UART多串口扩展器SP2338DP及其应用

摘要：SP2338DP是一种新颖的串口扩展器，可将一个高波特率的UART扩展为3个，解决了普通单片机UART串口太少的问题。文中给出该器件的主要特性、引脚说明及应用说明，并以AT89C52单片机为例给出多串口扩展应用电路及相应软件。 关键词：UART 串口扩展 单片机 1 概述 当前，以单片机为核心构成的智能化测控系统及电子产品不断涌现，为了满足数字化及智能化要求，许多外围电路功能模块、部件、器件及传感器也具备了UART串口通信功能。而现阶段的8位、16位、32位单片机却大部分仅提供一个UART串口，这样就很难满足系统中一方面要与具有UART功能的串口部件通信，另一方面又要与上位机通信的要求。利用SP2338DP多串口扩展器，可很好地解决此问题。 2 工作特性 SP2338DP是采用低功耗CMOS工艺设计的UART多串口扩展芯片。该器件可将一个高波特率的UART串口扩展为3个较高波特率的UART串口，从而为系统需要多个串口时提供了很好的解决方案。该器件的主要特性如下： *可将1个UART串口扩展为3个UART串口。 *全双工异步工作：4个UART串口都为全双工异步工作模式。 *高工作速度：1200～9600b/s（可由晶振频率设定任意非标准波特率）。 *波特率设置简单：不需软件设置，只需更改输入时钟频率即可。 *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%即可。 *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%时）。 *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：2.4～5.5V。 *低工作电流：典型工作电流为4.4mA。 3 封装及引脚说明 该器件具有DIP、SOIC和SSOP多种封装形式。下面以DIP封装形式为例，给出元件的封装及引脚排列，如图1所示。引脚功能及说明见表1。 表1 SP2338 DIP引脚功能 名 称 编 号 类 型 描 述 ADRI0 18 I 串口3接收数据地址线0 ADRI1 17 I 串口3接收数据地址线1 ADRO0 1 O 串口3发送数据地址线0 ADRO1 2 O 串口3发送数据地址线1 RX0 8 I 串口0数据接收 TX0 9 O 串口0数据发送 RX1 11 I 串口1数据接收 TX1 10 O 串口1数据发送 RX2 13 I 串口2数据接收 TX2 12 O 串口2数据发送 RX3 6 I 串口3数据接收 TX3 7 O 串口3数据发送 OSCI 16 I 时钟输入 OSCO 15 O 时钟输出 VCC 3，4，14 - 正电源 GND 5 - 地 4 应用说明 SP2338DP在使用时应遵循以下原则： ①SP2338DP适用于串行数据为8位的应用领域（如数据位7为位，可选用SP2337DP器件）； ②串口0～2为较高波特率的串口（子串口）。 ③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。如输入时钟频率foscin为10MHz，则串口3的波特率为19 200bps，串口0～2的波特率为19 200bps/4=4800 bps；如果需要在串口0～2上获得波特率K，则需按以下公式改变时钟频率即可。 K=4800%26;#215;foscin/10(bps) 其中foscin≤20MHz ④ADRI1、ADR10为下行地址线，ADRI1、ADRI0=00、01、10时，分别对应子串口0、1、2、ADR1、ADR0=11时，为串口3的地址；同时，它也是SP2338DP的命令/数据口地址。 ⑤ADRO1、ADRO0为上行数据的串口地址线，ADRO1、ADRO0=00、01、10时，分别对应子串口0、1、2。当上位机UART接收到由串口3发送来的数据时，立即读取地址线ADRO1和ADRO0的状态。根据ADRO1和ADRO0的状态即可判断出数据是由哪个串口发送来的。 ⑥芯片唤醒条件为：向串口0～串口3的任意一个数据接收端口写入1个字节数据。由于SP2338DP的唤醒时间为25ms左右，故用于芯片唤醒的数据将不能被正确接收，因此应采用下面的芯片唤醒流程；先发送1个字节数据，用于唤醒芯片，延时25ms后再发送有效的数据。 ⑦为了快速可靠地传输批量数据，可以采用下面的方法，实现数据快速可靠的接收、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1个字节数据后再向地址11（串口3的地址）连续发送4个字节“0X00”。其后向需要发送数据的串口发送1个字节数据，再向串口3发送4个字节“0X00”，按此方式循环发送即可。 如果此位同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1个字节的数据后再向串口3发送4个字节的“0X00”，然后分别将两个数据块的下一个字节发送到两个子串口上。 如果上位机有3个数据块需要分别向3个子串口发送，则可先向3个子串口分别发送1个字节的有效数据后再向串口3发送2个字节的“0X00”，然后循环向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”，写入其它数据将产生可预料的结果。 ⑧SP233DP数据发送工作过程如下：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即可。 ⑨SP2338DP可执行的命令仅有两种，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，芯片将进入睡眠状态。 图2 利用SP2338DP扩展的3串口电路 5 典型应用电路 利用SP2338DP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AT89C52单片机为例，给出相应的串口扩展电路，如图2所示。 图2中AT89C52的全双工串口与SP2338DP的串口3相连。串口3同时也做为命令/数据口。ADRI1和ADRI0与AT89C52的P3.3、P3.2口线相连，用于发送数据时相应串口0～2的选择。ADRO1和ADRO0与AT89C52的P3.4、P3.5口线相连，用于判断接收的数据来自串口0～2的哪一个。SP2338DP的时钟频率选为20MHz，此时串口3的波特率为19 200bps，串口0～2的波特率为9600bps。网络补充版（http://www.dpj.com.cn）中，给出与上述电路配套的通信程序，程序采用C51编制。 结语 SP2338多串口扩展器可广泛应用于工业控制、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，因而选择该器件是多串口应用系统的良好解决方案。