RS-232多串口擴(kuò)展器件SP2538及其應(yīng)用

關(guān)鍵詞：RS-232；串口擴(kuò)展；單片機(jī)；SP2538

１　概述

ＳＰ２５３８是專用低功耗串行口擴(kuò)展芯片，該芯片主要是為解決當(dāng)前基于ＵＡＲＴ串口通信的外圍智能模塊及器件較多，而單片機(jī)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(jī)或ＤＳＰ的單串口擴(kuò)展至５個全雙工串口。與其它具有多串口的單片機(jī)或串口擴(kuò)展方案相比，采用ＳＰ２５３８實(shí)現(xiàn)的多串口擴(kuò)展方案，具有擴(kuò)展串口數(shù)量多、對擴(kuò)展單片機(jī)的軟硬件資源占用少、使用方法簡單、待擴(kuò)展串口可實(shí)現(xiàn)較高的波特率、成本低廉、性價比高等優(yōu)點(diǎn)。同時，它還具有如下特點(diǎn)：

●可將單ＵＡＲＴ串口擴(kuò)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(jī)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(jìn)入節(jié)電模式后，其典型靜態(tài)電流約８μＡ；

●上位機(jī)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(yīng)５６０００ｂｐｓ和５７６００ｂｐｓ兩種標(biāo)準(zhǔn)波特率（ｆｏｓｃ―ｉｎ 為２０．０ＭＨｚ時）；

● 可用上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，并具有上電復(fù)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(jī)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(fù)位時輸出高電平而后綴為ＳＰ２５３８ｘｘＬ的復(fù)位時輸出低電平，可分別適用高、低電平復(fù)位的單片機(jī)。圖１給出了ＤＩＰ封裝高電平復(fù)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

３　應(yīng)用說明

３．１ 母串口收發(fā)數(shù)據(jù)過程與時序

（１）上位機(jī)接收來自母串口的數(shù)據(jù)

上位機(jī)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(jī)接收來自母串口的數(shù)據(jù)時序如圖２所示。

（２）上位機(jī)向母串口發(fā)送數(shù)據(jù)

發(fā)送數(shù)據(jù)時，上位機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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

３．２ 其它說明

母串口和所有子串口內(nèi)部均具有獨(dú)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(dú)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(yīng)上位機(jī)的５６０００ｂｐｓ和５７６００ｂｐｓ兩種標(biāo)準(zhǔn)波特率輸入，即ｆｏｓｃ―ｉｎ為２０．０ＭＨｚ時，上位機(jī)的ＲＳ２３２波特率可以設(shè)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(jī)或ＴＴＬ數(shù)字電路接口，若需連接ＰＣ機(jī)，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(fù)位電路和可關(guān)閉的看門狗監(jiān)控電路，用于監(jiān)控上位機(jī)程序是否正常運(yùn)行，同時也可以簡化上位機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計。上位機(jī)寫命令字“０ｘ１０”可實(shí)現(xiàn)喂狗，而寫命令字“０ｘ１５”則可關(guān)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(jī)可通過芯片復(fù)位指令（命令字為“０ｘ３５”）在任何時候?qū)π酒M(jìn)行指令復(fù)位（復(fù)位時間Ｔｒｅｓｅｔ小于５０μｓ）。

圖2和圖3

上位機(jī)可通過芯片睡眠指令（命令字為“０ｘ５５”）使芯片在任何時候進(jìn)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(jìn)入睡眠模式。應(yīng)當(dāng)注意的是，只能由上位機(jī)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(yīng)用實(shí)例

ＳＰ２５３８的應(yīng)用領(lǐng)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(shè)備、稅控加油機(jī)、商業(yè)ＰＯＳ機(jī)、家庭安防控制、車輛監(jiān)控和調(diào)度、ＧＰＳ衛(wèi)星定位與導(dǎo)航、有線及無線數(shù)據(jù)傳輸、基于ＰＣ機(jī)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(yán)格的各種應(yīng)用和工業(yè)ＭＯＤＥＭ陣列等方面。

４．１ 應(yīng)用電路

利用ＳＰ２５３８可將僅有一個ＵＡＲＴ串口的單片機(jī)擴(kuò)展為具有５個ＵＡＲＴ串口的單片機(jī)。圖４以常用的ＡＴ８９Ｃ５２單片機(jī)為例給出了相應(yīng)的串口擴(kuò)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(yīng)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(yīng)用程序

下面是與上述硬件電路相關(guān)的接口程序，該程序用Ｃ５１語言編制，程序分為上位機(jī)發(fā)送、接收中斷服務(wù)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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)成分布式系統(tǒng)。另一方面，系統(tǒng)中的單片機(jī)也要與上位計算機(jī)之間進(jìn)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(yīng)用領(lǐng)域提供了一個良好的解決方案。