多串口扩展器在单片机系统中的应用

1概述
    近年来，具有完整的测量或控制功能的智能模块不断涌现，而此类模块均需通过RS- 232S或RS-485串行口与上位单片机或微机进行通信，以构成分级分布式测控系统，而现阶段的大部分单片机仅有一个UART串口，很难满足既与智能模块通信又与上位微机进行通信的要求。纵观现有的串口扩展方案，存在对单片机的软硬件资源占用较多、编程繁复、串口扩展数量较少、硬件电路复杂及成本较高等缺点，而利用UART多串口扩展器SP2337可以很好地解决单片机多串口的扩展问题。

2SP2337的主要特性及引脚功能
　　SP2337是采用低功耗CMOS工艺设计的UART多串口扩展器，该器件可将一个高波特率的UART串口扩展为三个较高波特率的UART串口，从而为系统需要多个串口时提供很好的解决方案，该器件的主要特性是：
　　可将一个UART串口扩展为三个UART串口；
　　全双工异步工作，四个UART串口都为全双工异步工作模式；
　　工作速率高，可达1200b/s～9600b/s（可由晶振频率设定任意非标准波特率）；
　　波特率设置简单，只需更改输入时钟频率；
　　波特率误差小，每个串口的数据输出波特率误差小于0.25％；
　　接收波特率范围宽，要求每个串口数据波特率小于2.5％；
　　数据传输误码率极低，小于10－9（接收的数据波特率误差小于2％）；
　　具有节电模式，进入节电模式后，典型静态电流为0.5μA；

　　可自动唤醒，任意串口的接收端有数据出现时自动唤醒；
　　宽工作电源电压（2.4V～5.5V）；
　　低工作电流，典型工作电流为4.4mA。
　　该器件具有DIP型、SOIC型和SSOP型多种封装形式。引脚排列如图1所示。引脚功能见表1。

3应用技术
　　在使用SP2337时应遵循许多原则。
　　SP2337适用于串行数据为7位的应用领域。
　　串口0—串口2为三个较高波特率的串口（子串口）。
　　串口3 为高波特率串口（母串口），它的数据传输速率是子串口的4倍。如当输入时钟频率fos,cin为10MHz，串口3的波特率为19200b/s。串口0— 2的波特率为19200b/s/4=4800b/s；如果需要在串口0—串口2上获得波特率K，则需按以下公式改变时钟频率。
　　
　　ADRI1、ADRI0为下行地址线，ADRI1ADRI0=00、01、10时，分别对应子串口0，1，2，ADR1ADR0=11时为串口3的地址，同时，它也是SP2337的命令/数据口地址。
　　ADRO1、 ADRO0为上行数据的串口地址线，ADRO1ADRO0=00、01、10时分别对应子串口0、1、2，当上位机的UART接收到由串口3发送的数据时，立即读取地址线ADRO1和ADRO0的状态，根据ADRO1和ADRO0的状态判断数据由哪个串口发送。
　　唤醒条件为向串口0—串口3的任意一个数据接收端口写入一个字节数据。由于SP2337的唤醒时间为25ms左右，故用于芯片唤醒的数据将不能够被正确接收，因此，应采用下面的芯片唤醒流程：先发送一个字节数据，用于唤醒芯片，延时25ms后再发送有效的数据。
　　为了快速可靠地传输批量数据，可以采用下面的方法实现数据快速可靠接收、发送。
　　如上位机只需要向一个串口发送数据，则可向该串口发送完一个字节数据，再向地址11（串口3的地址）连续发送四个字节“0X00”，其后再向需要发送数据的串口发送一个字节数据。再向串口3发送四个字节“0X00”，按此方式循环发送即可。[page]
　　如果上位机需向两个串口分别发送两个数据块，则可分别向两个相应的子串口发送一个字节的数据后再向串口3发送四个字节的“0X00”，再分别将两个数据块的下一个字节发送到两个子串口。
　　如果上位机有三个数据块需要分别向三个子串口发送，则可先向三个子串口分别发送一个字节的有效数据，再向串口3发送两个字节的“0X00”，再循环向3个子串口发送有效的数据。
　　注意写入串口3用于延时的数据只能是“0X00”，如果写入其他数据，将产生不可预料的结果。
　　SP2337数据发送过程如下：如果上位机需要将数据“0X28”由串口2发送出去，则需先将ADRI1置为“1”，ADRI0置为“0”，再将数据“0X28”通过上位机的UART口发送到串口3。
　　SP2337可执行的命令仅有两条即复位和睡眠命令。当上位机通过串口3（地址为“11”）写入数据“0X35”或“0XB5”时，则芯片执行软件复位，复位时间约为21.75ms，当写入的数据为“0X55”或“0XD5”时，则芯片进入睡眠状态。

4具体应用
　　利用SP2337可将仅具有一个UART串口的单片机扩展为具有3个UART串口的单片机。下面以常用的AT89C51单片机为例给出相应的串口扩展电路，如图2所示。

　　图2中，AT89C51的UART口与 SP2337的串口3相连。串口3同时也作为命令/数据口。ADRI1和ADRI0与AT89C51的P2.3、P2.2口线相连，用于发送数据时相应串口0—2的选择，ADRO1和ADRO0与AT89C51的P2.1、P2.0口线相连，用于判别接收的数据来自串口0—2的哪一个。SP2337的时钟频率选为20MHz，此时，串口3的波特率为19200b/s，串口0—2的波特率为9600b/s。下面给出与上述电路配套的通信程序。程序采用C51 编制。
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5结束语
　　SP2337多串口扩展器可广泛应用在工业控制、数据采集、仪器仪表、智能家电、计算机RS232口扩展、有线及无线数据传输等领域，由该器件构成的多串口电路具有硬件成本低、性价比高、工作速度高、波特率设置简单等特点，是多串口应用系统的良好解决方案。