RS-232多串口扩展器件SP2538及其应用

RS-232多串口扩展器件SP2538及其应用摘要：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；SP2538１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；●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。

[!--empirenews.page--]表1 SP2538引脚说明引脚名称引脚编号引脚类型引脚描述TX5～TX01、3、5、7、9、14Output 串口5～串口0数据发送（连接上位机RX口）RX5～RX02、4、6、8、10、13Input串口5～串口0数据接收（连接上位机TX口）VCC111- - -电源1（逻辑电路电源）+RST12Output复位控制输出（适用于高电平复位的MCU）VCC215- - -电源2（时钟电路电源）GND16- - -电源地OSCI17Input时钟输入（用于波特率发生器等）OSCO18Output时钟输出ADRI0～ADRI219～21Input母串口（RX5）数据接收地址0～2ADRO0～ADRO222～24Output母串口（RX5）数据发送地址0～2３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……50μsTwdt-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……9msTaddr-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（ＦＩＦＯＢｕｆｆｅｒ）和接收缓冲存储器（ＦＩＦＯＢｕｆｆｅｒ），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＝２８８０ｆｏｓｃ－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。

子串口波特率为：Ｋ２＝４８０ｆｏｓｃ—ｉｎ。

母串口和所有子串口都是ＴＴＬ电平接口，可直接与单片机或ＴＴＬ数字电路接口，若需连接ＰＣ机，则必须增加电平转换芯片，如ＭＡＸ２０２，ＩＣＬ２３２等。

[!--empirenews.page--]ＳＰ２５３８具有内置的上电复位电路和可关闭的看门狗监控电路，用于监控上位机程序是否正常运行，同时也可以简化上位机复位电路的设计。

上位机写命令字“０ｘ１０”可实现喂狗，而写命令字“０ｘ１５”则可关闭看门狗（初次上电后，看门狗处于激活状态），写命令字“０ｘ２０”可激活看门狗监控功能。

上位机可通过芯片复位指令（命令字为“０ｘ３５”）在任何时候对芯片进行指令复位（复位时间Ｔｒｅｓｅｔ小于５０μｓ）。

图2和图3 上位机可通过芯片睡眠指令（命令字为“０ｘ５５”）使芯片在任何时候进入微功耗睡眠模式，以降低系统功耗。

初次上电后，芯片不会自行进入睡眠模式。

应当注意的是，只能由上位机发送任意一个字节数据将其唤醒，而其它所有子串口均不能将其唤醒。

未使用的输入端口（如：ＲＸ０、ＲＸ１、ＲＸ２…等）必须连接到ＶＣＣ，未使用的输出端口（如：ＴＸ０、ＴＸ１、ＴＸ２…、ＡＤＲＯ０、ＡＤＲＯ１…等）[1][2]下一页必须悬空。

４应用实例ＳＰ２５３８的应用领域包括数据采集、工业控制、仪器仪表、智能家电、医疗设备、税控加油机、商业ＰＯＳ机、家庭安防控制、车辆监控和调度、ＧＰＳ卫星定位与导航、有线及无线数据传输、基于ＰＣ机的多串口卡、水、电、气表抄表系统、室外多媒体电子广告以及其它对通信稳定性、成本和开发周期要求比较严格的各种应用和工业ＭＯＤＥＭ阵列等方面。

４．１应用电路利用ＳＰ２５３８可将仅有一个ＵＡＲＴ串口的单片机扩展为具有５个ＵＡＲＴ串口的单片机。

图４以常用的ＡＴ８９Ｃ５２单片机为例给出了相应的串口扩展电路。

图中，ＡＴ８９Ｃ５２的全双工串口与ＳＰ２５３８的母串口５相连。

该串口５同时也作为命令／数据口。

ＳＰ２５３８的ＡＤＲＩ０、ＡＤＲＩ１、ＡＤＲＩ２分别与ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ２．３、Ｐ２．４、Ｐ２．５口相连，可用于选择发送数据时的相应串口０～４，ＡＤＲＯ０、ＡＤＲＯ１、ＡＤＲＯ２与ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ２．０、Ｐ２．１、Ｐ２．２口线相连，可用于判别接收的数据来自串口０～４的哪一个。

ＳＰ２５３８的时钟频率可选为２０ＭＨｚ，此时母串口５的波特率为５７６００ｂｐｓ，串口０～４的波特率为９６００ｂｐｓ。

４．２应用程序下面是与上述硬件电路相关的接口程序，该程序用Ｃ５１语言编制，程序分为上位机发送、接收中断服务程序和主程序两部分。

ｕｃｈａｒｉｄａｔａｕａｒｔ０_ｔ_ｂｕｔ[８];ｈａｒｉｄａｔａｓｅｎｄ_ｂｕｆ[８];ｕｃｈａｒｉｄａｔａｕａｒｔ０_ｒ_ｂｕｔ[!--empirenews.page--]ｕｃｈａｒｉｄａｔａｕａｒｔ０_ｓｅｎｄ_ｎｕｍｕｃｈａｒｉｄａｔａｕａｒｔ_ｐｏｒｔ_ｎｕｍ,ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ_ｎｕｍ,ｕａｒｔ_ｐｏｉｎｔ-ｂｄａｔａｗｒｉｔｅｓｕｃｃｅｓｓ,ｕａｒｔ_ｂｕｓｙ;ｂｉｔｂｄａｔａｕａｒｔ０_ｒｅｃｅｉｖｅｓｂｉｔＡＤＲＩ_０＝Ｐ２＾０;ｓｂｉｔＡＤＲＩ_１＝Ｐ２＾１;ｓｂｉｔＡＤＲＩ_２＝Ｐ２＾２;ｓｂｉｔＡＤＲＯ_０＝Ｐ２＾３;ｓｂｉｔＡＤＲＯ_１＝Ｐ２＾４;ｓｂｉｔＡＤＲＯ_２＝Ｐ２＾５;ｓｅｒｉａｌ()ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ４ｕｓｉｎｇ３{ ／／上位机ＲＳ２３２接收、发送中断入口ｉｆ(ＲＩ){;Ｓｗｉｔｃｈ(Ｐ２＆０ｘ０７){ｃａｓｅｕａｒｔ０_ｒ_ｂｕｆ＝ＳＢＵＦｕａｒｔ０_ｒｅｃｅｉｖｅ＝１ｂｒｅａｋ;}ｅｌｓｅ {ＴＩ＝０;ｓｗｉｔｃｈ(ｕａｒｔ_ｐｏｉｎｔｅｒ){ｃａｓｅｕａｒｔ_ｐｏｉｎｔｅｒ＋＋;ｉｆ(ｕａｒｔ０_ｓｅｎｄ_ｎｕｍ){ＡＤＲＯ_０＝０;ＡＤＲＯ_１＝０;ＡＤＲＯ_２＝０;Ｕａｒｔ０_ｓｅｎｄ_ｎｕｍ－－;ＳＢＵＦ＝ｕａｒｔ０_ｔ_ｂｕｆ[ｕａｒｔ０_ｓｅｎｄ_ｎｕｍ]ｕａｒｔ_ｂｕｓｙ＝１ｂｒｅａｋ;}ｅｌｓｅｉｆ(ｕａｒｔ１_ｓｅｎｄ_ｎｕｍ｜ｕａｒｔ２_ｓｅｎｄ_ｎｕｍ｜ｕａｒｔ３_ｓｅｎｄ＿ｎｕｍ｜ｕａｒｔ４_ｓｅｎｄ_ｎｕｍ){ＡＤＲＯ_０＝０[!--empirenews.page--]ＡＤＲＯ_１＝０ＡＤＲＯ_２＝０ＳＢＵＦ＝０ｘ００ｕａｒｔ_ｂｕｓｙ＝１ｂｒｅａｋ;}ｅｌｓｅ {ｕａｒｔ_ｂｕｓｙ＝０;ｂｒｅａｋ;}}注：ｃａｓｅ１：…ｃａｓｅ２：…ｃａｓｅ３：…ｃａｓｅ４：…除地址不同外其余同ｃａｓｅ０。

Ｖｏｉｄｕａｒｔ_ｓｅｎｄ(ｕｎｃｈａｒｕａｒｔ_ｐｏｒｔ_ｎｕｍ,ｕｃｈａｒｓｅｎｄ_ｂｙｔｅｎｕｍ){ｕｃｈａｒｉｓｗｉｔｃｈ（ｕａｒｔ_ｐｏｒｔ_ｎｕｍ）“ｃａｓｅｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ_ｎｕｍ；ｉ＋＋）{ｕａｒｔ０_ｔ_ｂｕｆｆ[ｉ]＝ｓｅｎｄ_ｂｕｆ[ｉ];}ｕａｒｔ０_ｓｅｎｄ_ｎｕｍ＝ｓｅｎｄ_ｂｙｔｅ_ｎｕｍ;ｗｒｉｔｅ_ｓｕｃｃｅｓｓ＝１;ｉｆ（ｕａｒｔ_ｂｕｓｙ＝＝０）{Ｔ１＝１;ｕａｒｔ_ｐｏｉｎｔｅｒ＝０;ｂｒｅａｋ；}ｅｌｓｅ{ｂｒｅａｋ;}}注：ｃａｓｅ１：…ｃａｓｅ２：…ｃａｓｅ３：…ｃａｓｅ４：…除地址不同外其余同ｃａｓｅ０。

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