UART多串口扩展器SP2338DP及其应用_通信网络论文
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×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（//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。