導語：多串口擴展器件應用管理論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：SP2538是采用低功耗CMOS工藝生產的專用串行口（RS232）擴展芯片，它可將單片機或DSP等原有的單UART串口擴展至5個全雙工UART口，從而解決了此類器件串口太少的問題。文中介紹了SP2538的性能特點，引腳功能及應用方法，并以單片機為例給出了多串口擴展的硬件電路及相應的通信程序。

關鍵詞：RS-232；串口擴展；單片機；SP2538

1概述

SP2538是專用低功耗串行口擴展芯片，該芯片主要是為解決當前基于UART串口通信的外圍智能模塊及器件較多，而單片機或DSP原有的UART串口又過少的問題而推出的。利用該器件可將現有單片機或DSP的單串口擴展至5個全雙工串口。與其它具有多串口的單片機或串口擴展方案相比，采用SP2538實現的多串口擴展方案，具有擴展串口數量多、對擴展單片機的軟硬件資源占用少、使用方法簡單、待擴展串口可實現較高的波特率、成本低廉、性價比高等優點。同時，它還具有如下特點：

●可將單UART串口擴展為5個UART串口；

●工作速率范圍寬，5個子串口可產生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；

●典型工作電流為4．6mA(子串口速率為9600bps、VCC為3．3V時)；

●資源占用少，除占用上位機原有串行口中斷外，不占用任何中斷資源；

●具有節電模式，進入節電模式后，其典型靜態電流約8μA；

●上位機發送數據可自動喚醒；

●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（所有串行口數據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，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56000bps和57600bps兩種標準波特率（fosc—in為20．0MHz時）；

●可用上位機進行監控，并具有上電復位和看門狗監控輸出，適用于沒有看門狗或需要更多重監控的高可靠上位機程序監控系統。

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的復位時輸出高電平而后綴為SP2538xxL的復位時輸出低電平，可分別適用高、低電平復位的單片機。圖1給出了DIP封裝高電平復位SP2538DPH的外形及引腳排列圖，各引腳的功能說明列于表1。

表1SP2538引腳說明

引腳名稱引腳編號引腳類型引腳描述

TX5～TX01、3、5、7、9、14Output串口5～串口0數據發送（連接上位機RX口）

RX5～RX02、4、6、8、10、13Input串口5～串口0數據接收（連接上位機TX口）

VCC111---電源1（邏輯電路電源）

+RST12Output復位控制輸出（適用于高電平復位的MCU）

VCC215---電源2（時鐘電路電源）

GND16---電源地

OSCI17Input時鐘輸入（用于波特率發生器等）

OSCO18Output時鐘輸出

ADRI0～ADRI219～21Input母串口（RX5）數據接收地址0～2

ADRO0～ADRO222～24Output母串口（RX5）數據發送地址0～2

3應用說明

3．1母串口收發數據過程與時序

（1）上位機接收來自母串口的數據

上位機從母串口接收到一個字節數據后，會立即讀取SP2538的輸出地址ADRO2～ADRO0（編碼方式為：8－4－2－1碼），然后根據輸出地址的編碼即可判斷接收到的數據來自哪個子串口，上位機接收來自母串口的數據時序如圖2所示。

（2）上位機向母串口發送數據

發送數據時，上位機首先通過串口寫入欲發送數據的子串口號，即先由上位機的串口發送數據地址ADRI2～ADRI0（編碼方式：8－4－2－1碼），然后將欲發送的數據由上位機串口發出。需要注意的是：母串口的波特率是子串口的6倍，即上位機在連續向母串口發送6個字節的時間內，子串口才能發送完一個字節。上位機向母串口發送數據的時序如圖3所示。表2列出了SP2538的操作時限要求。

表2SP2538操作時限

時限內容說明最小值典型值最大值

Tpwr-up上電復位延時150ms……

Treset芯片指令復位時間……50μs

Twdt-rst看門狗溢出復位脈沖寬度80ms……

Taddr-in數據接收地址保持時間10ns……

Twake-up芯片喚醒延時……9ms

Taddr-hold數據發送地址保持時間（2/fosc-in）ms……

Twdt-over看門狗溢出周期800ms……

3．2其它說明

母串口和所有子串口內部均具有獨立的數據發送緩沖存儲器（FIFOBuffer）和接收緩沖存儲器（FIFOBuffer），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獨立接收和發送數據，且不會丟失任何數據。

母串口波特率由K1＝2880fosc－in計算，其單位為MHz，且fosc—in小于20．0Hz。在SP2538輸入時鐘fosc—in為20．0MHz時，母串口可自動適應上位機的56000bps和57600bps兩種標準波特率輸入，即fosc—in為20．0MHz時，上位機的RS232波特率可以設置成56000bps或57600bps。子串口波特率為：K2＝480fosc—in。

母串口和所有子串口都是TTL電平接口，可直接與單片機或TTL數字電路接口，若需連接PC機，則必須增加電平轉換芯片，如MAX202，ICL232等。

SP2538具有內置的上電復位電路和可關閉的看門狗監控電路，用于監控上位機程序是否正常運行，同時也可以簡化上位機復位電路的設計。上位機寫命令字“0x10”可實現喂狗，而寫命令字“0x15”則可關閉看門狗（初次上電后，看門狗處于激活狀態），寫命令字“0x20”可激活看門狗監控功能。

上位機可通過芯片復位指令（命令字為“0x35”）在任何時候對芯片進行指令復位（復位時間Treset小于50μs）。

圖2和圖3

上位機可通過芯片睡眠指令（命令字為“0x55”）使芯片在任何時候進入微功耗睡眠模式，以降低系統功耗。初次上電后，芯片不會自行進入睡眠模式。應當注意的是，只能由上位機發送任意一個字節數據將其喚醒，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應用實例

SP2538的應用領域包括數據采集、工業控制、儀器儀表、智能家電、醫療設備、稅控加油機、商業POS機、家庭安防控制、車輛監控和調度、GPS衛星定位與導航、有線及無線數據傳輸、基于PC機的多串口卡、水、電、氣表抄表系統、室外多媒體電子廣告以及其它對通信穩定性、成本和開發周期要求比較嚴格的各種應用和工業MODEM陣列等方面。

4．1應用電路

利用SP2538可將僅有一個UART串口的單片機擴展為具有5個UART串口的單片機。圖4以常用的AT89C52單片機為例給出了相應的串口擴展電路。圖中，AT89C52的全雙工串口與SP2538的母串口5相連。該串口5同時也作為命令／數據口。SP2538的ADRI0、ADRI1、ADRI2分別與AT89C52的P2．3、P2．4、P2．5口相連，可用于選擇發送數據時的相應串口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據來自串口0～4的哪一個。SP2538的時鐘頻率可選為20MHz，此時母串口5的波特率為57600bps，串口0～4的波特率為9600bps。

4．2應用程序

下面是與上述硬件電路相關的接口程序，該程序用C51語言編制，程序分為上位機發送、接收中斷服務程序和主程序兩部分。

ucharidatauart0_t_but[8];

ucharidatasend_buf[8];

ucharidatauart0_r_but

ucharidatauart0_send_num

ucharidatauart_port_num,send_byte_num,uart_point-er

bitbdatawritesuccess,uart_busy;

bitbdatauart0_receive

sbitADRI_0＝P2＾0;

sbitADRI_1＝P2＾1;

sbitADRI_2＝P2＾2;

sbitADRO_0＝P2＾3;

sbitADRO_1＝P2＾4;

sbitADRO_2＝P2＾5;

serial()interrupt4using3{／／上位機RS232接收、發送中斷入口

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。

Voiduart_send(uncharuart_port_num,ucharsend_bytenum){

uchari

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結束語

近年來，以單片機為核心構成的具有UART接口的智能儀器儀表及智能模塊不斷涌現，此類產品可方便地與單片機構成分布式系統。另一方面，系統中的單片機也要與上位計算機之間進行通信，從而構成二級分布式系統。SP2538的出現為此類多串口應用領域提供了一個良好的解決方案。