通用異步收發(fā)芯片SCC2691的原理及應(yīng)用

　　摘要：介紹Philips公司新推出的異步收發(fā)芯片SCC2691的功能與特點(diǎn)。包括SCC2691的引腳定義、主要功能、常用寄存器等內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，給出一個(gè)軟、硬件設(shè)計(jì)的實(shí)例。

    關(guān)鍵詞：單片機(jī) 通用異步收發(fā)器（UART） 串口擴(kuò)展

引 言

1 概 述

　　SCC2619是Philips公司推出的高集成、低能耗的全雙工通用異步收發(fā)器UART。該芯片的接收與發(fā)送速度可以分別定義，接收器采用三倍緩沖方式，在中斷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中大大減少了CPU處理中斷的次數(shù)。SCC2691在收、發(fā)雙方之間提供了一種握手方式，當(dāng)接收方的緩沖區(qū)已滿(mǎn)時(shí)，能自動(dòng)使遠(yuǎn)程發(fā)送方的發(fā)送失效。除此之外，SCC2691還具有以下特性：

　　△可編程的數(shù)據(jù)格式為5~8位數(shù)據(jù)位；可選擇的奇偶校驗(yàn)位；可編程的停止位。

　　△16位可編程的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。

　　△收發(fā)器的波特率可分別按以下方式定義：從50~115.2K共18種固定的波特率；由計(jì)數(shù)器/定時(shí)器驅(qū)動(dòng)的非標(biāo)準(zhǔn)自定義的波特率；外部時(shí)鐘的1倍或16倍頻。

　　△奇偶校驗(yàn)、幀錯(cuò)誤、溢出錯(cuò)誤檢測(cè)。

　　△可編程的通道方式。

　　△7個(gè)中斷源，但同時(shí)僅有一種中斷輸出。

2 引腳定義

　　SCC2691采用SO、PLCC、DIP等形式封裝。主要引腳功能定義如下。

　　D0~D7：數(shù)據(jù)總線(xiàn)。在CPU和UART之間所有的數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)信息等都是通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)進(jìn)行傳遞的。在CEN信號(hào)是有效低電平時(shí)，發(fā)送的方向由WRN和RDN兩個(gè)讀寫(xiě)控制決定；當(dāng)CEN為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)總線(xiàn)三態(tài)。

　　CEN：芯片使能引腳，低電平有效。低電平使能時(shí)，在CPU與UART之間通過(guò)D0~D7傳遞的數(shù)據(jù)受　　　WRN、RDN和A0~A2等引腳控制；高電平時(shí)，使UART與CPU隔離。

　　WRN：寫(xiě)選通，低電平有效。當(dāng)CEN為低電平時(shí)，WRN上的低電平使數(shù)據(jù)總線(xiàn)D0~D7上的數(shù)據(jù)被送往由地址A0~A2選中的寄存器中。

　　RDN：讀選通，低電平有效。當(dāng)CEN為低電平時(shí)，RDN上的低電平將被地址A0~A2選中的寄存器的內(nèi)容送往數(shù)據(jù)總線(xiàn)D0~D7。

　　A0～A2：地址輸入端。選擇執(zhí)行讀寫(xiě)操作的UART寄存器。

　　RESET：復(fù)位輸入端，高電平有效。復(fù)位時(shí)將清除UART中的狀態(tài)寄存器（SR）、中斷屏蔽寄存器（IMR）、中斷狀態(tài)寄存器（ISR），設(shè)置方式指針指向方式寄存器1（MR1），使發(fā)送和接收失效，并且引腳TxD置為高電平。

　　INTRN：中斷請(qǐng)求輸出端，低電平有效。可從七個(gè)中斷源中選擇一個(gè)作為UART的中斷輸出。CPU可以讀中斷狀態(tài)寄存器（ISR），以判斷七個(gè)中斷源的狀態(tài)。該引腳是漏極開(kāi)路輸出，需要接上拉電阻。

　　X1/CLK：晶體連接或外部時(shí)鐘輸入端。通常采用3.6864MHz的晶體。

　　X2：晶體連接端。若未連接晶體，最好使該引腳懸空。

　　RxD：串行數(shù)據(jù)輸入端。

　　TxD：串行數(shù)據(jù)輸出端。當(dāng)發(fā)送器空閑、不使能或者UART工作在本地循環(huán)狀態(tài)下，該引腳輸出高電平。

　　MPO：多功能輸出端。通過(guò)對(duì)輔助控制寄存器（ACR）進(jìn)行編程，可以選擇以下8種功能作為該引腳的輸出。

　?、?RTSN：請(qǐng)求發(fā)送，低電平有效?？赏ㄟ^(guò)編程命令寄存器（CR）使該引腳使能，也可以設(shè)置方式寄存器（MR），當(dāng)發(fā)送方結(jié)束發(fā)送或接收方的接收緩沖區(qū)已滿(mǎn)時(shí)自動(dòng)復(fù)位。

　?、?C/TO：計(jì)數(shù)/定時(shí)器輸出。

　?、?TxC1X：發(fā)送器頻率的1倍頻輸出。

　?、?TxC16X：發(fā)送器頻率的16倍頻輸出。

　?、?RxC1X：接收器頻率的1倍頻輸出。

　?、?RxC16X：接收器頻率的16倍頻輸出。

　?、?TxRDY：表示發(fā)送器保存寄存器（THR）空。低電平有效（漏極開(kāi)路輸出）。

　?、?RxRDY/FFULL：標(biāo)識(shí)接收器緩沖區(qū)非空或已滿(mǎn)。低電平有效（漏極開(kāi)路輸出）。

　　MPI：多功能輸入引腳。該引腳可定義為以下3種功能：

　　① GPI：通用引腳。該引腳上的跳變或電平狀態(tài)可以作為中斷源反映到中斷狀態(tài)寄存器（ISR）的相應(yīng)位。

　?、?CTCLK：計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的外部輸入時(shí)鐘。

　?、?RTCLK：接收器或發(fā)送器的外部時(shí)鐘輸入。設(shè)置時(shí)鐘選擇寄存器（CSR）可選擇輸入的1倍頻或16倍頻作為接收和發(fā)送的頻率。

3 主要功能

（1）中斷控制

　　以下內(nèi)部事件的發(fā)生可以使能中斷輸出引腳（INTRN）：發(fā)送保持寄存器（THR）準(zhǔn)備好；發(fā)送轉(zhuǎn)移寄存器（TSR）空；接收保持寄存器（RHR）準(zhǔn)備好或已滿(mǎn)；接收到break信號(hào)的開(kāi)始或結(jié)束；計(jì)數(shù)器達(dá)到定義的計(jì)數(shù)值；MPI端腳的跳變；MPI端腳的電平狀態(tài)。

    與中斷控制相關(guān)的寄存器是中斷屏蔽寄存器（IMR）和中斷狀態(tài)寄存器（ISR）。IMR用于從以上七個(gè)中斷源中選擇一種作為觸發(fā)INTRN的條件。CPU可以讀取ISR來(lái)獲得所有中斷源的狀態(tài)。ISR不受IMR的影響。

（2）操作控制

　　UART的控制邏輯單元接收來(lái)自CPU的命令生成相應(yīng)的信號(hào)來(lái)支配內(nèi)部各器件進(jìn)行操作。控制邏輯單元通過(guò)地址譯碼和讀寫(xiě)控制使CPU與UART相互通信。地址譯碼與讀寫(xiě)控制之間的關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 寄存器地址表

　　方式寄存器1（MR1）和方式寄存器2（MR2）通過(guò)一個(gè)輔助指針來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。當(dāng)上電復(fù)位或通過(guò)命令寄存器（CR）執(zhí)行復(fù)位命令時(shí)，指針指向MR1，以后對(duì)MR1的任何讀寫(xiě)操作都使指針指向MR2，并一直指向MR2，直到再次執(zhí)行復(fù)位命令。

（3）計(jì)數(shù)器/定時(shí)器

　　計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的工作方式和輸入時(shí)鐘源的選擇，可以通過(guò)編程輔助控制寄存器（ACR）從八種方式中選擇。計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的輸出可以設(shè)置為多功能輸出口MPO，定時(shí)器的輸出也可以作為生成波特率的選擇之一。

　?、?定時(shí)方式：定時(shí)器的輸出是一個(gè)方波，其周期是寄存器CTUR和CTLR中值的2倍。定時(shí)器溢出時(shí)，中斷狀態(tài)寄存器（ISR）中的計(jì)數(shù)器準(zhǔn)備好（counter ready）置位。當(dāng)發(fā)布一個(gè)中斷計(jì)數(shù)器命令時(shí)，定時(shí)器不會(huì)終止，僅影響ISR中的counter ready位。當(dāng)接收到一個(gè)開(kāi)始計(jì)數(shù)/定時(shí)器命令時(shí)，定時(shí)器會(huì)終止當(dāng)前的操作，以新的CTUR和CTLR開(kāi)始一個(gè)定時(shí)周期。

　?、?計(jì)數(shù)方式：計(jì)數(shù)器接收到開(kāi)始計(jì)數(shù)命令后，將計(jì)數(shù)值送入CTU和CTL。當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)定的存入CTUR和CTLR中的值時(shí)，ISR中的counter ready位置1，計(jì)數(shù)操作不會(huì)停止，直到接收到結(jié)束計(jì)數(shù)命令為止。CPU可以在任何時(shí)候設(shè)置寄存器CTUR和CTLR，但是該值僅有當(dāng)結(jié)束本次計(jì)數(shù)并開(kāi)始下一次計(jì)數(shù)命令時(shí)才有效。

（4）接收和發(fā)送

　　發(fā)送器接收來(lái)自CPU的并行數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)流送往TxD端口，串行數(shù)據(jù)流被以一個(gè)開(kāi)始位、可編程個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)位、可選擇的奇偶校驗(yàn)位和可編程個(gè)數(shù)的停止位的組合形式發(fā)送出去。發(fā)送結(jié)束后，若沒(méi)有新的數(shù)據(jù)被送往發(fā)送保持寄存器（THR），則TxD端腳保持高電平，并且狀態(tài)寄存器（SR）中的位TxEMT置1。當(dāng)CPU將一個(gè)新的數(shù)據(jù)送往THR后，TxEMT位清零，發(fā)送操作繼續(xù)。發(fā)布一個(gè)開(kāi)始break命令，可以使發(fā)送器發(fā)送一個(gè)break信號(hào)（持續(xù)的低電平）。發(fā)送器接收到一個(gè)終止發(fā)送的命令時(shí)，若其正在發(fā)送數(shù)據(jù)或THR中仍有數(shù)據(jù)，發(fā)送器會(huì)繼續(xù)發(fā)送直到THR為空截止。

　　接收器從RxD引腳接收串行數(shù)據(jù)，檢測(cè)其開(kāi)始位、奇偶校驗(yàn)位、終止位，若有錯(cuò)誤則設(shè)置狀態(tài)寄存器（SR）中的相應(yīng)位。接收器將數(shù)據(jù)送往接收保持寄存器（RHR），等待CPU以查詢(xún)方式或以中斷方式讀取數(shù)據(jù)，并且將SR中的RxRDY和中斷狀態(tài)寄存器（ISR）的RxRDY位置1。

　　接收保持寄存器（RHR）是一個(gè)可容納3個(gè)字符的先進(jìn)先出隊(duì)列（FIFO）。接收器將從RxD接收到的數(shù)據(jù)送往FIFO的開(kāi)始位置，并將SR中的RxRDY置1。RxRDY=1，表示FIFO中有接收字符；而FFULL=1，表示FIFO已滿(mǎn)。在方式寄存器1（MR1）中，可以選擇RxRDY或FFULL作為接收中斷源。讀RHR可以將其中的數(shù)據(jù)連同在SR中的相應(yīng)狀態(tài)位一起從FIFO中彈出。

4 寄存器

　　寄存器是CPU與UART之間進(jìn)行操作的橋梁。CPU通過(guò)編程寄存器來(lái)支配UART操作，另外，各種狀態(tài)寄存器的變化也體現(xiàn)了命令的執(zhí)行結(jié)果。

5 應(yīng) 用

（1）硬件電路

　　圖1是使用SCC2691設(shè)計(jì)的擴(kuò)展串口電路。其中AD0~AD7接CPU（億恒C164CI）數(shù)據(jù)總線(xiàn)；A12～A14與CPU地址線(xiàn)相連；、分別與CPU的讀寫(xiě)信號(hào)相連；RESET接CPU的RESETOUT；2691_CS是SCC2691的片選信號(hào)；INTRN接CPU的中斷輸入端。

（2）測(cè)試程序

　　測(cè)試程序采用Tasking C集成環(huán)境開(kāi)發(fā)，具體程序見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版（http://www.dpj.com.cn）。