多總線UART芯片在嵌入式系統設計中的應用

在嵌入式系統中的應用

　　VK系列UART器件的在嵌入式產品中的應用領域包括：多串口服務器/多串口卡，工業/自動化現場RS-485控制，使用CDMA/GPRS MODEM的無線數據傳輸，車載信息平臺/車載GPS定位系統，遠傳自動抄表（AMR）系統，稅控POS/銀行終端等金融機具，DSP數據采集和傳輸系統等。其應用實例如下：

　　1. 在稅控POS中的應用

　　稅控POS機是一個控制密集形的嵌入式系統，需要控制大量外設。其基本配置要求的串口打印機、MODEM、RS-485網絡接口，以及稅控IC卡（異步卡）都工作在基于UART的串行通信方式。同時，大量的外設如密碼鍵盤、條碼掃描器、條碼稱、接觸IC卡/非接觸IC卡讀卡器、磁卡讀卡器、串口顯示屏等設備都是通過RS-232串口與POS機相連。

　　采用VK32xx系列UART器件可以根據MCU/CPU的接口特性，選擇SPI/8位并行總線/UART進行靈活的UART串口擴展。該方案與采用目前GPIO來模擬串口的方案相比，占用CPU的I/O和資源都很少，即使普通的8位MCU也可以勝任。同時，擴展的子串口都是標準的硬件UART，使得數據傳輸也更加可靠。


　　
　　2. 在遠程自動抄表系統中的應用

　　如圖3所示，遠傳自動抄表系統由遠傳表和集中抄表器以及MODEM等部分組成。

　　在遠傳表中，應用VK3212雙串口擴展IC將單片機的一個UART擴展成兩個UART，擴展出來的兩個串口UART1和UART2分別接RS-485/M-BUS接口和紅外接口。VK3212的UART1設置為RS-485自動收發和RS-485網絡模式，可以無需MCU的控制，自動完成RS-485/M-BUS的數據自動收發和自動網絡地址識別。VK3212的UART2設置為紅外模式，用于連接遠傳表的紅外設置窗口。

　　在集中抄表器中，用一片SPI接口的4通道UART器件VK3234將擴展出4個子串口UART，MCU通過SPI總線與VK3234相連。VK3234的子串口UART設置為RS-485自動收發模式，每個子通道UART控制的RS-485/MBUS收發器通過RS-485/M-BUS總線連接最多250個遠傳表。一個基于VK3234的集中抄表器可以實現最多1,000個遠傳表的數據讀取。

　　由于是通過SPI接口擴展的串口，集中抄表器單片機自身的串口可以連接PSTN/GSM MODEM將集抄數據傳給遠程服務器。

　　3. 在嵌入式車載信息平臺中的應用

　　VK3233主接口有SPI和UART兩種接口可以選擇。嵌入式平臺中的DSP/CPU通過SPI/UART接口與VK3233相連，VK3233擴展出來的三個子串口分別連接GPS模塊、倒車雷達模塊和GSM/CDMA模塊，MODEM控制線連接GSM/CDMA MODEM。整個嵌入式系統共用一個顯示設備，有效地節省了車內有限的空間。

　　4. 在串口服務器中的應用

　　在工業控制等領域，眾多設備的對外通訊接口仍然是低速串口。串口服務器將多個串口設備的數據存儲、轉換以后通過IP網進行傳輸。

　　圖5顯示了一個8串口服務器（4個RS-232串口、4個RS485串口）的電路原理圖，嵌入式系統中的DSP/CPU的并行位數據線連接2片VK3266實現了8個串口的擴展，通過地址譯碼器控制2片VK3266的CS實現片選控制。在上圖中，VK3266 A連接4個RS-232收發器，擴展出了4個帶硬件流量控制信號的RS-232串口；VK3266B則連接了4個RS-485收發器，將VK3266設置在RS-458自動收發控制模式下，通過RTS信號控制RS-485收發器的數據發送使能DE和數據讀取使能RD信號，能實現RS-485的自動收發控制。


選型參考和設計建議

　　1. 選型參考

　　VK32系列UART包括5個產品系列，各個產品系列的特點如下：

　　VK321x系列為主接口為UART的產品，僅通過RX，TX和GND三根信號線與主機相連，通過芯片內部的處理協議采用時分復用的方式將一個串口擴展成為2～4個可以同時工作的全雙工串口。在該模式下，MCU以查詢方式操作UART器件，設計中需要注意的是為保證在時分復用下各個子通道能夠同時全雙工通信，主接口的波特率需要設置為大于各個子串口波特率之和。VK321x產品適用于對通信速度要求不高，需要設計可靠簡單的嵌入式產品。

　　VK322x系列產品的主接口為SPI同步傳行總線，最高傳輸速度為4Mbps。適合于帶SPI接口的MCU/DSP擴展異步串口。大多數DSP都只有同步串口，通過SPI接口實現異步串口的橋接和擴展，可以簡化并行總線擴展串口的硬件規模和模擬異步串口的軟件開銷。
　　
　　VK323x系列產品同時具備SPI和UART兩種可以選擇的主接口，擴展子串口具備硬件流量控制和RS-485自動收發功能，尤其適合于需要高可靠數據傳輸的RS-485總線應用。

　　VK325x產品為8位并行總線接口的UART器件，VK326x為同時具備3種可選主機接口的UART器件。這兩個器件應用于需要減少備貨種類，需要進行大量數據傳輸的應用。

　　2. 設計建議

　　異步IC卡的接口設計。遵從7816-3的異步IC卡為半雙工異步通信接口。在實際應用中，可以將子串口的RX和TX短接后直接與IC卡的I/O信號連接，為可靠起見，也可以通過連接7407來驅動IC卡的I/O信號。

　　MODEM接口的設計。目前的PSTN/GPRS/CDMA/GSM MODEM支持三線串口（TX、RX、GND）通過AT命令操作。但實際應用中，僅僅使用三線串口容易丟包,造成數據重發,使得上傳速度變慢,建議使用VK32系列中帶MODEM接口的UART器件，用DSR、DTR、RI和DCD來監控MODEM狀態，用RTS和CTS來做流控，這樣速度可以達到最高。