一．同類方案比較

目前比較通用的串口擴(kuò)展方案有兩種，一是用硬件實現(xiàn)，使用多串口或?qū)Ｓ么?，可供選擇的串口擴(kuò)展芯片有TI等公司開發(fā)的16C554系列串口擴(kuò)展芯片，該系列芯片實現(xiàn)的功能是通過并行口擴(kuò)展串行口，功能比較強(qiáng)大、通訊速度高，但控制復(fù)雜，同時價格較高，主要的應(yīng)用場合是PC機(jī)串口擴(kuò)展產(chǎn)品。在僅使用單片機(jī)控制且不需要太高波特率通訊的系統(tǒng)中，使用16C554系列芯片不僅成本高而且還造成了資源的浪費(fèi)。而多串口單片機(jī)也同樣存在價格高的缺點(diǎn)。另一種串口擴(kuò)展方案就是用軟件實現(xiàn)，軟件模擬串口存在的缺點(diǎn)有：一是采樣次數(shù)低，一般只能做到2次/BIT，這樣數(shù)據(jù)的正確性就難以保證；二是不能實現(xiàn)高波特率通訊，軟件模擬串口一般不能實現(xiàn)高于4800 bps的波特率。

成都國騰微電子有限公司推出的/系列串口擴(kuò)展芯片全硬件實現(xiàn)串口擴(kuò)展，保證了芯片工作的穩(wěn)定性，設(shè)計的最高波特率完全能滿足一般系統(tǒng)需求，同時占用系統(tǒng)資源少，使用方法簡單，通訊格式可設(shè)置，與標(biāo)準(zhǔn)串口通訊格式兼容，利用該系列芯片實現(xiàn)串口擴(kuò)展是性價比較高的串口擴(kuò)展方案。

二．GM8123/25介紹

2.1 產(chǎn)品特點(diǎn)

·采用寫控制字的方式對芯片進(jìn)行控制

·兩種工作模式，用戶可根據(jù)自己的系統(tǒng)需求靈活選擇

·各子可調(diào)（統(tǒng)一調(diào)節(jié)）

·數(shù)據(jù)幀長10位或11位可選

·子串口數(shù)：3個（GM8123）或5個（GM8125）

·數(shù)據(jù)采樣率 16次/BIT，確保數(shù)據(jù)采樣的準(zhǔn)確可靠

·單通道模式下，最高波特率支持20Mbps；多通道模式下，子串口最高波特率38400bps

·與標(biāo)準(zhǔn)串口通訊格式兼容

·輸出波特率誤差小于0.2%，輸入波特率誤差要求小于2.8%

·寬工作電壓：2.3~6.7V

·工作溫度范圍：-40℃~85℃

·工作穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，符合工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)

2.2 功能描述

GM8123可擴(kuò)展3個標(biāo)準(zhǔn)串口，GM8125可擴(kuò)展5個標(biāo)準(zhǔn)串口，芯片可以通過軟件設(shè)置工作波特率和數(shù)據(jù)幀長。芯片通過外部引腳選擇串口擴(kuò)展模式：單通道工作模式和多通道工作模式。單通道模式下，子串口最高波特率支持20Mbps；多通道模式下，子串口最高波特率支持38400bps。

單通道模式下，無需設(shè)置芯片的通訊格式，子串口和母串口以相同的波特率工作，一個時刻只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于所有從機(jī)不需要同時通訊并且通訊過程完全由主機(jī)控制的系統(tǒng)。

多通道模式下，允許所有子串口同時與母串口通訊，母串口以子串口波特率的4倍（GM8123）/6倍（GM8125）工作，發(fā)送時由地址線選擇發(fā)送數(shù)據(jù)的子串口，接收時子串口能主動響應(yīng)從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，由母串口發(fā)送給主機(jī)，同時由地址線返回接收到數(shù)據(jù)的子串口地址，主機(jī)在接收到子串口送來的數(shù)據(jù)后可以根據(jù)地址線的狀態(tài)判斷數(shù)據(jù)是從哪一個從機(jī)送來的。多通道模式使每個從機(jī)的發(fā)送要求都能被及時地響應(yīng)，即使所有從機(jī)同時有發(fā)送要求，數(shù)據(jù)也不會丟失，基本實現(xiàn)了主控單元和外設(shè)通訊的實時性。多通道模式適用于從機(jī)向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的時間不可控并且有實時性要求的多機(jī)通訊系統(tǒng)。（詳細(xì)情況查看成都國騰微電子有限公司發(fā)布的GM8123/25數(shù)據(jù)手冊）

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1為GM8123/25的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

三．應(yīng)用說明

以以下一個系統(tǒng)為例，用GM8125說明該系列芯片實現(xiàn)串口擴(kuò)展的方法：一個系統(tǒng)中有5個從機(jī)需要與主機(jī)進(jìn)行串行通訊，5個從機(jī)通訊波特率均為19200bps，主機(jī)首先向所有從機(jī)發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)作為對從機(jī)的控制命令，從機(jī)收到數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理后立即向主機(jī)返回相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)要求看出，從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的時間根據(jù)其處理時間而定，不受主機(jī)控制，所以GM8125要工作在多通道模式下，即允許所有子串口同時工作。圖2是單片機(jī)與GM8125的接口框圖，該系統(tǒng)利用GM8125為主機(jī)89C51擴(kuò)展出5個串口。

圖2 GM8125與單片機(jī)的硬件接口框圖

GM8125引腳說明：

RST：復(fù)位引腳，低電平有效。復(fù)位后默認(rèn)子串口工作波特率為1200bps，數(shù)據(jù)長度為11位（帶校驗位）；

MS：模式選擇引腳，控制芯片工作在多通道模式下還是單通道模式下。多通道模式下兼做讀/寫命令字選擇引腳；

SRADD0～2：接收子串口地址線；

STADD0～2：發(fā)送子串口地址線；

RXD0、TXD0：母串口收/發(fā)引腳；

RXD1～5、TXD1～5：子串口1～5收/發(fā)引腳；

下面給出主機(jī)發(fā)送和接收的控制程序，以C51為例：

#include 《reg51.h》

sbit MS=P3^6; //GM8125工作模式控制

sbit RESET=P3^7; //GM8125復(fù)位引腳控制

unsigned char SendBuff［5］={0xaa，0x45，0x67，0xbc，0xc9};

unsigned char ReceiveBuff0;

。。。。。。

unsigned char Contr_data;

unsigned char ADD;

unsigned char i=0;

。。。。。。

void main（void）

{

TMOD = 0x20; //指定定時器1工作在方式2

IE = 0x90; //開串行口中斷

SCON=0xc0; //串行口工作在方式3

TH1 = 0xf8; //裝入定時器1初值，設(shè)置主機(jī)工作波特率為7200bps

TL1 = 0xf8;

PCON=0x00;

。。。。。。

RESET=0; //對GM8125進(jìn)行復(fù)位操作

Delay（）; //延時子程序

RESET=1;

Delay（）;

Contr_data=0xfc; //裝入命令字初值

TR1=1; //啟動定時器1

MS=0; //GM8125工作在寫命令字模式下

P0=0x00; //置GM8125命令字地址

SBUF=Contr_data; //設(shè)置GM8125子串口波特率為19200bps，母串口波特率為115200bps

while（TI==0）;

TI=0;

Delay（）;

（可讀取命令字的內(nèi)容驗證寫入結(jié)果是否正確）

TR1=0; //定時器1停止

TH1 = 0xff; //裝入定時器1初值，設(shè)置主控MCU工作波特率為115200bps

TL1 = 0xff;

PCON=0x80;

TR1=1; //啟動定時器1

/*主控MCU發(fā)送/接收程序*/

ADD=0x1f; //子通道1發(fā)送地址

P1=ADD; //選擇GM8125子通道1發(fā)送

SBUF=SendBuff［i］;

while（TI==0）;

TI=0;

i++;

（以此方式分別向5個子串口發(fā)送數(shù)據(jù)）

REN = 1;

（等待接收處理）

}

void CommReceive（void） 4

{

if（RI）

{

switch（P1&0x07） //判斷SRADD0～2的狀態(tài)確定接收數(shù)據(jù)來自哪一個子串口

{

case 0：

{ReceiveBuff0=SBUF; //讀命令字存入ReceiveBuff0

}

break;

case 1：

{ReceiveBuff1=SBUF; //子通道1接收的數(shù)據(jù)存入ReceiveBuff1

}

break;

。。。。。。

default：

break;

}

RI = 0;

}

}

該芯片的單通道模式適用于各從機(jī)不需要同時工作的系統(tǒng)，具體應(yīng)用方法在此不做詳述，請參考國騰微電子有限公司發(fā)布的《GM812X應(yīng)用手冊》。

四．結(jié)束語

利用GM8123/25進(jìn)行串口擴(kuò)展，有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、 控制簡單。該芯片利用軟件設(shè)置工作方式，最大限度地減少控制線，不需要占用太多主機(jī)的系統(tǒng)資源，同時又保證使用的簡便性。

2、 應(yīng)用靈活。該芯片具備兩種工作模式、多種工作波特率、10位或11位數(shù)據(jù)幀長可選，用戶可根據(jù)自己的系統(tǒng)需求靈活選擇。

3、 通用性強(qiáng)。該芯片設(shè)計時充分考慮各種用戶的需求，保證了芯片的通用性，與標(biāo)準(zhǔn)串口通訊格式完全兼容，同時提供多種可選設(shè)置，適用于大多數(shù)串口通訊系統(tǒng)。

4、 工作波特率高。該芯片子串口在單通道模式下波特率支持20Mbps，多通道模式下支持38400bps，此波特率完全能滿足一般的串口通訊的需求。

5、 性能穩(wěn)定。硬件實現(xiàn)串口比軟件實現(xiàn)串口更能保證串行通訊的穩(wěn)定性，同時每bit采樣16次，保證了數(shù)據(jù)的正確性。

6、 波特率誤差小。輸出波特率誤差小于0.2%，輸入波特率誤差要求小于2.8%。

該芯片不足之處在于：不滿足超應(yīng)用要求；多通道模式下，所有子串口工作波特率只能設(shè)置成統(tǒng)一值，不適用于各從機(jī)工作波特率不一致、又要求同時工作的系統(tǒng)。

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