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本文先容了专为嵌入式系统设计的VK32系列新型多总线接口通用异步串行收发接器(UART)器件的道理以及在税控POS、远程自动抄表系统、嵌入式车载信息平台和串口办事器中的利用技巧。

UART孕育发生于上个世纪70年代,是第一块大年夜规模集成电路。1981年的推出的IBM PC采纳了8250 UART与外设进行数据通信,直到上个世纪末,UART不停是PC中最主要的串行通信接口。跟着高速串行总线USB的呈现,USB以其诸多的优点取代了UART成为小我电脑中利用最广泛的串行接口。

而在嵌入式领域,因为UART具有操作简单、事情靠得住、抗滋扰强、传输间隔远(组成485收集可以传输1,200米以上),设计职员普遍觉得UART是从CPU或微节制器向系统的其他部分传输数据的最佳要领,是以它们被大年夜量地利用在工业、通信和家电节制等嵌入式领域。平日MCU/CPU都邑自带一个UART串口,但实际利用中一个串口每每不敷用,必要进行UART串口扩展。

截止到今朝,举世范围内有跨越40种UART器件可以选择,大年夜多半UART器件因此谋略机总线转换UART为利用根基的,其通用性、管脚、寄存器与20年前很少改变。针对嵌入式利用,今朝的UART器件普遍存在操作繁杂、引脚多、价格昂贵等弱点,不能满意和适应的嵌入式系统的必要。

VK系列UART器件

维肯公司针对嵌入式系统中UART的成长趋势,设计推出了VK32xx系列新型多总线接口UART器件,其特征为:

1. 支持8位并行总线、SPI总线、UART等多种主机总线接口。此中,8位并行总线接口产品可以替代今朝广泛应用的16C55x系列UART用于为8位、16位、32位MCU进行UART澳门威泥斯人串口扩展。VK32系列8位并行总线接口UART产品采纳了精简节制寄存器设计,并经由过程管脚复用削减了芯片管脚,简化的软件设计和PCB设计都更得当嵌入式系统需求。

SPI接口总线系列产品为带有SPI接口的DSP、MCU实现同步SPI串口到异步UART串口的桥接和扩展,尤其针对今朝广泛利用的DSP系统,大年夜多半DSP都只有同步串口,只能用于与具有同步通信接口的外设进行通信。VK32系列SPI总线接口产品可以将一个SPI同步串行接口桥接/扩展成为1~4个通用异步串口,方便实现DSP和外设的异步串行通信。

UART接口产品立异地实现了将一个标准3线UART扩展成为2~4个增强功能UART。芯片内置的UART扩展协议处置惩罚逻辑,无需其它的地址旌旗灯号和节制旌旗灯号线就可以实现多个自力设置设置设备摆设摆设的全双工串口扩展,为必要扩展串口的嵌入式系统供给了一个最简洁的办理规划。

2. 支持高速传输。每个子波特率可以自力设置子串口最高通信速率可以达到920kbps(5V事情电压),主机支持的SPI总线最高传输速度为4Mbps,主机8位并行总线的最高传输速度为10Mbps。

3. 宽事情电压和低功耗设计。斟酌到今朝嵌入式领域中新型的DSP/FPGA的事情电压大年夜多为2.5V,而大年夜量的工业节制领域的MCU仍旧必要在5V电压下事情,VK32系列UART设计的事情电压范围为2.5V~5.5V。同时,该系列芯片可以事情在自动休眠和唤醒模式下,有效地低落功耗。

4. 完善的FIFO功能。每个通道自力的16级接管和发送FIFO,每个FIFO有4个可编程触发点设置。完善的FIFO功能可以进行发送/接管的数据缓冲,削减DSP/CPU对数据传输的操作,前进CPU/DSP的效率和数据传输的靠得住性。

5. 子串口通道具备软件或硬件自动流量节制,满意高速数据传输中流量节制的必要。

6. 子串口具备可编程的硬件RS-485自动节制功能和自动9位收集地址识别功能,大年夜大年夜低落处置惩罚器的包袱,尤着实用于工业RS-485组网。

7. 每个通道具备自力可控的数据广播接管功能,可以利用于必要数据广播传输和节制的嵌入式系统中。

8. 所有UART(包括UART主接口和子通道UART)都支持IrDA红外通信。

VK系列UART器件的道理及框图

VK3200是VK32系列中功能最全的型号,本文以VK3200的道理图为根基,对VK32系列UART芯片道理进行先容。VK3200内部布局包括主机接口、子通道部分、MODEM节制逻辑、中断节制逻辑几部分。主机接口为VK3200与CPU/DSP相连的接口,经由过程M1、MO模式选择旌旗灯号线,可以分手选择8位并行总线、SPI总线和UART三种接口与主机相连;MODEM节制逻辑用于与MODEM相连时的状态旌旗灯号线的监控和节制;中断节制逻辑用于孕育发生和节制各类内部中断。

时钟发生器为芯片供给时钟,可以用CLKSEL引线选择从晶振照样外部时钟源获取时钟。子通道逻辑部分处置惩罚各个的数据接管和发送。数据发送的处置惩罚历程为:主机接口将从主口总线发送来的数据进行处置惩罚后传送到响应的子通道FIFO,FIFO里的数据颠末流量节制逻辑后,在波特率发生器的感化下,经由过程发送移位寄存器顺次将数据发送到TX串行输出旌旗灯号线上,接管数据与此恰恰相反。子通道处置惩罚模块中,节制寄存器用于对各个子通道进行设置,IR编解码器用于对红外旌旗灯号进行编解码,子通道流量节制器用于子通道传输数据时的自动流量节制。 [page]

在嵌入式系统中的利用

VK系列UART器件的在嵌入式产品中的利用领域包括:多串口办事器/多串口卡,工业/自动化现场RS-485节制,应用CDMA/GPRS MODEM的无线数据传输,车载信息平台/车载GPS定位系统,远传自动抄表(AMR)系统,税控POS/银行终端等金融机具,DSP数据采集和传输系统等。其利用实例如下:

1. 在税控POS中的利用

税控POS机是一个节制密集形的嵌入式系统,必要节制大年夜量外设。其基础设置设置设备摆设摆设要求的串口打印机、MODEM、RS-485收集接口,以及税控IC卡(异步卡)都事情在基于UART的串行通信要领。同时,大年夜量的外设如密码键盘、条码扫描器、条码称、打仗IC卡/非打仗IC卡读卡器、磁卡读卡器、串口显示屏等设备都是经由过程RS-232串口与POS机相连。

采纳VK32xx系列UART器件可以根据MCU/CPU的接口特点,选择SPI/8位并行总线/UART进行机动的UART串口扩展。该规划与采纳今朝GPIO来模拟串口的规划比拟,占用CPU的I/O和资本都很少,纵然通俗的8位MCU也可以胜任。同时,扩展的子串口都是标准的硬件UART,使得数据传输也加倍靠得住。

2. 在远程自动抄表系统中的利用

如图3所示,远传自动抄表系统由远传表和集中抄表器以及MODEM等部分组成。

在远传表中,利用VK3212双串口扩展IC将单片机的一个UART扩展成两个UART,扩展出来的两个串口UART1和UART2分手接RS-485/M-BUS接口和红外接口。VK3212的UART1设置为RS-485自动收发和RS-485收集模式,可以无需MCU的节制,自动完成RS-485/M-BUS的数据自动收发和自动收集地址识别。VK3212的UART2设置为红外模式,用于连接远传表的红外设置窗口。

在集中抄表器中,用一片SPI接口的4通道UART器件VK3234将扩展出4个子串口UART,MCU经由过程SPI总线与VK3234相连。VK3234的子串口UART设置为RS-485自动收发模式,每个子通道UART节制的RS-485/MBUS收发器经由过程RS-485/M-BUS总线连接最多250个远传表。一个基于VK3234的集中抄表器可以实现最多1,000个远传表的数据读取。

因为是经由过程SPI接口扩展的串口,集中抄表器单片机自身的串口可以连接PSTN/GSM MODEM将集抄数据传给远程办事器。

3. 在嵌入式车载信息平台中的利用

VK3233主接口有SPI和UART两种接口可以选择。嵌入式平台中的DSP/CPU经由过程SPI/UART接口与VK3233相连,VK3233扩展出来的三个子串口分手连接GPS模块、倒车雷达模块和GSM/CDMA模块,MODEM节制线连接GSM/CDMA MODEM。全部嵌入式系统共用一个显示设备,有效地节省了车内有限的空间。

4. 在串口办事器中的利用

在工业节制等领域,浩繁设备的对外通讯接口仍旧是低速串口。串口办事器将多个串口设备的数据存储、转换今后经由过程IP网进行传输。

图5显示了一个8串口办事器(4个RS-232串口、4个RS485串口)的电路道理图,嵌入式系统中的DSP/CPU的并行位数据线连接2片VK3266实现了8个串口的扩展,经由过程地址译码器节制2片VK3266的CS实现片选节制。在上图中,VK3266 A连接4个RS-232收发器,扩展出了4个带硬件流量节制旌旗灯号的RS-232串口;VK3266B则连接了4个RS-485收发器,将VK3266设置在RS-458自动收发节制模式下,经由过程RTS旌旗灯号节制RS-485收发器的数据发送使能DE和数据读取使能RD旌旗灯号,能实现RS-485的自动收发节制。

选型参考和设计建议

1. 选型参考

VK32系列UART包括5个产品系列,各个产品系列的特征如下:

VK321x系列为主接口为UART的产品,仅经由过程RX,TX和GND三根旌旗灯号线与主机相连,经由过程芯片内部的处置惩罚协议采纳时分复用的要领将一个串口扩展成为2~4个可以同时事情的全双工串口。在该模式下,MCU以查询要领操作UART器件,设计中必要留意的是为包管在时分复用下各个子通道能够同时全双工通信,主接口的波特率必要设置为大年夜于各个子串口波特率之和。VK321x产品适用于对通信速率要求不高,必要设计靠得住简单的嵌入式产品。

VK322x系列产品的主接口为SPI澳门威泥斯人同步传行总线,最高传输速率为4Mbps。得当于带SPI接口的MCU/DSP扩展异步串口。大年夜多半DSP都只有同步串口,经由过程SPI接口实现异步串口的桥接和扩展,可以简化并行总线扩展串口的硬件规模和模拟异步串口的软件开销。

VK323x系列产品同时具备SPI和UART两种可以选择的主接口,扩展子串口具备硬件流量节制和RS-485自动收发功能,尤其得当于必要高靠得住数据传输的RS-485总线利用。

VK325x产品为8位并行总线接口的UART器件,VK326x为同时具备3种可选主机接口的UART器件。这两个器件利用于必要削减备货种类,必要进行大年夜量数据传输的利用。

2. 设计建议

异步IC卡的接口设计。服从7816-3的异步IC卡为半双工异步通信接口。在实际利用中,可以将子串口的RX和TX短接后直接与IC卡的I/O旌旗灯号连接,为靠得住起见,也可以经由过程连接7407来驱动IC卡的I/O旌旗灯号。

MODEM接口的设计。今朝的PSTN/GPRS/CDMA/GSM MODEM支持三线串口(TX、RX、GND)经由过程AT敕令操作。但实际利用中,仅仅应用三线串口轻易丢包,造成数据重发,使得上传速率变慢,建议应用VK32系列中带MODEM接口的UART器件,用DSR、DTR、RI和DCD来监控MODEM状态,用RTS和CTS来做流控,这样速率可以达到最高。

R澳门威泥斯人S-485总线的设计。RS-485是今朝工业领域利用最广的半双工通信系统。直接用MCU对RX485进行节制,有一些细节难于处置惩罚:经由过程MCU的I/O对485收发节制,在系统复位时,I/O可能使485收发器处在发送状态,造成总线上正在进行的通信掉效;在数据收发切换中,一样平常寄托发送缓冲的状态来节制MCU的I/O对收发切换,而此时着末一个字节可能还在移位寄存器中,会造成少发送澳门威泥斯人一澳门威泥斯人个字节的环境;同时,当RS485总线上有大年夜量数据进行传送时,MCU不得不花大年夜量的资本去判断该数据是否是发送给本机的,造成事情效率低。针对这些问题,建议用户在必要用到RS-485时,选用带有RS-485自动收发节制和9位收集自动识别的器件。

VK32系列UART器件可以事情在自动RS-485模式下:复位时,RTS处于接管状态,只有在数据发送时,RTS才事情在发送状态,当着末一位数据从移位寄存器中发送完成后,RTS自动转为接管状态。同时,VK32系列的UART支持9位收集地址自动识别,仅当RS-485总线上的地址与UART设定的RS-485收集地址同等时,才孕育发生中断,可以使MCU从大年夜量的与自己无关的数据处置惩罚中解脱出来,前进系统的处置惩罚能力。

无铅化是半导体行业势弗成挡的趋势,VK32系列UART产品整个实现无铅化封装,在回流焊时必要留意焊接温度满意响应的温度要求。

责任编辑:gt

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