RS-232多串口扩展器件SP2538及其应用

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摘要：SP2538是采用低功耗CMOS工艺生产的专用串行口（RS232）扩展芯片，它可将单片机或DSP等原有的单UART串口扩展至５个全双工UART口，从而解决了此类器件串口太少的问题。文中介绍了SP2538的性能特点，引脚功能及应用方法，并以单片机为例给出了多串口扩展的硬件电路及相应的通信程序。

    关键词：RS-232；串口扩展；单片机；SP2538

１　概述

ＳＰ２５３８是专用低功耗串行口扩展芯片，该芯片主要是为解决当前基于ＵＡＲＴ串口通信的外围智能模块及器件较多，而单片机或ＤＳＰ原有的ＵＡＲＴ串口又过少的问题而推出的。利用该器件可将现有单片机或ＤＳＰ的单串口扩展至５个全双工串口。与其它具有多串口的单片机或串口扩展方案相比，采用ＳＰ２５３８实现的多串口扩展方案，具有扩展串口数量多、对扩展单片机的软硬件资源占用少、使用方法简单、待扩展串口可实现较高的波特率、成本低廉、性价比高等优点。同时，它还具有如下特点：

●可将单ＵＡＲＴ串口扩展为５个ＵＡＲＴ串口；

●工作速率范围宽，５个子串口可产生２４００ｂｐｓ～９６００ｂｐｓ之间的任意波特率；

●可全双工工作，母串口和所有子串口都支持全双工ＵＡＲＴ传输模式；

●工作电源电压范围宽：３．３Ｖ～５．５Ｖ；javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

●典型工作电流为４．６ｍＡ(子串口速率为９６００ｂｐｓ、ＶＣＣ为３．３Ｖ时)；

●资源占用少，除占用上位机原有串行口中断外，不占用任何中断资源；

●具有节电模式，进入节电模式后，其典型静态电流约８μＡ；

●上位机发送数据可自动唤醒；

●输出误差小，所有子串口的输出波特率误差均小于０．０８％；

●误码率低于１０－９（所有串行口数据输入波特率误差小于等于±２％）；

●接收范围宽，波特率误差小于２．５％时，子串口即可完全正确接收；母串口的接收范围更宽，并可自适应５６０００ｂｐｓ和５７６００ｂｐｓ两种标准波特率（ｆｏｓｃ—ｉｎ 为２０．０ＭＨｚ时）；

● 可用上位机进行监控，并具有上电复位和看门狗监控输出，适用于没有看门狗或需要更多重监控的高可靠上位机程序监控系统。

２　引脚功能

ＳＰ２５３８具有双列直插ＤＩＰ及双列贴片ＳＯＩＣ两种封装形式。后缀为ＳＰ２５３８ｘｘＨ的复位时输出高电平而后缀为ＳＰ２５３８ｘｘＬ的复位时输出低电平，可分别适用高、低电平复位的单片机。图１给出了ＤＩＰ封装高电平复位ＳＰ２５３８ＤＰＨ的外形及引脚排列图，各引脚的功能说明列于表１。

表1 SP2538引脚说明

引脚名称	引脚编号	引脚类型	引  脚  描  述
TX5～TX0	1、3、5、7、9、14	Output	串口5～串口0数据发送（连接上位机RX口）
RX5～RX0	2、4、6、8、10、13	Input	串口5～串口0数据接收（连接上位机TX口）
VCC1	11	- - -	电源1（逻辑电路电源）
+RST	12	Output	复位控制输出（适用于高电平复位的MCU）
VCC2	15	- - -	电源2（时钟电路电源）
GND	16	- - -	电源地
OSCI	17	Input	时钟输入（用于波特率发生器等）
OSCO	18	Output	时钟输出
ADRI0～ADRI2	19～21	Input	母串口（RX5）数据接收地址0～2
ADRO0～ADRO2	22～24	Output	母串口（RX5）数据发送地址0～2

３　应用说明

３．１ 母串口收发数据过程与时序

（１）上位机接收来自母串口的数据

上位机从母串口接收到一个字节数据后，会立即读取ＳＰ２５３８的输出地址ＡＤＲＯ２～ＡＤＲＯ０（编码方式为：８－４－２－１码），然后根据输出地址的编码即可判断接收到的数据来自哪个子串口，上位机接收来自母串口的数据时序如图２所示。

（２）上位机向母串口发送数据

发送数据时，上位机首先通过串口写入欲发送数据的子串口号，即先由上位机的串口发送数据地址ＡＤＲＩ２～ＡＤＲＩ０（编码方式：８－４－２－１码），然后将欲发送的数据由上位机串口发出。需要注意的是：母串口的波特率是子串口的６倍，即上位机在连续向母串口发送６个字节的时间内，子串口才能发送完一个字节。上位机向母串口发送数据的时序如图３所示。表２列出了ＳＰ２５３８的操作时限要求。

表2 SP2538操作时限

时限内容	说   明	最  小  值	典  型  值	最  大  值
Tpwr-up	上电复位延时	150ms	…	…
Treset	芯片指令复位时间	…	…	50μs
Twdt-rst	看门狗溢出复位脉冲宽度	80ms	…	…
Taddr-in	数据接收地址保持时间	10ns	…	…
Twake-up	芯片唤醒延时	…	…	9ms
Taddr-hold	数据发送地址保持时间	（2/fosc-in）ms	…	…
Twdt-over	看门狗溢出周期	800ms	…	…

３．２ 其它说明

母串口和所有子串口内部均具有独立的数据发送缓冲存储器（ＦＩＦＯ Ｂｕｆｆｅｒ）和接收缓冲存储器（ＦＩＦＯ Ｂｕｆｆｅｒ），所有的ＲＳ２３２串行口都支持全双工异步传输模式，即所有串行口都可以同时独立接收和发送数据，且不会丢失任何数据。

母串口波特率由Ｋ１＝２８８０ ｆｏｓｃ－ｉｎ计算，其单位为ＭＨｚ，且ｆｏｓｃ—ｉｎ小于２０．０Ｈｚ。在ＳＰ２５３８输入时钟ｆｏｓｃ—ｉｎ为２０．０ＭＨｚ时，母串口可自动适应上位机的５６０００ｂｐｓ和５７６００ｂｐｓ两种标准波特率输入，即ｆｏｓｃ—ｉｎ为２０．０ＭＨｚ时，上位机的ＲＳ２３２波特率可以设置成５６０００ｂｐｓ或５７６００ｂｐｓ

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