引言

　　串行接口設備憑借其控製靈活、接口簡單、占用係統資源少等優(you) 點，被廣泛應用於(yu) 工業(ye) 控製、家庭安防、GPS衛星定位導航以及水、電、氣表的抄表等領域。在這些嵌入式係統中，可能會(hui) 有很多從(cong) 設備都通過串行接口與(yu) 主機進行通信，如GPRS MODEM、紅外發送和接收模塊、RS485總線接口等。這使得開發人員常常麵臨(lin) 嵌入式係統中主機串行通信接口不足的問題，針對此問題，本文介紹了幾種常見的解決(jue) 方法。

軟件模擬法

　　軟件模擬法可根據串行通訊的傳(chuan) 送格式，利用定時器和主機的I/O口來模擬串行通訊的時序，以達到擴展串口的目的。

　　接收過程中需要檢測起始位，這可以使用查詢方式，或者，在端口具有中斷功能的主機中也可以使用端口的中斷進行處理。接收和發送過程中，對定時的處理既可以使用查詢方式也可以使用定時器中斷方式。為(wei) 了確保數據的正確性，在接收過程中可以在檢測異步傳(chuan) 輸的起始信號處加上一些防幹擾處理，在接收每個(ge) 位時可以采用多次采樣。

利用並口轉串口擴展串行口

　　基於(yu) Intel8251的串行口擴展

　　Intel8251是一種通用的同步/異步發送器（USART），它的工作方式可以通過編程設置，並具有獨立的接收/發送器。能以同步或異步串行通信方式工作，自動完成幀格式，具有奇、偶校驗和錯誤檢測電路。

　　基於(yu) TL16C554的串行口擴展

　　TL16C554是TI公司生產(chan) 的4通道異步收發器集成芯片。對TL16C554串行通道的控製，是通過對控製寄存器LCR、IER、DLL、 DLM、MCR和FCR編程來實現的。這些控製字決(jue) 定字符長度、停止位的個(ge) 數、奇偶校驗、波特率以及調製解調器接口。控製寄存器可以任意順序寫(xie) 入，但是 IER必須最後一個(ge) 寫(xie) 入，因為(wei) 它控製中斷使能。串行通道內(nei) 的波特率發生器（BRG）允許時鍾除以1至65535之間的任意數，BRG根據其不同的三種通用頻率中的一種來決(jue) 定標準波特率。

　　16C55x係列芯片還包括16C550、16C552，分別可以擴展1個(ge) 和2個(ge) 串行口。

利用串行口擴展串行口

　　基於(yu) GM8123/25係列芯片的串行口擴展

　　GM8123/25係列串口擴展芯片可以全硬件實現串口擴展，通訊格式可設置，並與(yu) 標準串口通訊格式兼容。

　　GM8125可擴展5個(ge) 標準串口，通過外部引腳選擇串口擴展模式：單通道工作模式和多通道工作模式。單通道模式下，無需設置芯片的通訊格式，子串口和母串口以相同的波特率工作，同一時刻隻允許一組子串口和母串口通訊，工作子串口由地址線選擇。單通道工作模式適用於(yu) 所有從(cong) 機不需要同時通訊，並且通訊過程完全由主機控製的係統。多通道模式下，各子串口波特率相同，允許所有子串口同時與(yu) 母串口通訊，母串口以子串口波特率的6倍工作。發送時由地址線選擇用來發送數據的子串口；接收時子串口能主動響應從(cong) 機發送的數據，再由母串口發送給主機，同時由地址線返回接收到數據的子串口地址，主機在接收到子串口送來的數據後，可以根據地址線的狀態判斷數據是由哪一個(ge) 從(cong) 機發送的。

　　多通道工作模式下，在進行數據通訊前要對芯片進行工作方式設置，包括串口幀格式設置和通訊波特率設置。

　　通過串行口和控製引腳相互配合可對芯片進行工作方式設置，引腳MS為(wei) 0、且STADD2～STADD0為(wei) 000時寫(xie) 命令字，引腳MS為(wei) 1、 STADD2～STADD0為(wei) 000時讀命令字。進行工作方式設置時，芯片的幀格式和母串口工作波特率與(yu) 上一次進行數據通訊時一致；而複位後的幀格式為(wei) 11bit，母串口波特率為(wei) 7200bps。

       基於(yu) SP2338的串行口擴展

　　SP2338是采用低功耗CMOS 工藝設計的通用異步串行口擴展芯片，它可輕鬆將主機原有的1個(ge) 串行口擴展成3 個(ge) 全新的全雙工串行口。

　　SP2338適用於(yu) 1個(ge) 起始位、8個(ge) 數據位、1個(ge) 停止位的多串口係統，也就是說其幀格式是不可編程的。主機通過改變ADRI1、ADRI0地址線狀態的方式選擇3個(ge) 子串口中的任意一個(ge) ，3個(ge) 子串口的地址分別為(wei) 00、01、10。地址11用於(yu) 執行SP2338 芯片本身的複位指令0x35 或0xB5、睡眠指令0x55或0xD5、延時指令0x00。向RX0～RX3中的任意一個(ge) 接收端口寫(xie) 任意數據即可將SP2338喚醒，但由於(yu) SP2338的喚醒時間需要25ms左右，故用於(yu) 芯片喚醒的數據將不會(hui) 被主機接收。因此，可以先發送一個(ge) 字節數據用於(yu) 喚醒芯片，延時25ms後即可進行正常的數據傳(chuan) 輸。

　　未使用的輸入端口，如RX0、RX1、RX2等必須連接到VCC；未使用的輸出端口，如TX0、TX1、TX2等必須懸空；未使用的ADRI0、ADRI1必須連接到GND。

　　主機收發數據時序為(wei) ：主機TX3接收到一個(ge) 字節後應立即讀取SP2338的輸出地址ADRO0、ADRO1的狀態，判斷接收到的數據來自哪個(ge) 子串口；主機發送數據時，首先通過ADRI0、ADRI1選擇某一個(ge) 子串口，再向TX3寫(xie) 將發送的數據。

本文設計的擴展方法

　　在電路設計的過程中，本文設計出一種適合自己係統需要、將1個(ge) 串口擴展為(wei) 3個(ge) 串口的方案，如圖1所示。

　　其中，4001是四2輸入端或非門，40106是六施密特觸發器。4001的4腳和9腳分別為(wei) 主機的RXD和TXD，40106的2腳和9腳為(wei) 子串口的TXD0和RXD0，6腳和11腳為(wei) 子串口的TXD1和RXD1，4腳和13腳為(wei) 子串口的TXD2和RXD2。

　　根據圖的連接方式和邏輯代數的推導可得：RXD的狀態等於(yu) 40106的9腳、11腳、13腳的狀態相與(yu) 。當40106的9腳、11腳、13腳中的任意一個(ge) 有數據信號時，由於(yu) 在異步串行通訊中，無數據傳(chuan) 輸時的引腳狀態為(wei) 高，因此RXD上就能接收到有數據信號的那個(ge) 引腳上的數據狀態。40106的2腳、4 腳、6腳的狀態等於(yu) TXD的狀態，所以可以利用40106的2腳、4腳、6腳做為(wei) 子串口的TXD。

　　這種設計方案適用於(yu) 主機同時向多個(ge) 串行設備發送數據，而從(cong) 設備不同時向主機發送數據的情況。再增加幾個(ge) 信號線，就可以區分出向哪一個(ge) 從(cong) 設備發送數據以及接收到的數據是來自哪一個(ge) 從(cong) 設備。在本文的係統中，主機是通信的發起者，接收到的數據來自哪個(ge) 從(cong) 設備是可以預知的，因此，隻需再增加3個(ge) 控製從(cong) 設備使能的信號線即可。

幾種方法的比較

　　在需要擴展係統的串行口時，使用多串行口單片機的方法是最容易想到的。由於(yu) 串口集成在單片機內(nei) 部，因此設備體(ti) 積較小，抗幹擾能力較高，但多串口單片機通常價(jia) 格較高，而且，如果是開發人員所不熟悉的型號，還需要開發人員重新學習(xi) 並購買(mai) 與(yu) 之配套的開發工具，這延長了產(chan) 品的開發周期，也增加了產(chan) 品的開發成本。

　　軟件模擬法占用的係統資源少、成本低、易於(yu) 實現。但其采樣次數較低，難以保證數據的正確性，而且一般不能模擬過高的波特率。

　　並行口擴展串口方法的功能比較強大，能提供MODEM控製信號、通訊速度高，但控製複雜，占用MCU的端口資源較多，同時價(jia) 格也較高。

　　利用串行口擴展串行口，控製簡單，能最大限度地減少控製線，不需要占用太多的主機係統資源，而且通用性強，性能穩定，可保證數據的正確性。 GM812x的不足之處在於(yu) ：不滿足超低功耗應用要求；多通道模式下，所有子串口工作波特率隻能設置成統一值，不適用於(yu) 各從(cong) 機工作波特率不一致、又要求同時工作的係統。SP2338雖然能滿足低功耗的要求，但其子串口波特率也需要設置為(wei) 統一值，並且不能對數據幀格式編程，最高波特率也隻有9600bps。#p#分頁標題#e#

　　本文提出的方法中，各個(ge) 子串口的串行特性和母串口相同，使用簡單，占用係統資源少，易於(yu) 控製（最少2個(ge) 控製信號擴展3個(ge) 串口），穩定性好。其功耗取決(jue) 於(yu) 4001和40106，它們(men) 的功耗都在mA級。其最高波特率取決(jue) 於(yu) 4001和40106的響應速度，4001和40106的最大響應延遲是250ns，所以理論上最高波特率可達4Mbps。此方法已經成功地應用於(yu) 三表遠傳(chuan) 係統。該方法的缺點是，它不能用於(yu) 從(cong) 機工作波特率不一致、又要求同時工作的係統。

結語

　　本文設計了一種擴展串口的方法以解決(jue) 在實際應用中遇到的主機串行口資源不足的問題，目前該方法已經成功地應用於(yu) 三表遠傳(chuan) 係統中。在解決(jue) 這個(ge) 問題的過程中，本文也對其他解決(jue) 方案進行了比較。