集UART与RS232于一体的MAX3110E原理及应用

1 概述

MAX3110E内部集成了全功能UART和内置电泵电容以及土15kV ESD保护的RS-232收发器。其中，UART部分采用兼容SPITM／QSPITM／MICROWIRETM的串行接口，因而可节省线路板空间和微控制器的μC)I／0引脚。由于RS-232部分使用了特有的低压差输出级，从而使双接收／发送接口能够在高速通信、正常电源下提供真正的RS-232特性，而功耗仅600μA。由于UART和RS-232两部分电路共用电源和地，所以，它们既可联合使用也可独立使用。

通过MAX3110E可实现／μC的同步串行数据接口到异步串行通信口(RS-232)的转换，它可直接与PC机的串行口(COM)相连。MAX3110E具有尺寸小，价格低，功耗少，通信速率高等特点，因此有着较好的应用前景。

2 管脚排列及内部结构

2．1管脚说明

MAX3110E有28脚窄DIP和28脚宽SO两种封装形式，其管脚排列如图1所示。各管脚的功能说明如下：

RlIN，RlOUT，R2IN，R20UT：RS-232接收器输入端或输出端。

TlIN，T10UT，T2IN，T20UT：RS-232发送器输入端或输出端；

Vcc，GND：电源和地；

X1，X2：晶振连接端，使用外部时钟时，Xl为外部时钟的输入端，而此时X2不连；

CTS：UART清除发送输入端，低电平有效；

RTS ：UART发送请求输出端，低电平有效，由RTS位控制。也可用来控制RS485网络中的驱动器使能；

RX，TX：UART异步串行数据(接收器)输入端和(发送器)输出端；

DIN：SPI／MICROWIRE串行数据输入端，为施密特触发模式；

DOUT：SPI／MICROWIRE串行数据输出端，CS=1时为高阻态；

SCLK：SPl／MICROWIRE串行时钟输入端；

CS：UART片选输入端，低电平有效；

IRQ：UART中断输出端，低电平有效，开漏输出至微处理器；

SHDN：硬件关闭输入端，当SHDN=0时，关闭RS232发送器和电泵；

V+，V-：内部电泵产生的+5．5V和-5．5V电压；

C1+，C2+：内部电泵电容的正极，一般不连接；

C1-，C2-：内部电泵电容的负极，一般不连接。

2．2内部结构及功能

MAX3110E的内部结构功能如图2所示，它包括UART与RS-232两个独立的部分。其中，UART部分包括兼容于SPI的串行接口、可编程波特率发生器、发送缓冲器及发送移位寄存器、接收缓冲器及接收移位寄存器、8字节接收FIFO以及有四种可屏蔽中断源的中断产生器。而RS-232部分包括自带电容的电泵，以及可由SHDN对其进行硬件关断的。

与MAXIM的其它产品一样，MAX3110E同样具有ESD保护结构，可对意想不到的静电起强大的保护作用，其抗静电能力达±15kV，并可适应各种ESD情况，如正常操作、关断模式和断电等。

3 读写时序及软件编程

3.1 读写时序

MAX3110E具有兼容SPI／QSPI(CPOL=0，CPHA=0)以及MICROWIRE的串行接口，可方便地与μC的SPI进行接口连接，其同步串行SPI接口的时序如图3所示。它支持μC的I／0线访问，并可用51系列单片机的P1口模拟SPI串行接口。

SPI串行接口是一个独立的全双工结构，它只接收16位数据字。因此，不论寄存器是否使用，只要从DIN接收一个16位字节，就会同时从DOUT产生一个16位的字节。其中，DIN数据字的前两位决定了传输数据的类型。当CS变低时，系统等待一个新的16位数据字，DIN(MOSI)通常在时钟信号的上升沿锁存，而DOUT(MISO)则在时钟信号的上升沿被读入微处理器，DOUT的第一位(15位)由CS信号的下降沿传送，而14-0位则在SCLK的下降沿被传送。

3．2软件编程

通过串行接口来读／写MAX3110E的内部寄存器，可完成UART的波特率设定、数据字长设置、奇偶校验使能、中断使能、8字节FIFO使能以及收／发数据的读／写等。其配置由DIN、DOUT端各自的16位寄存器中的各位来控制，各位的具体涵义及状态如表1所列。

MAX3110E内有写设置寄存器，读设置寄存器，写数据寄存器和读数据寄存器等四种操作命令，表2是四种寄存器的操作格式。

写设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与CTS不受影响。DIN中FEN，SHDNi，IR，ST，PE，L，B3-BO等位的设置将在本次发送结束后有效，而屏蔽位(TM，RM，PM，RAM)则在第16个时钟信号的上升沿开始有效。输出的DOUT带有14个尾零，前两位R和T是可选的。UART必须在晶振振荡稳定之后，才能正确地配置寄存器。

读设置寄存器模式可用来读取UART的最新配置，以控制芯片进入测试模式(位TEST=1时)。所谓测试模式是指芯片在内部将TX和RX连接，以实现自发自收的操作。

写数据寄存器模式可用来向TX缓冲器发送数据或从RX缓冲器中接收数据。如果没有新的数据，R位将会在第16个时钟信号的下降沿被清除。如果不传送数据而只想改变RTS的状态，则可将TE位置为1，以禁止数据的发送。

使用读数据寄存器模式可接收来自8字节FI-FO的数据。但应注意：读数据时将会清除R位及IRQ中断位。

3．3中断源与屏蔽

MAX3110E有4个可屏蔽中断源，分别为R、T、RA／FE与Pr。当其中任一中断源发出请求且未被屏蔽时，MAX3110E将提出中断请求。如果中断的初始化条件不存在，那么，系统将通过读或写数据寄存器来清除IRQ中断。图4所示是中断源与屏蔽的功能框图。

3．4关断模式

MAX3110E的关断包括硬件关断与软件关断两冲模式，其中，硬件关断仅影响RS232收发器，而软件关断则控制UART工作，两者相互间没有影响。

通过软件命令SHDNi=1可使UART进入软件关断模式，当系统进入关断模式后，系统振荡器停止，功耗降低，同时清除FIFO，R，RA／FE，DOr-D7r，Pr，Pt等寄存器以及置T=1。UART在关闭时，仍能监视接收器的活动。当SHDNoi=0退出软件关断模式时，振荡器在CS的上升沿开始起振。

通过将管脚SHDN接地可对RS-232收发器进行硬件关断，硬件断关时，电源电流为Iccshdn，电泵关闭，V+降为Vcc，V-升为0，发送器输出端变为高阻态。将管脚SHDN接Vcc则可退出硬件关断模式。[page]

4 典型应用

每个MAX3110E内部均包含一个全功能的UART，以及两个RS232驱动器／接收器。MAX3110E在9位网络工作模式下支持多点通信；而在IrDA模式下则可用来与其它兼容SIR的IrDA设备进行红外通讯，详细的操作过程与MAX3100类似。MAX3110E使用1.8432MHz或3.6864MHz晶振，可产生300-230kB/s的所有通用波特率，因而可提供各种灵活的通信方式。

UART和RS232既可联合使用，也可分开单独使用，其典型应用电路分别如图5和图6所示。

对于没有SPI接口的微处理器，一般需要采用接口线和软件子程序来模拟SPI接口，此时应使用CPOL=0，CPHA=0模式。需要注意的是：每次发送与接收的数据必须是16位字节，通信的波特率也必须协调一致。对于8051系列单片机，可使用下面的UTLK子程序来模拟SPI接口，其中的TXl和TX2作为发送数据寄存器，而RXl和RX2则作为接收数据寄存器，具体程序如下：

；口线定义

DOUT BIT P1.0 ；数据从UART输出

DIN BIT P1.1 ；数据从UART输入

SCLK BlT P1.2 ；串行时钟

CS BlT P1.3 ；片选，低电平有效

IRQ BIT P3.2 ；中断请求

；RAM单元分配

TXl EQU 10H ;发送数据寄存器高八位

TX2 EQU 11H ；发送数据寄存器低八位

RXl EQU 12H ；接受数据寄存器高八位

RX2 EQU 13H ；接受数据寄存器低八位

；UTLK子程序

UTLK：

CLR CS ；使MAX3110E片选端有效

MOV A，TXl ；从TX1中取高八位数据

CALL BYT8 ；发送并接收高八位

MOV RXl，A ；接收到的高八位送RX1

MOV A，TX2 ；从TX2中取低八位数据

CALL BYT8 ；发送并接收低八位

MOV RX2，A ；接收到的低八位送RX2

SETB CS ；使片选端无效

RET

；从DIN端移出8位，同时从DOUT端接收8位送到A

BYT8：MOV #8 ；8位传送

SETB DOUT ；确保能从DOUT接收

B8LP：RLC A ；将最高位移至CY

MOV DIN，C ；发送到DIN端

SETB SCIK ；时钟脉冲上跳

MOV C，DOUT ；读取数据位

CLR SCLK ；时钟脉冲下跳

MOV ACC．0，C ；接收位送至ACC．0

DJNZ R4，B8LP ；循环直到8位完成

RET

参考文献

　　[1]. MAX3110E datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/MAX3110E_1058797.html.

　　[2]. MAXIM datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/MAXIM_1062568.html.

　　[3]. RS-232 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/RS-232_584855.html.

　　[4]. RS485 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/RS485_585289.html.

　　[5]. RS232 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/RS232_585128.html.

　　[6]. MAX3100 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/MAX3100_1058507.html.

　　[7]. MAX3110E-MAX3111E datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/MAX3110E-MAX3111E_297133.html.

　　[8].MAX3110E-MAX3111E.pdf.www.maxim-ic.com

　　[9].MAX3100.pdf.WWW.maxim-ic.com

　　[10].栾成强。UART技术和MAX3100.www.maxim-iC.com.Cn