CN2645348Y

CN2645348Y - 多路通用异步收发器

Info

Publication number: CN2645348Y
Application number: CNU032346182U
Authority: CN
Inventors: 杨守平
Original assignee: CHENGDU SHIPU TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHENGDU SHIPU TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2013-05-29

Abstract

本实用新型公开了一种多路通用异步收发器，它是由一个通用异步收发器扩展出两个或两个以上通用异步收发器，且扩展出来的通用异步收发器波特率可由软件或控制线设置。相比现有技术，所述多路通用异步收发器的信价比优势突显，可扩展的异步收发串行口数量多、数据流大，体积小，占用单片机的通用I/O口线少，工作稳定可靠。

Description

多路通用异步收发器

技术领域

本实用新型涉及一种将一个通用异步收发器(universal asynchronous receiver andtransmitter，以下简称为“UART”或“异步收发串行口”)扩展为多个异步收发串行口的技术，尤其是一种多路通用异步收发器。

背景技术

近年来电子技术在各行业得到了迅猛发展和非常广泛的应用，特别是在通信、工业控制、仪器仪表、智能家电等领域更是如此。在这些应用中几乎都少不了需要用到异步收发串行口来传输各种数据和控制信息；实际上，在许多通信产品和工业产品中异步收发串行口使用非常广泛，如：用于PC机上网的外置调制解调器(俗称“猫”)、全球卫星定位终端机(GPS)、条形码阅读器、智能IC卡阅读器等基本上都采用异步收发串行口来通信。

在实际应用中，常常也会遇到这样的情况：一个设备或系统有时需要采用异步收发串行口同时与多个设备进行通信，如：在一个电力调度监控自动化系统中，设计要求电力调度监控中心能够采用异步收发串行口同时对5个用电片区的用电情况进行实时监控和调度，这就要求位于电力调度监控中心的单片机系统至少需要具有5个异步收发串行口，来同时处理来自5个片区的用电信息。常规的单片机一般都只有一个异步收发串行口，为了让单片机具有多个异步收发串行口，常采用以下几种方式来扩展单片机的异步收发串行口：①、采用本身就具有多个异步收发串行口的单片机；②、用单片机软件自己模拟异步收发串行口；③、采用异步收发串行口扩展专用集成电路。这几种方案虽然都可达到多个异步收发串行口的目的，但各有利弊：

第一种方案一般只能实现2个左右的异步收发串行口。这个方案的缺点是能够获得的异步收发串行口的数量非常有限，不适合异步收发串行口数量需求较多的应用，而且必须购买和学习新的开发工具，开发周期长、器件昂贵不易购买。

第二种方案优点是不增加硬件成本，缺点是一般只能模拟一个波特率很低的全双工异步收发串行口，且波特率误差较大、误码率较高、需要占用单片机本身的定时器和外部中断资源，以及影响单片机的处理速度等。

第三种方案是在实际应用中使用最广泛的一种，其中最具代表性的有16C550、16C552以及16C554系列异步收发串行口扩展专用集成电路(以下统称为：“16C55X”)。这种方案具有误码率低、各异步收发串行口波特率较高等特点，但在实际使用中还是存在以下缺点：

1、结构复杂价格昂贵，不适合许多对价格有严格限制的场合。

2、扩展的异步收发串行口的数量较少，最多只有4个异步收发串行口。

3、16C55X的管脚太多、体积太大不适合许多微型或者小型产品使用。

4、单片机与16C55X必须采用8位数据总线连接方式来传输数据。但在实际应用中常会发生数据总线外挂器件太多导致总线驱动能力不够，或者程序操作不当引起总线冲突导致丢失数据甚至损毁芯片等严重情况。近年来许多单片机生产厂家也陆续推出了不少无外部数据总线的单片机，这些单片机极不方便甚至根本就不能与16C55X配套使用来扩展这些单片机的异步收发串行口。

5、采用16C55X来扩展异步收发串行口除了必须占用8位数据总线外，还必须占用单片机10根左右的通用输入/输出控制线(也叫做“I/O口线”)，对于普遍的单片机而言一般只有12至32根通用I/O口线。

6、为保证不丢失任何数据，16C55X至少需要占用一根单片机非常宝贵的外部中断输入线，单片机通过外部中断及时读取16C55X异步收发串行口接收到的数据。

7、使用16C55X之前必须设置16C55X内部许多个寄存器，如设置各异步收发串行口的波特率、各异步收发串行口有无奇偶效验位，如果有奇偶效验位则需要设置是奇效验还是偶效验以及需要设置接收数据块和发送数据块的大小等；如果这所有的设置中有任何一项设置不正确则16C55X都不能正常工作。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种占用通用输入/输出控制线少、不占用单片机外部中断、不占用单片机数据总线的可实现几个到几十个异步收发串行口的多路通用异步收发器专用集成电路。鉴于此，本实用新型解决的上述问题的技术方案是：一种多路通用异步收发器，是由一个通用异步收发器扩展出两个或两个以上通用异步收发器，且扩展出来的通用异步收发器波特率可由软件或控制线设置。相比现有技术，本实用新型所产生的积极效果是十分明显的：信价比的优势突显，可扩展的异步收发串行口数量多、相对16C55X而言，体积明显减小十分适合微型或者小型产品使用，易于扩展与单片机配套使用的的异步收发串行口，占用单片机的通用I/O口线少，工作稳定可靠。

附图说明

图1是多路通用异步收发器的整体结构示意图；

图2是多路通用异步收发器的又一实施例整体结构示意图。

具体实施方式

本实用新型采用时分复用技术的方法将一个异步收发串行口(以下称之为“母串口”，与母串口直接或间接相连的单片机等以下统称之为“上位机”)扩展为多个异步收发串行口(以下称之为“子串口”，与子串口直接或间接相连的单片机等以下称之为“下位机”)，即：每个子串口可以在特定的时间段内完全独占母串口的发送使用权将相应子串口接收到的数据传输到上位机，每个子串口也可以在特定的时间段内独占母串口的接收使用权接收来自于上位机的数据。

具体地说，本实用新型是一种多路通用异步收发器，它是由一个通用异步收发器扩展出两个或两个以上通用异步收发器，且扩展出来的通用异步收发器波特率可由软件或控制线设置。参见图1，所述的多路通用异步收发器主要由以下几个电路模块单元组成：时钟电路、输入地址译码电路、输出地址译码电路、母串口发送移位寄存器、母串口接收移位寄存器、各子串口发送缓冲寄存器、各子串口接收缓冲寄存器、各子串口发送移位寄存器、各子串口接收移位寄存器、内部数据总线及内部地址总线等。内部数据总线和地址总线同时连接到各子串口接收缓冲寄存器、各子串口发送缓冲寄存器、输入地址译码电路以及输出地址译码电路等主要电路模块，母串口接收移位寄存器与输入地址译码电路连接，母串口发送移位寄存器与输出地址译码电路连接，各子串口接收移位寄存器分别与各自的子串口接收缓冲寄存器连接，各子串口发送缓冲寄存器分别与各自的子串口发送移位寄存器连接，时钟电路为所有的需要时钟的电路模块提供各自所需要的时钟信号。本实用新型的每个子串口都有唯一地址编号，这些地址编号分别通过输入地址线：ADRI0、ADRI1、ADRI2等和输出地址线：ADRO0、ADRO1、ADRO2等按照8421编码方式进行编码，各子串口的地址分别为：“000”、“001”、“010”、“011”…；各子串口的接收、发送端口分别为：RX0、TX0，RX1、TX1，RX2、TX2，RX3、TX3，RXn、TXn(当输入、输出地址线都只有3根时，n的取值应小于7，当然在实际设计或使用中可以采用增加或减少输入、输出地址线的方式来增加或减少扩展的子串口的数量)；母串口的接收、发送端口分别为：RXm、TXm；

在实际应用中用户可以选择采用硬件或者软件方式来设置母串口和所有子串口接收数据和发送数据的数据位数，以及分别设置每个子串口的波特率。

又如图2所示，本实施例是将上位机的1个异步收发串行口扩展成5个异步收发子串口。5个子串口的地址分别为：“000”、“001”、“010”、“011”、“100”；5个子串口的接收、发送端口分别为：RX0、TX0，RX1、TX1，RX2、TX2，RX3、TX3，RX4、TX4；本实施例的母串口接收、发送端口分别为：RXm、TXm。

为了保证母串口和所有子串口在接收数据和发送数据过程中不发生数据丢失，并尽量减小上位机在处理数据发送和数据接收时的资源开销，本实施例中母串口的波特率是子串口波特率的6倍，即使5个子串口同时接收到一帧数据，母串口也能够在各子串口接收到各自的下一帧数据之前将前一帧数据全部由母串口的TXm端口发送出去；同理上位机也能够在各子串口的前一帧数据刚发送完时将下一帧数据及时发送到各子串口的发送缓冲寄存器中。

对于任何一个子串口而言，当其接收到一帧数据后将立即通过内部的数据总线和地址总线发送一个请求信息到输出地址译码电路，输出地址译码电路首先判断母串口发送移位寄存器的状态，如果母串口发送移位寄存器处于空闲状态，则输出地址译码电路立即按照设定的各子串口优先级及发送请求信息的先后顺序，将相应子串口接收到的那帧数据经输出地址译码电路送到母串口发送移位寄存器。这帧数据将通过TXm一位一位的被发送出去，当这帧数据发送到第8位时，母串口发送移位寄存器将发送一控制信号到输出地址译码电路，启动这帧数据所属的子串口地址信息被及时发送出去。当母串口发送移位寄存器发送完一帧数据后会立即通知输出地址译码电路，这时如果其他子串口还有请求信息，按照前一个子串口的数据发送流程这帧数据也会被TXm及时上传到上位机。

上位机通过异步收发串行口接收到一帧数据后只需要立即读取ADRO0、ADRO1、ADRO2等地址线的状态，根据这些地址线的编码情况就可确定刚接收到的这帧数据来自于哪个子串口。

母串口接收移位寄存器通过RXm端口不停地扫描上位机是否开始发送数据到本实用新型的母串口(RXm)，当母串口接收移位寄存器检测到上位机发送的数据起始位(低电平)后，立即启动输入地址译码电路读取ADRI0、ADRI1、ADRI2等地址线的状态信息。当母串口接收移位寄存器接收完这帧数据后，输入地址译码电路根据刚读取到的ADRI0、ADRI1、ADRI2等地址信息通过内部数据总线和地址总线立即将这帧数据送到相应的子串口发送缓冲寄存器，由发送缓冲寄存器将这帧数据送到该子串口的发送移位寄存器，经过相应的发送端口后将这帧数据发送到与这个子串口相连的下位机。

上位机向母串口发送数据前需要注意一点，就是上位机必须先通过特定的输出控制线发送一个地址信息到：ADRI0、ADRI1、ADRI2，表示上位机即将发送的数据需要通过哪个子串口转发出去，然后上位机即可将需要发送的数据从上位机的异步收发串行口发送出去。

Claims

1.一种多路通用异步收发器，其特征在于：由一个通用异步收发器扩展出两个或两个以上通用异步收发器，且扩展出来的通用异步收发器波特率可由软件或控制线设置。