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通用異步串口擴(kuò)展芯片GM8123/25的原理和應(yīng)用
摘 要 本文介紹了一種新器件GM8123/25串口擴(kuò)展芯片，利用該系列芯片實(shí)現(xiàn)的串口擴(kuò)展方案具有成本低、速度快、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制等需要串口通訊的場(chǎng)合。關(guān)鍵詞 GM8123 GM8125 串口擴(kuò)展
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(shí)現(xiàn)，使用多串口單片機(jī)或?qū)Ｓ么跀U(kuò)展芯片，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(shí)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(shí)價(jià)格較高，主要的應(yīng)用場(chǎng)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(jià)格高的缺點(diǎn)。另一種串口擴(kuò)展方案就是用軟件實(shí)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(shí)現(xiàn)高波特率通訊，軟件模擬串口一般不能實(shí)現(xiàn)高于4800 bps的波特率。
成都國(guó)騰微電子有限公司推出的GM8123/25系列串口擴(kuò)展芯片全硬件實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展，保證了芯片工作的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)的最高波特率完全能滿足一般系統(tǒng)需求，同時(shí)占用系統(tǒng)資源少，使用方法簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展是性價(jià)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(duì)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
·各子串口波特率可調(diào)（統(tǒng)一調(diào)節(jié)）
·數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)10位或11位可選
·子串口數(shù)：3個(gè)（GM8123）或5個(gè)（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(jí)標(biāo)準(zhǔn)
2.2 功能描述
GM8123可擴(kuò)展3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口，GM8125可擴(kuò)展5個(gè)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(zhǎng)。芯片通過外部引腳選擇串口擴(kuò)展模式：?jiǎn)瓮ǖ拦ぷ髂Ｊ胶投嗤ǖ拦ぷ髂Ｊ�。單通道模式下，子串口最高波特率支�?0Mbps；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(gè)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)由地址線選擇發(fā)送數(shù)據(jù)的子串口，接收時(shí)子串口能主動(dòng)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(shí)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(gè)從機(jī)送來的。多通道模式使每個(gè)從機(jī)的發(fā)送要求都能被及時(shí)地響應(yīng)，即使所有從機(jī)同時(shí)有發(fā)送要求，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，基本實(shí)現(xiàn)了主控單元和外設(shè)通訊的實(shí)時(shí)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(shí)間不可控并且有實(shí)時(shí)性要求的多機(jī)通訊系統(tǒng)。（詳細(xì)情況查看成都國(guó)騰微電子有限公司發(fā)布的GM8123/25數(shù)據(jù)手冊(cè)）
2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖1為GM8123/25的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：
三．應(yīng)用說明
以以下一個(gè)系統(tǒng)為例，用GM8125說明該系列芯片實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展的方法：一個(gè)系統(tǒng)中有5個(gè)從機(jī)需要與主機(jī)進(jìn)行串行通訊，5個(gè)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(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)作為對(duì)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(shí)間根據(jù)其處理時(shí)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(shí)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(gè)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(zhǎng)度為11位（帶校驗(yàn)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：
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