多串口擴展器在單片機系統中的應用

1概述

近年來，具有完整的測量或控制功能的智能模塊不斷涌現，而此類模塊均需通過RS-232S或RS-485串行口與上位單片機或微機進行通信，以構成分級分布式測控系統，而現階段的大部分單片機僅有一個UART串口，很難滿足既與智能模塊通信又與上位微機進行通信的要求。縱觀現有的串口擴展方案，存在對單片機的軟硬件資源占用較多、編程繁復、串口擴展數量較少、硬件電路復雜及成本較高等缺點，而利用UART多串口擴展器SP2337可以很好地解決單片機多串口的擴展問題。

2SP2337的主要特性及引腳功能

SP2337是采用低功耗CMOS工藝設計的UART多串口擴展器，該器件可將一個高波特率的UART串口擴展為三個較高波特率的UART串口，從而為系統需要多個串口時提供很好的解決方案，該器件的主要特性是：

可將一個UART串口擴展為三個UART串口；
　　全雙工異步工作，四個UART串口都為全雙工異步工作模式；
　　工作速率高，可達1200b/s～9600b/s（可由晶振頻率設定任意非標準波特率）；
　　波特率設置簡單，只需更改輸入時鐘頻率；
　　波特率誤差小，每個串口的數據輸出波特率誤差小于0.25％；
　　接收波特率范圍寬，要求每個串口數據波特率小于2.5％；
　　數據傳輸誤碼率極低，小于10－9（接收的數據波特率誤差小于2％）；
　　具有節電模式，進入節電模式后，典型靜態電流為0.5μA；
可自動喚醒，任意串口的接收端有數據出現時自動喚醒；
　　寬工作電源電壓（2.4V～5.5V）；
　　低工作電流，典型工作電流為4.4mA。

該器件具有DIP型、SOIC型和SSOP型多種封裝形式。引腳排列如圖1所示。引腳功能見表1。

3應用技術

在使用SP2337時應遵循許多原則。

SP2337適用于串行數據為7位的應用領域。

串口0—串口2為三個較高波特率的串口（子串口）。

串口3為高波特率串口（母串口），它的數據傳輸速率是子串口的4倍。如當輸入時鐘頻率fos,cin為10MHz，串口3的波特率為19200b/s。串口0—2的波特率為19200b/s/4=4800b/s；如果需要在串口0—串口2上獲得波特率K，則需按以下公式改變時鐘頻率。

ADRI1、ADRI0為下行地址線，ADRI1ADRI0=00、01、10時，分別對應子串口0，1，2，ADR1ADR0=11時為串口3的地址，同時，它也是SP2337的命令/數據口地址。

ADRO1、ADRO0為上行數據的串口地址線，ADRO1ADRO0=00、01、10時分別對應子串口0、1、2，當上位機的UART接收到由串口3發送的數據時，立即讀取地址線ADRO1和ADRO0的狀態，根據ADRO1和ADRO0的狀態判斷數據由哪個串口發送。

喚醒條件為向串口0—串口3的任意一個數據接收端口寫入一個字節數據。由于SP2337的喚醒時間為25ms左右，故用于芯片喚醒的數據將不能夠被正確接收，因此，應采用下面的芯片喚醒流程：先發送一個字節數據，用于喚醒芯片，延時25ms后再發送有效的數據。

為了快速可靠地傳輸批量數據，可以采用下面的方法實現數據快速可靠接收、發送。

如上位機只需要向一個串口發送數據，則可向該串口發送完一個字節數據，再向地址11（串口3的地址）連續發送四個字節“0X00”，其后再向需要發送數據的串口發送一個字節數據。再向串口3發送四個字節“0X00”，按此方式循環發送即可。

如果上位機需向兩個串口分別發送兩個數據塊，則可分別向兩個相應的子串口發送一個字節的數據后再向串口3發送四個字節的“0X00”，再分別將兩個數據塊的下一個字節發送到兩個子串口。

如果上位機有三個數據塊需要分別向三個子串口發送，則可先向三個子串口分別發送一個字節的有效數據，再向串口3發送兩個字節的“0X00”，再循環向3個子串口發送有效的數據。

注意寫入串口3用于延時的數據只能是“0X00”，如果寫入其他數據，將產生不可預料的結果。

SP2337數據發送過程如下：如果上位機需要將數據“0X28”由串口2發送出去，則需先將ADRI1置為“1”，ADRI0置為“0”，再將數據“0X28”通過上位機的UART口發送到串口3。

SP2337可執行的命令僅有兩條即復位和睡眠命令。當上位機通過串口3（地址為“11”）寫入數據“0X35”或“0XB5”時，則芯片執行軟件復位，復位時間約為21.75ms，當寫入的數據為“0X55”或“0XD5”時，則芯片進入睡眠狀態。

4具體應用

利用SP2337可將僅具有一個UART串口的單片機擴展為具有3個UART串口的單片機。下面以常用的AT89C51單片機為例給出相應的串口擴展電路，如圖2所示。