基于SPI的多串口扩展方案

基于SPI的多串口扩展方案（1扩8）前言随着电子技术的发展，以微处理器（MCU），PC机组成的主从分布式测控系统已成为当今复杂的测控系统的典型解决方案。单片机以其独特的串口通信功能为主，从设备之间的数据传输提供了便利。但是51系列单片机只提供了一个全双工的串行通信接口，这对于一个实时性要求较高，测控功能复杂的系统而言是一个美中不足之处。在我们设计的智能密集测控系统中，就需要测控工具有多个实时全双工的串行通信接口。我们现在只能是选择有多个串口的单片机或者是进行串口扩展，选择多串口的单片机肯定成本比较高，而且局限性比较大；那么最好的方案还是进行串口扩展。根据本人的对多款串口扩展芯片在性能、价格上的比较，个人认为维肯电子的VK3266这款串口扩展芯片还是相当不错的，下面我们就也VK3266来对单片机的串口进行扩展。以单片机的一个串口，扩展为4个全双工的串口。1、系统原理框图2、硬件原理图硬件原理框图介绍：本设计主要依赖的硬件是2块VK3224串口扩展芯片实现一个spi接口扩展8个uart接口，外部电路实现简单。主要是晶振电路，复位电路，spi接口电路。微控制器VK3224VK3224SPIUart1---uart83、VK3224芯片介绍1.产品概述VK3224是SPITM接口的4通道UART器件。VK3224实现SPI桥接/扩展4个串口（UART）的功能。扩展的子通道的UART具备如下功能特点：每个子通道UART的波特率、字长、校验格式可以独立设置，最高可以提供1Mbps的通信速率。每个子通道可以独立设置工作在IrDA红外通信。每个子通道具备收/发独立的16BYTEFIFO，FIFO的中断为4级可编程条件触发点。VK3224采用SOP20绿色环保的无铅封装，可以工作在2.5～5.5V的宽工作电压范围，具备可配置自动休眠/唤醒功能。[注]：SPITM为MOTOLORA公司的注册商标。2.基本特性2.1总体特性低功耗设计，可以配置自动休眠，自动唤醒模式宽工作电压设计，工作电压为2.5V～5.5V精简的配置寄存器和控制字，操作简单可靠提供工业级和商业级产品高速CMOS工艺采用符合绿色环保政策的SOP20无铅封装2.2扩展子通道UART特性子通道串口独立配置，高速、灵活：每个子串口为全双工，每个子串口可以通过软件开启/关闭波特率可以独立设置，子串口最高可以达到1Mbit/s(5V工作电压)每个子串口字符格式包括数据长度、停止位数、奇偶校验模式可以独立设置完善的子串口状态查询功能FIFO功能：每个子串口具备独立的16级9Bits发送FIFO，发送FIFO具备4级可编程触发点每个子串口具备独立的16级9Bits接收FIFO，接收FIFO具备4级可编程触发点软件FIFO使能和清空FIFO状态和计数器输出错误检测：支持奇偶校验错，数据帧错误及溢出错误检测支持起始位错误检测内置符合SIR标准的IrDA红外收发编解码器，传输速度可达115.2Kbit/s2.3SPI主接口特性最高速度5Mbit/s仅支持SPI从模式16位，SPI模式03.应用领域多串口服务器/多串口卡工业/自动化现场RS-485控制无线数据传输车载信息平台/车载GPS定位系统远传自动抄表（AMR）系统POS/税控POS/金融机具DSP/嵌入式系统4.原理框图图4.1VK3224原理框图SPI接口发送FIFO子通道UART控制寄存器波特率发生器发送流量控制发送移位寄存器接收FIFO接收流量控制接收移位寄存器中断控制逻辑时钟发生器SCLKSCSSDINSDOUTXTAL1XTAL2RX1toRX4TX1toTX4IRQVK32245.封装引脚5.1封装图123547620191816171415VK3224GNDSCSSCLKSDOUTSDINTX4OSCIOSCOVCCTX3RX3TX1RX18109/IRQVCC131112GNDTX2RX2RX4/RST5.2引脚描述表5.2VK3224引脚描述名称管脚类型描述SCS2I为SCS(SPI片选)功能引脚：低电平有效SCLK3I为SCLK(SPI时钟输入)功能引脚；SDIN4I为SDIN(SPI数据输入)功能引脚；SDOUT5O为SDOUT(SPI数据输出)功能引脚；RX1RX2RX3RX41512176I子通道串口串行数据输入。RX将所连数据UART的串行数据输入VK3224的相应管脚。TX1TX2TX3TX41411167O子通道串口串行数据输出。TX将串行数据输出到与其连接的器件引脚。/RST8I硬件复位引脚，低电平复位有效/IRQ10O中断输出信号，低电平有效，建议外接上拉电阻，典型值5.1KOSCO19I晶振输入；OSCI20O晶振输出；VCC9，18-电源2.5V～5.5V工作范围GND1，13-地