CD4052 单片机串行口扩展技术应用

CD4052 单片机串行口扩展技术应用

CD4052 是一种数字控制的模拟数据选择/ 分配器,本文将它用于UART串口扩展,解决了普通单片机UART串口太少的问题。文中给出该器件的主要特性、引脚说明及电气特性,并以A T89C51 单片机为例给出多串口扩展应用电路。

1 概述

当前,以单片机为核心构成的智能化测控系统及电子产品不断涌现,为了满足数字化及智能化要求,许多外围电路功能模块、部件、器件及传感器也具备了UART 串口通信功能,而现阶段的8 位、16 位、32位单片机却大部分仅提供一个UART 串口,这样就很难满足系统中一方面要与具有UART 功能的串口部件通信,另一方面又要与上位机通信的要求。利用CD4052 做多串口扩展器,可很好地解决此问题。

2 封装及引脚功能

该器件具有SOP、SOIC、TSSOP和PDIP四种封装形式,皆是16 个引脚。图1 所示为其PDIP封装引脚分布图,图2 是CD4052 的逻辑图,数字控制真值表见表1。

图1 CD4052PDIP引脚分布图

3 工作特性

CD4052 模拟数据选择/ 分配器是数字控制的模拟开关,具有低导通阻抗和非常低的关断泄漏电流。315V 的数字信号可以控制15VP- P 的模拟信号。例如,若VDD = 5V , VSS = 0V , VEE = - 5V ,则的数字信号可以控制- 5V + 5V 的模拟信号输入输出。数据选择器在整个VDDVSS 和VDDVEE 范围具有非常低的静态功耗,而且与控制信号的逻辑状态无关。

图2 CD4052 的逻辑图

表1 真值表

CD4052 是一个独立的4 通道数据选择器,具有二进制控制输入端A、B 和一个禁止输入INH。A、B的四种二进制组合状态用来在四对通道中选择其中的一对,当逻辑“1”加到INH 输入端时,所有的通道都关闭。CD4052 的器件特性为:

1) 宽范围的数字和模拟信号电平:数字315V ,模拟可达15VP- P。

2) 低导通阻抗:在VDD - VEE = 15V 的条件下,整个15V P - P信号输入范围的典型值为80Ω。

3) 高截止阻抗:在VDD - VEE = 10V 的条件下,通道漏电流的典型值为±10 pA。

4) 逻辑电平转换:315V ( VDD - VSS = 315V) 的数字地址信号转换成15VP- P ( VDD - VEE = 15V) 的开关模拟信号。

5) 匹配开关特性:在VDD - VEE = 15V 的条件下,RON 的典型值为5Ω。

6) 极低的静态功耗:在VDD - VSS = VDD - VEE =10V 条件下,静态功耗的典型值为1μW。

7) 片上二进制地址解码。

4 应用说明

1) 可将一个UART 串口扩展为4 个UART 串口:从逻辑图可以说明,CD4052 其实是数字控制的双向传输门,从总体功能上来

看,从X、Y输入,则是2 个一分四的数据分配器;若从X、Y输出,则是2 个四选一的数字选择器。分别将X、Y接单片机的RXD 和TXD ,则可以将一个串口扩展为4 个。

2) 全双工异步工作:4 个UART 串口都是全双工异步工作模式。

3) 高工作速度:工作速度取决于单片机的工作速度。

4) 与单片机的接口:其控制输入引脚A、B 和INH在VDD = 5V 的条件下,要求低电平输入电压VILF1.5V ,高电平输入电压

VIHE3. 5 ,与CMOS 单片机芯片电平兼容,不需外加其他元器件。其他输入/ 输出引脚,在VDD = 5V , VEE = 0V 的条件下, RON 的典型值为270Ω, RON 的典型值为10Ω,相对于较大的负载值,导通电阻上的压降可以忽略不计。

5 典型应用电路

利用CD4052 可将仅具有一个UART 串口的单片机扩展为具有4 个UART 串口的单片机。下面以A T89C51 单片机为例,给出相应的串口扩展电路,如图3 所示。

图3 利用CD4052 扩展的4 串口电路

图3 中A T89C51 的全双工串口与CD4052 的XY相连,另外任意两条空闲串口线与AB 相连,用来选择通道,在这里连接的是P2. 6 和P2. 7。INH 直接接地,即通道一旦选定,总是处于导通状态。如此接法简化操作,要与哪个扩展串口进行通信,只需

设置A、B 值打开相应通道开关即可,而不需其他软件操作。

6 结束语

CD4052 用作多串口扩展器可广泛应用于工业控制、数据采集、仪器仪表、智能家电、计算机RS232 口扩展、有线及无线数据传输等领域。由该器件构成的多串口电路与专用串口扩展器相比具有硬件成本低、性价比高、工作速度高、零外设等特点,因而选择该器件是多串口应用系统的良好解决方案。