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RS-232多串口擴(kuò)展器件SP2538及其應(yīng)用
摘要：SP2538是采用低功耗CMOS工藝生產(chǎn)的專用串行口（RS232）擴(kuò)展芯片，它可將單片機(jī)或DSP等原有的單UART串口擴(kuò)展至５個(gè)全雙工UART口，從而解決了此類器件串口太少的問(wèn)題。文中介紹了SP2538的性能特點(diǎn)，引腳功能及應(yīng)用方法，并以單片機(jī)為例給出了多串口擴(kuò)展的硬件電路及相應(yīng)的通信程序。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(guò)少的問(wèn)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(gè)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(duì)擴(kuò)展單片機(jī)的軟硬件資源占用少、使用方法簡(jiǎn)單、待擴(kuò)展串口可實(shí)現(xiàn)較高的波特率、成本低廉、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，它還具有如下特點(diǎn)：
●可將單ＵＡＲＴ串口擴(kuò)展為５個(gè)ＵＡＲＴ串口；
●工作速率范圍寬，５個(gè)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；(范文先生網(wǎng)m.panasonaic.com收集整理)
●典型工作電流為４．６ｍＡ(子串口速率為９６００ｂｐｓ、ＶＣＣ為３．３Ｖ時(shí))；
●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(dòng)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(shí)，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(shí)）；
● 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(méi)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(shí)輸出高電平而后綴為ＳＰ２５３８ｘｘＬ的復(fù)位時(shí)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(shuō)明列于表１。
表1 SP2538引腳說(shuō)明
３ 應(yīng)用說(shuō)明
３．１ 母串口收發(fā)數(shù)據(jù)過(guò)程與時(shí)序
（１）上位機(jī)接收來(lái)自母串口的數(shù)據(jù)
上位機(jī)從母串口接收到一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，會(huì)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(lái)自哪個(gè)子串口，上位機(jī)接收來(lái)自母串口的數(shù)據(jù)時(shí)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(shí)，上位機(jī)首先通過(guò)串口寫入欲發(fā)送數(shù)據(jù)的子串口號(hào)，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(gè)字節(jié)的時(shí)間內(nèi)，子串口才能發(fā)送完一個(gè)字節(jié)。上位機(jī)向母串口發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)序如圖３所示。表２列出了ＳＰ２５３８的操作時(shí)限要求。
表2 SP2538操作時(shí)限
３．２ 其它說(shuō)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(chǔ)器（ＦＩＦＯ Ｂｕｆｆｅｒ）和接收緩沖存儲(chǔ)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(shí)獨(dú)立接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，且不會(huì)丟失任何數(shù)據(jù)。
母串口波特率由Ｋ１＝２８８０ ｆｏｓｃ－ｉｎ計(jì)算，其單位為ＭＨｚ，且ｆｏｓｃ—ｉｎ小于２０．０Ｈｚ。在ＳＰ２５３８輸入時(shí)鐘ｆｏｓｃ—ｉｎ為２０．０ＭＨｚ時(shí)，母串口可自動(dòng)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(shí)，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(shí)也可以簡(jiǎn)化上位機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。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(guò)芯片復(fù)位指令（命令字為“０ｘ３５”）在任何時(shí)候?qū)π酒M(jìn)行指令復(fù)位（復(fù)位時(shí)間Ｔｒｅｓｅｔ小于５０μｓ）。
圖2和圖3
上位機(jī)可通過(guò)芯片睡眠指令（命令字為“０ｘ５５”）使芯片在任何時(shí)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(huì)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(gè)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(wú)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(duì)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(gè)ＵＡＲＴ串口的單片機(jī)擴(kuò)展為具有５個(gè)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(shí)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(shí)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(lái)自串口０～４的哪一個(gè)。ＳＰ２５３８的時(shí)鐘頻率可選為２０ＭＨｚ，此時(shí)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(yǔ)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(yǔ)
近年來(lái)，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(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信，從而構(gòu)成二級(jí)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(gè)良好的解決方案。
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