基于vk的串口扩展方案.doc

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VK3XXX串口扩展芯片应用手册
前言

简介

随着现代现代工业发展，使用串口作为通信的设备在不断增加。通常一般控制器自带的串口只有2路，难以满足多个外设的需求，所以串口扩展就变得很必要。通常串口扩展有以下几种方式，一种是通过IO来软件模拟，此方法优点是灵活性好，但是占用的资源比较多，而且只能实现低速模式，准确性较差。二是通过专用串口扩展IC。这个成本较高但是稳定性好，更便于系统集成。
为开微电子有限公司设计开发的VK3XXX系列串口扩展芯片，能满足各行各业用户的需求。VK3XXX系列串口扩展芯片的优势在哪些地方，我们下面来做一一分析：这也可以为大家选择合适串口扩展芯片提供一定的参考。（注意：通常我们把和MCU连接的UART/SPI/I2C/并口称为主接口，扩展出来的UART1-UART4称为子串口。）
技术优势及选型参考
●支持多种主机接口：可选择UART,SPI,IIC,或8位并口来扩展串口
分析：
1、多总线接口，为串口扩展设计提供更多更丰富选择，让设计更加灵活。
●超大硬件收发缓存，支持16级FIFO
分析：硬件缓存大小对串口收发数据的影响
在串口扩展芯片领域，串口的硬件缓存有大有小，那么到底硬件缓存会对串口有何影响。首先缓存越小，数据溢出的可能性会大大增加，特别是对较长的帧数据。
其次是对MCU处理数据效率影响较大。。串口扩展芯片都是通过主接口读写操作来实现数据交换，主接口除了读出子串口数据还需要判断芯片相关状态，那么每读一次数据，我们肯定需要作出相关状态的判断。对于同一长度一帧的数据，硬件缓存越小，我们每次读取的数据长度越短，读取数据次数就越多，相应的判断相关状态的次数越多。也就是硬件缓存越小，可能我们会大把的时间都花在对芯片状态的判断上，如果扩展的子串口数量越多，那么这就更加明显。对MCU处理数据效率影响肯定很大。
●支持每个子串口不同波特率配置
分析：每个子串口都可以进行任意的波特率编程，且每个子串口的波特率都可以不一样，数据格式也是可以配置的。
目前市面上常用的波特率是4800,9600,19200,38400,115200几种，但是也有特殊的波特率。可编程配置波特率让主设备可以实现和任意串口设备进行通信。
●支持休眠设置
分析：对于某系设备，可能使用率较低，可以关闭芯片时钟使芯片进入休眠状态，可以大大降低系统功耗，特别是在工业平板、POS机等采用电池供电的设备上。
●支持主接口波特率自适应
分析：波特率自适应就是我们只需要在通信前给目标设备的串口发送一个数据目标设备通过该数据测试现在通信的波特率，然后把自身串口的波特率进行调整到相同的波特率。这样可以大大减少波特率误差造成的通信异常。
●支持485自动收发控制
分析：目前有些设备是485设备，485设备是半双工设备，在和uart通信的时候需要做收发转换控制。如果芯片自带这样的控制逻辑，那么将大大减少系统软件硬件设计同时系统也将更稳定。

●不同主接口之间区别和选型注意事项
分析：首先从主接口速率上来看，由高到低并口、SPI、UART、I2C通常主接口速率较高，相应的子串口支持的通信速率也更高。（注意：无论主接口是什么类型，子串口都能设置到很高的波特率。因此为了保证系统饱和通信情况，不出现数据溢出的情况，通常不同的主接口速率会对应一个大概的子串口速率。）
通常如果子串口连接的设备都是115200速率或者以上的，那么我们通常选着SPI或者并口，当然最好优先选择SPI接口类型，因为他占用的硬件资源毕竟要少的多。
如果你希望通过I2C或者UART来扩展子串口，那么建议你的子设备的波特率最好不要超过115200，除非你的子设备传输的数据较少或者支持数据重传。

芯片结构
VK3XXX是业界首款具备UART/SPI/IIC/8位并行总线接口的四通道UART器件。对于整个VK系列的串口扩展芯片在结构上都是以下结构：

主接口通过其中的UART/I2C/SPI/并口中的一种连接到MCU。那么MCU就可以通过读写数据来控制VK3XXX芯片。
第三节硬件电路参考
各部分电路详解
A、UART扩展电路
B、SPI扩展电路
C、I2C扩展电路
D、并口扩展电路

第四节软件编程

VK3XXX芯片可选择的主接口有UART/SPI/I2C/8位并口，也就是实现UART扩展UART、SPI扩展UART、I2C扩展UART、8位并口扩展UART；那么不同的主接口，对VK3XXX操作也有一定的差异，下面我们就以51单片机为例，对不同的主接口模式下，读写VK3XXX寄存器的编程做一些分析：
1、主UART时序分析与编程
UART时序和协议分析
请注意当主接口设置位uart模式的时候