高 峰

（大連宗益科技發(fā)展有限公司，遼寧 大連 116023）

0 引 言

目前，通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）接口的使用越來越廣泛，許多設備上都提供了UART接口。工業(yè)使用的主流微處理器一般都只包含2個UART口，連接多個外設時會導致微處理器的UART口不夠，為了方便外設接入，擴展UART口是一種理想的解決方案。同時，考慮到微處理器的串行外設接口（Serial Peripheral Interface，SPI）/集成電路總線（Inter-Integrated Circuit，I2C）上可以連接多個總線器件，為了充分利用資源，在實際使用中可以通過SPI/I2C實施對UART接口的擴展。本文分析了芯片LPC2294使用SPI接口擴展出2路RS485/RS422接口，方便連接外設接口，滿足系統(tǒng)在不同應用場合的需求。

1 SC16IS752芯片

SC16IS752是具有I2C總線/SPI總線接口、雙通道高性能的UART擴展芯片，串口數據傳輸速率高達5 Mb/s，每路串口有64 B的讀寫先入先出隊列（First Input First Output，FIFO）和1個可編程的波特率發(fā)生器，具備省電模式和睡眠模式[1]。此外，還提供了8個額外可編程的I/O腳，并且支持傳輸速率高達1.115 2 Mb/s的IrDA紅外通信，可以實現自動硬件和軟件流控，自動的RS 485讀寫切換和軟件復位等功能。SC16IS752使用SPI總線方式連線如圖1所示。

2 ADM2463芯片

ADM2463收發(fā)器為5.7 kV 均方根（Root Mean Squre，RMS）信號隔離型RS485/RS422接口收發(fā)器，可配置為半雙工或全雙工模式，具有出色的抗噪聲能力[2]。RS485輸入/輸出引腳有±12 kV接觸放電和±15 kV空氣靜電釋放（Electro-Static Discharge，ESD）保護能力。ADM2463全雙工模式引腳定義如圖2所示。

芯片具有電纜反接智能功能，可以快速校正A、B、Y以及Z總線引腳上的電纜反向連接問題，在長距離電纜上實現500 kb/s低速運行，適用于電磁干擾（Electro Magnetic Interference，EMI）控制。該芯片支持192個總線節(jié)點，支持熱插拔（無毛刺上電和關斷）。

3 系統(tǒng)的硬件設計

微處理器LPC2294使用SPI總線與SC16IS752芯片連接，LPC2294設置為主模式，SC16IS752設置為從模式[3]。同步時鐘（Synchronous Clock，SCLK）線用于實現主器件和從器件在主輸出/從輸入（Master Output /Slave Input，MOSI）和主輸入/從輸出（Master Input/Slave Output，MISO）線上串行數據傳輸的同步，MOSI線用于主器件的輸出或從器件的輸入，MISO線用于主器件的輸入或從器件的輸出，片選控制線用于從設備的選擇。LPC2294的外部中斷引腳EINT2用于執(zhí)行SC16IS752接收數據產生的中斷，引腳接1 kΩ上拉電阻。SC16IS752的引腳通過1 kΩ電阻接地，設置芯片為SPI工作模式[4]。TXA、RXA、TXB以及RXB引腳連接ADM2463的Rx和Tx引腳，用于接收和發(fā)送數據。引腳與ADM2463的DE、引腳之間增加了選擇設置跳線，根據使用需求實現全雙工/半雙工模式切換。跳線設置在半雙工模式，引腳與ADM2463的DE、引腳連接，系統(tǒng)啟用硬件流控制功能，實現芯片自動控制ADM2463的數據收發(fā)方向。此功能節(jié)省了程序控制芯片引腳的開銷，完全由芯片自動控制。跳線設置在全雙工模式，ADM2463的DE引腳通過10 kΩ電阻接3.3 V，引腳通過10 kΩ電阻接GND。ADM2463的A與Y、B與Z引腳間也增加了選擇設置跳線，跳線設置在半雙工模式，A與Y引腳短接，B與Z引腳短接，實現RS485功能；跳線設置在全雙工模式，A與Y引腳斷開，B與Z引腳斷開，實現RS422功能。LP2294使用SPI總線擴展2路串口原理如圖3所示。

4 系統(tǒng)的軟件設計

軟件設計主要包括SC16IS752驅動代碼、SC16IS752初始化、LPC2294外部中斷初始化以及LPC2294外部中斷服務程序4部分[5]。

4.1 SC16IS752驅動函數

設計SC16IS752驅動函數，通過以下程序完成對SC16IS752寄存器的讀寫操作。

4.2 SC16IS752的初始化

初始化SC16IS752，完成對串口的配置。程序中對EFCR寄存器的設置尤為關鍵，EFCR位0用于使能RS485模式。在這種操作模式下，主機先發(fā)送地址字符，然后再發(fā)送用來尋址從機的數據字符。EFCR位4用來設置是否啟用發(fā)送器控制管腳的狀態(tài)。在該位置位上，發(fā)送器將控制管腳的狀態(tài)，主機寫數據到發(fā)送FIFO，發(fā)送器將自動使管腳（邏輯0）有效。發(fā)送到數據的最后位時，發(fā)送器將使管腳（邏輯1）無效。自動使能RS485，節(jié)省了程序控制數據方向管腳的開銷。具體程序如下。

4.3 LPC2294外部中斷初始化

LPC2294的EINT2引腳接1 kΩ上拉電阻與SC16IS752 的引腳相連，LPC2294 外部中斷初始化函數設置芯片檢測到下降沿時觸發(fā)中斷。當開啟SC16IS752的中斷使能時，芯片的輸入管腳狀態(tài)變化、接收數據錯誤、有可用的接收緩沖數據、有可用的發(fā)送緩沖空間或檢測到modem狀態(tài)標志等都會產生中斷信號。本文設置RHR中斷使能，即SC16IS752接收到可用的數據時產生中斷信號，觸發(fā)LPC2294的外部中斷，程序如下。

4.4 LPC2294外部中斷服務程序

LPC2294收到中斷信號后進入中斷服務程序，由于本文擴展使用2個串口，因此在中斷服務程序中需要先判斷是哪個串口產生的中斷。當SC16IS752接收1包數據時，每接收1 Byte就會產生1次接收中斷，程序將緩沖區(qū)中接收的數據存入SCRxData1數組中。當接收完1包數據時，SC16IS752會產生接收數據超時中斷，同時將接收數據完成標志位（SCRxDataEND1）置位，后續(xù)程序判斷標志位的置位狀態(tài)，完成數據處理。具體程序如下。

5 結 論

結合處理器的SPI接口功能，設計了一種擴展UART接口的方法。當微處器沒有SPI接口時，也可以使用普通I/O口來模擬SPI總線。通過此種擴展方式，每增加1片SC16IS752芯片，微處理器就可以擴展出2路串口，完全不用受限于微處理自身的接口資源。目前，市場上有各種功能的接口轉換模塊，例如串口轉CAN模塊、串口轉以太網模塊、串口轉無線模塊、串口轉電力線載波模塊以及串口轉PROFIBUS模塊等。UART通過連接轉換模塊，可以輕松地完成嵌入式設備接入各種接口總線，使得嵌入式系統(tǒng)設計更加簡潔方便，極大地提高了開發(fā)效率，大大縮短了產品的開發(fā)周期，使產品能夠更快地投入市場，提高產品的市場競爭力。