VK32系列多总线UART串口扩展芯片的原理和应用.doc

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VK32系列多总线UART串口扩展芯片的原理和应用(上)
2009-03-2319:27
摘要：UART以其简单可靠，抗干扰强，传输距离远，组网方便，被认为是嵌入式系统中进行串行数据传输的最佳方式。本文介绍了专为嵌入式系统设计的VK32系列新型多总线接口UART器件的原理及应用技术。
1．嵌入式系统中串口扩展的需求：而在嵌入式领域，由于UART具有操作简单，工作可靠，抗干扰强，传输距离远（组成485网络可以传输1200米以上），设计人员普遍认为UART是从CPU或微控制器向系统的其他部分传输数据的最佳方式，因此它们被大量地应用在工业、通信、和家电控制等嵌入式领域。通常MCU/CPU都会自带一个UART串口，但实际应用中一个串口往往不够用，需要进行UART串口扩展。目前的大多数UART器件是以计算机总线转换UART为应用基础的，其通用性、管脚、寄存器与20年前很少改变，针对嵌入式应用，目前的UART器件普遍存在操作复杂，引脚多，价格较高等弱点，不能满足和适应的嵌入式系统发展的需要。针对嵌入式系统中UART的发展趋势，维肯电子设计推出了VK32XX系列新型多总线接口UART器件，其特点为：
支持8位并行总线，SPI总线，UART等多种主机总线接口：
8位并行总线接口产品可以替代目前广泛使用的16C55X系列UART用于为8位，16位，32位MCU进行UART串口扩展。VK32系列8位并行总线接口UART产品采用了精简控制寄存器设计），并通过管脚复用减少了芯片管脚，简化的软件设计和PCB设计都更适合嵌入式系统需求。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，尤其针对目前广泛应用的DSP系统，大多数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。V32系列SPI总线接口可以将一个SPI同步串行接口桥接/扩展成为1～4个通用异步串口，方便的实现DSP和外设的异步串行通信。UART接口产品创新的实现了将一个标准3线异步串口（UART）扩展成为2～4个增强功能串口（UART）。芯片内置的UART扩展协议处理逻辑，无需无需其它的地址信号、控制信号线就可以实现多个独立配置的全双工串口扩展，为需要扩展串口的嵌入式系统提供了一个最简洁的解决方案。
支持高速传输，每个子波特率可以独立设置为300bps—960kbps，主机支持的SPI总线最高传输速率为5Mbits/s,主机8位并行总线的最高传输速率为10Mbit/s.
宽工作电压和低功耗设计，考虑到目前嵌入式领域中新型的DSP/FPGA的工作电压大多为2.5V，而大量的工业控制领域的MCU仍然需要在5V电压下工作，VK32系列UART设计的工作电压范围为2.5V～5.5V。同时，该系列芯片可以工作在自动休眠和唤醒模式下，有效的降低功耗。
完善的FIFO功能，每个通道独立的16级接收和发送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/接收的数据缓冲，减少DSP/CPU对数据传输的操作，提高CPU/DSP的效率和数据传输的可靠性。
子串口通道具备软件或硬件自动流量控制，满足高速数据传输中流量控制的需要。
子串口具备可编程的硬件RS-485自动控制功能和自动9位网络地址识别功能，大大降低处理器的负担，尤其适用于工业RS-485组网。
每个通道具备独立可控的数据广播接收功能，可以应用与需要数据广播传输和控制的嵌入式系统中。
所有UART（包括UART主接口和子通道UART）都支持IrDA红外通信.
2．VK32系列新型多总线接口UART器件的原理及框图：VK3266是VK32系列中功能最全的型号，本文以VK3266的原理图为基础，对VK32系列UART芯片原理进行介绍：

VK3266原理框图

VK3266内部结构包括主机接口，子通道部分，MODEM控制逻辑，中断控制逻辑几部分。主机接口为VK3266与CPU/DSP相连的接口，通过M1，MO模式选择信号线，可以分别选择8位并行总线，SPI总线，UART三种接口与主机相连。MODEM控制逻辑用于与MODEM相连时的状态信号线的监控和控制。中断控制逻辑用于产生和控制各种内部中断。时钟发生器为芯片的提供时钟，可以用CLKSEL引线选择从晶振还是外部时钟源获取时钟。子通道逻辑部分处理各个的数据接收和发送。数据发送的处理过程为：主机接口将从主口总线发送