UART串口擴展為3個UART串口。
*全雙工異步工作：4個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(shè)定任意非標準波特率）。
*波特率設(shè)置簡單：不需軟件設(shè)置，只需更改輸入時鐘頻率即可。
*波特率誤差小：每個串口的數(shù)據(jù)輸出波特率誤差小于0.25%.
*接收波特率范圍寬：要求每個串口數(shù)據(jù)波特率小于2.5%即可。
*數(shù)據(jù)傳輸誤碼率極低：小于10-9（接收的數(shù)據(jù)波特率誤差小于2%時）。
*具有節(jié)電模式：進入節(jié)電模式后典型靜態(tài)電流為0.5μA.
*可自動喚醒：任意串口的接收端有數(shù)據(jù)出現(xiàn)時自動喚醒。
*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。引腳功能及說明見表1.
表1SP2338DIP引腳功能
名稱編號類型
描述
ADRI018I串口3接收數(shù)據(jù)地址線0ADRI117I串口3接收數(shù)據(jù)地址線1ADRO01O串口3發(fā)送數(shù)據(jù)地址線0ADRO12O串口3發(fā)送數(shù)據(jù)地址線1RX08I串口0數(shù)據(jù)接收TX09O串口0數(shù)據(jù)發(fā)送RX111I串口1數(shù)據(jù)接收TX110O串口1數(shù)據(jù)發(fā)送RX213I串口2數(shù)據(jù)接收TX212O串口2數(shù)據(jù)發(fā)送RX36I串口3數(shù)據(jù)接收TX37O串口3數(shù)據(jù)發(fā)送OSCI16I時鐘輸入OSCO15O時鐘輸出VCC3,4,14-正電源GND5-地
4應(yīng)用說明
SP2338DP在使用時應(yīng)遵循以下原則：
�、賁P2338DP適用于串行數(shù)據(jù)為8位的應(yīng)用領(lǐng)域（如數(shù)據(jù)位7為位，可選用SP2337DP器件）；
�、诖�0——2為較高波特率的串口（子串口）。
�、鄞�3為高波特率串口（母串口），它的數(shù)據(jù)傳輸速率是子串口的4倍。如輸入時鐘頻率foscin為10MHz,則串口3的波特率為19200bps,串口0——2的波特率為19200bps/4=4800bps;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鐘頻率即可。
K=4800×foscin/10（bps）
其中foscin≤20MHz
④ADRI1、ADR10為下行地址線，ADRI1、ADRI0=00、01、10時，分別對應(yīng)子串口0、1、2、ADR1、ADR0=11時，為串口3的地址；同時，它也是SP2338DP的命令/數(shù)據(jù)口地址。
⑤ADRO1、ADRO0為上行數(shù)據(jù)的串口地址線，ADRO1、ADRO0=00、01、10時，分別對應(yīng)子串口0、1、2.當上位機UART接收到由串口3發(fā)送來的數(shù)據(jù)時，立即讀取地址線ADRO1和ADRO0的狀態(tài)。根據(jù)ADRO1和ADRO0的狀態(tài)即可判斷出數(shù)據(jù)是由哪個串口發(fā)送來的。
�、扌酒瑔拘褩l件為：向串口0——串口3的任意一個數(shù)據(jù)接收端口寫入1個字節(jié)數(shù)據(jù)。由于SP2338DP的喚醒時間為25ms左右，故用于芯片喚醒的數(shù)據(jù)將不能被正確接收，因此應(yīng)采用下面的芯片喚醒流程；先發(fā)送1個字節(jié)數(shù)據(jù)，用于喚醒芯片，延時25ms后再發(fā)送有效的數(shù)據(jù)。
⑦為了快速可靠地傳輸批量數(shù)據(jù)，可以采用下面的方法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速可靠的接收、發(fā)送。
如上位機只需要向一個串口發(fā)送數(shù)據(jù)，則可向該串口發(fā)送完1個字節(jié)數(shù)據(jù)后再向地址11（串口3的地址）連續(xù)發(fā)送4個字節(jié)“0X00”.其后向需要發(fā)送數(shù)據(jù)的串口發(fā)送1個字節(jié)數(shù)據(jù)，再向串口3發(fā)送4個字節(jié)“0X00”,按此方式循環(huán)發(fā)送即可。
如果此位同需向兩個串口分別發(fā)送兩個數(shù)據(jù)塊，則可分別向兩個相應(yīng)的子串口發(fā)送1個字節(jié)的數(shù)據(jù)后再向串口3發(fā)送4個字節(jié)的“0X00”,然后分別將兩個數(shù)據(jù)塊的下一個字節(jié)發(fā)送到兩個子串口上。
如果上位機有3個數(shù)據(jù)塊需要分別向3個子串口發(fā)送，則可先向3個子串口分別發(fā)送1個字節(jié)的有效數(shù)據(jù)后再向串口3發(fā)送2個字節(jié)的“0X00”,然后循環(huán)向3個子串口發(fā)送有效的數(shù)據(jù)。
注意：寫入串口3用于延時的數(shù)據(jù)只能是“0X00”,寫入其它數(shù)據(jù)將產(chǎn)生可預(yù)料的結(jié)果。
�、郤P233DP數(shù)據(jù)發(fā)送工作過程如下：如果上位機需要將數(shù)據(jù)“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(shù)據(jù)“0X28”通過上位機的UART口發(fā)送到串口3即可。
�、酳P2338DP可執(zhí)行的命令僅有兩種，即復(fù)位和睡眠命令。當上位機通過串口3（地址為“11”）寫入數(shù)據(jù)“0X35”或“0XB5”時，則芯片執(zhí)行軟件復(fù)位，復(fù)位時間約為21.75ms;當寫入的數(shù)據(jù)為“0X55”或“0XD5”時，芯片將進入睡眠狀態(tài)。
圖2利用SP2338DP擴展的3串口電路
5典型應(yīng)用電路
利用SP2338DP可將僅具有一個UART串口的單片機擴展為具有3個UART串口的單片機。下面以常用的AT89C52單片機為例，給出相應(yīng)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同時也做為命令/數(shù)據(jù)口。ADRI1和ADRI0與AT89C52的P3.3、P3.2口線相連，用于發(fā)送數(shù)據(jù)時相應(yīng)串口0——2的選擇。ADRO1和ADRO0與AT89C52的P3.4、P3.5口線相連，用于判斷接收的數(shù)據(jù)來自串口0——2的哪一個。SP2338DP的時鐘頻率選為20MHz,此時串口3的波特率為19200bps,串口0——2的波特率為9600bps.網(wǎng)絡(luò)補充版中，給出與上述電路配套的通信程序，程序采用C51編制。
結(jié)語
SP2338多串口擴展器可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、儀器儀表、智能家電、計算機RS232口擴展、有線及無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域。由該器件構(gòu)成的多串口電路具有硬件成本低、性價比高、工作速度高、波特率設(shè)置簡單等特點，因而選擇該器件是多串口應(yīng)用系統(tǒng)的良好解決方案。
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