集UART與RS232于一體的MAX3110E原理及應用

1 概述

MAX3110E內部集成了全功能UART和內置電泵電容以及土15kV ESD保護的RS-232收發(fā)器。其中，UART部分采用兼容SPITM／QSPITM／MICROWIRETM的串行接口，因而可節(jié)省線路板空間和微控制器的μC)I／0引腳。由于RS-232部分使用了特有的低壓差輸出級，從而使雙接收／發(fā)送接口能夠在高速通信、正常電源下提供真正的RS-232特性，而功耗僅600μA。由于UART和RS-232兩部分電路共用電源和地，所以，它們既可聯(lián)合使用也可獨立使用。

通過MAX3110E可實現(xiàn)／μC的同步串行數據接口到異步串行通信口(RS-232)的轉換，它可直接與PC機的串行口(COM)相連。MAX3110E具有尺寸小，價格低，功耗少，通信速率高等特點，因此有著較好的應用前景。

2 管腳排列及內部結構

2．1管腳說明

MAX3110E有28腳窄DIP和28腳寬SO兩種封裝形式，其管腳排列如圖1所示。各管腳的功能說明如下：

RlIN，RlOUT，R2IN，R20UT：RS-232接收器輸入端或輸出端。

TlIN，T10UT，T2IN，T20UT：RS-232發(fā)送器輸入端或輸出端；

Vcc，GND：電源和地；

X1，X2：晶振連接端，使用外部時鐘時，Xl為外部時鐘的輸入端，而此時X2不連；

CTS：UART清除發(fā)送輸入端，低電平有效；

RTS ：UART發(fā)送請求輸出端，低電平有效，由RTS位控制。也可用來控制RS485網絡中的驅動器使能；

RX，TX：UART異步串行數據(接收器)輸入端和(發(fā)送器)輸出端；

DIN：SPI／MICROWIRE串行數據輸入端，為施密特觸發(fā)模式；

DOUT：SPI／MICROWIRE串行數據輸出端，CS=1時為高阻態(tài)；

SCLK：SPl／MICROWIRE串行時鐘輸入端；

CS：UART片選輸入端，低電平有效；

IRQ：UART中斷輸出端，低電平有效，開漏輸出至微處理器；

SHDN：硬件關閉輸入端，當SHDN=0時，關閉RS232發(fā)送器和電泵；

V+，V-：內部電泵產生的+5．5V和-5．5V電壓；

C1+，C2+：內部電泵電容的正極，一般不連接；

C1-，C2-：內部電泵電容的負極，一般不連接。

2．2內部結構及功能

MAX3110E的內部結構功能如圖2所示，它包括UART與RS-232兩個獨立的部分。其中，UART部分包括兼容于SPI的串行接口、可編程波特率發(fā)生器、發(fā)送緩沖器及發(fā)送移位寄存器、接收緩沖器及接收移位寄存器、8字節(jié)接收FIFO以及有四種可屏蔽中斷源的中斷產生器。而RS-232部分包括自帶電容的電泵，以及可由SHDN對其進行硬件關斷的。

與MAXIM的其它產品一樣，MAX3110E同樣具有ESD保護結構，可對意想不到的靜電起強大的保護作用，其抗靜電能力達±15kV，并可適應各種ESD情況，如正常操作、關斷模式和斷電等。

3 讀寫時序及軟件編程

3.1 讀寫時序

MAX3110E具有兼容SPI／QSPI(CPOL=0，CPHA=0)以及MICROWIRE的串行接口，可方便地與μC的SPI進行接口連接，其同步串行SPI接口的時序如圖3所示。它支持μC的I／0線訪問，并可用51系列單片機的P1口模擬SPI串行接口。

SPI串行接口是一個獨立的全雙工結構，它只接收16位數據字。因此，不論寄存器是否使用，只要從DIN接收一個16位字節(jié)，就會同時從DOUT產生一個16位的字節(jié)。其中，DIN數據字的前兩位決定了傳輸數據的類型。當CS變低時，系統(tǒng)等待一個新的16位數據字，DIN(MOSI)通常在時鐘信號的上升沿鎖存，而DOUT(MISO)則在時鐘信號的上升沿被讀入微處理器，DOUT的第一位(15位)由CS信號的下降沿傳送，而14-0位則在SCLK的下降沿被傳送。

3．2軟件編程

通過串行接口來讀／寫MAX3110E的內部寄存器，可完成UART的波特率設定、數據字長設置、奇偶校驗使能、中斷使能、8字節(jié)FIFO使能以及收／發(fā)數據的讀／寫等。其配置由DIN、DOUT端各自的16位寄存器中的各位來控制，各位的具體涵義及狀態(tài)如表1所列。

MAX3110E內有寫設置寄存器，讀設置寄存器，寫數據寄存器和讀數據寄存器等四種操作命令，表2是四種寄存器的操作格式。

寫設置寄存器模式的作用是清除FIFO、R、T、RA／FE、DOr-D7r、DOt-D7t、Pr和Pt等寄存器，但RTS與CTS不受影響。DIN中FEN，SHDNi，IR，ST，PE，L，B3-BO等位的設置將在本次發(fā)送結束后有效，而屏蔽位(TM，RM，PM，RAM)則在第16個時鐘信號的上升沿開始有效。輸出的DOUT帶有14個尾零，前兩位R和T是可選的。UART必須在晶振振蕩穩(wěn)定之后，才能正確地配置寄存器。

讀設置寄存器模式可用來讀取UART的最新配置，以控制芯片進入測試模式(位TEST=1時)。所謂測試模式是指芯片在內部將TX和RX連接，以實現(xiàn)自發(fā)自收的操作。

寫數據寄存器模式可用來向TX緩沖器發(fā)送數據或從RX緩沖器中接收數據。如果沒有新的數據，R位將會在第16個時鐘信號的下降沿被清除。如果不傳送數據而只想改變RTS的狀態(tài)，則可將TE位置為1，以禁止數據的發(fā)送。

使用讀數據寄存器模式可接收來自8字節(jié)FI-FO的數據。但應注意：讀數據時將會清除R位及IRQ中斷位。

3．3中斷源與屏蔽

MAX3110E有4個可屏蔽中斷源，分別為R、T、RA／FE與Pr。當其中任一中斷源發(fā)出請求且未被屏蔽時，MAX3110E將提出中斷請求。如果中斷的初始化條件不存在，那么，系統(tǒng)將通過讀或寫數據寄存器來清除IRQ中斷。圖4所示是中斷源與屏蔽的功能框圖。

3．4關斷模式

MAX3110E的關斷包括硬件關斷與軟件關斷兩沖模式，其中，硬件關斷僅影響RS232收發(fā)器，而軟件關斷則控制UART工作，兩者相互間沒有影響。

通過軟件命令SHDNi=1可使UART進入軟件關斷模式，當系統(tǒng)進入關斷模式后，系統(tǒng)振蕩器停止，功耗降低，同時清除FIFO，R，RA／FE，DOr-D7r，Pr，Pt等寄存器以及置T=1。UART在關閉時，仍能監(jiān)視接收器的活動。當SHDNoi=0退出軟件關斷模式時，振蕩器在CS的上升沿開始起振。

通過將管腳SHDN接地可對RS-232收發(fā)器進行硬件關斷，硬件斷關時，電源電流為Iccshdn，電泵關閉，V+降為Vcc，V-升為0，發(fā)送器輸出端變?yōu)楦咦钁B(tài)。將管腳SHDN接Vcc則可退出硬件關斷模式。