串口扩展芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种串口扩展芯片，它由振荡电路模块，定时器模块，地址处理模块，主控模块，命令字寄存器，数据接收模块，数据发送模块，数据缓冲器八个模块组成。本发明专利技术具有以下优点：用硬件方式实现串口扩展，设计的最高波特率完全能满足一般系统需求，同时占用系统资源少，使用方法简单，通讯格式可设置的串口扩展芯片，它与标准串口通讯格式兼容，满足通用性要求，是用户进行串口扩展时性价比最高的方案。

【技术实现步骤摘要】
所属领域本专利技术涉及一种扩展芯片，特别是一种串口扩展芯片。
技术介绍
目前许多电子系统都需要进行串口通讯，而可供电子工程师选择的串口扩展芯片又太少或性价比低。电子系统之间进行信息交换可采用的通讯方式有两种——并行方式和串行方式。并行方式每次可以传送一个字节的数据，因此传输线至少需要8条，再加上几条控制线，需要的传输电缆线较多。并行传输方式就是以增加成本来提高数据传送速度，一般应用在短距离传输中。在需要远距离传输的应用场合使用多条电缆必然导致成本过高，所以此时一般使用串行通讯方式。串行通讯是以一位数据线传送数据的位信号，每次只传送一个位的数据，所以与并行方式比较，传输速度要低一些，但串行传输方式中即使加上几条通讯联络控制线，也不需要太多传输电缆线，在远距离传输中使用非常经济。正因为串行传输方式的经济性，在很多系统通讯中都采用了串行方式，但一般的小型系统，尤其是单片机控制的系统中，I/O口资源非常有限，可利用的串口资源非常少，在需要进行多个设备通讯的时候必须进行串口扩展，而通用性强、功能简单实用、使用简便的串口扩展芯片种类非常少。目前比较通用的串口扩展方案有两种，一是使用专用串口扩展芯片，可供选择的串口扩展芯片只有TI等公司开发的16C550系列串口扩展芯片，该系列芯片实现的功能是通过并行口扩展串行口，功能比较强大、通讯速度高，但由于功能强大，所以控制复杂，同时价格较高，主要的应用场合是PC机串口扩展产品。在仅使用单片机控制且不需要太高波特率通讯的系统中，使用16C550系列芯片不仅成本高而且还造成了资源的浪费。许多公司在设计仅需要进行简单的串口扩展时，由于缺乏合适的扩展芯片，常常采用软件实现的方案。软件模拟串口存在的缺点有一是采样次数低，这样数据的正确性就难以保证；二是不能实现高波特率通讯，软件模拟串口不能实现高于4800bps的波特率。
技术实现思路
本专利技术的目的即在于克服现有技术的缺点，提供一种芯片用硬件方式实现串口扩展，设计的最高波特率完全能满足一般系统需求，同时占用系统资源少，使用方法简单，通讯格式可设置的串口扩展芯片，它与标准串口通讯格式兼容，满足通用性要求，是用户进行串口扩展时性价比最高的方案。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现一种串口扩展芯片，它由振荡电路模块，定时器模块，地址处理模块，主控模块，命令字寄存器，数据接收模块，数据发送模块，数据缓冲器八个模块组成，振荡电路模块的输出端与定时器模块连接，主控模块分别与定时器模块、地址处理模块、命令字寄存器、数据接收模块、数据发送模块、数据缓冲器相连，命令字寄存器、数据接收模块、数据发送模块、数据缓冲器相连，数据接收模块、数据发送模块与外部通讯设备连接，地址处理模块连外部主机。定时器模块包括分频系数产生器、多路选择器、母串口波特率分频器、子串口波特率分频器、母口发送/接收波特率产生器、多个子口发送/接收波特率产生器组成，分频系数产生器与多路选择器相连，多路选择器与母串口波特率分频器相连，母串口波特率分频器分别与母口发送/接收波特率产生器及子串口波特率分频器相连，子串口波特率分频器分别与多个子口发送/接收波特率产生器相连。地址处理模块由多通道子口接收地址产生器、多通道子口发送地址产生器、单通道模式地址产生器组成，由一个控制信号选择；多通道子口接收地址产生器由计数器、多路选择器、5个子串口接收有效标志寄存器组成，多路选择器分别与计数器和子串口接收有效标志寄存器连接；多通道子口发送地址产生器由一个地址锁存器构成；单通道模式地址产生器由一个缓冲电路组成；命令字寄存器模块由一个临时寄存器和一个工作寄存器组成，它们直接连接。数据接收模块由起始位检测器、数据采样器、数据判决器、高十位数据移位寄存器和低一位数据移位寄存器、多路选择器组成，数据采样器和数据判决器连接，数据判决器与高十位数据移位寄存器连接，高十位数据移位寄存器输出接低一位数据移位寄存器输入，多路选择器与高十位数据移位寄存器和低一位数据移位寄存器的输出端相连。数据发送模块由十一位数据移位寄存器、一位数据移位寄存器、多路选择器、移位输出寄存器组成，它们串联在一起。通过上面的叙述，可以看处，本专利技术具有以下优点本专利技术是结合用户的一般需求，针对同类技术的缺点而进行正向设计开发的产品。该芯片设计了两种工作模式，可以满足不同的系统需求。单通道工作模式可以应用在通讯过程完全由主机控制的系统中，由主机选择与之通讯的从机，该模式下本芯片工作无需任何初始化设置，主机和被选从机以相同的波特率和数据格式进行通讯即可。主机通过该芯片的子串口选择地址线选择与主机通讯的从机。多通道工作模式主要应用在要求实时多机通讯的系统，通过本芯片的子串口可以主动响应从机发送的数据，并将此数据通过母串口返回给主机，同时利用地址线向主机发送接收到数据的子串口地址，使主机在接收到从机送来的数据后可以根据地址线判断数据是从哪一个从机送来的，从而作出相应的处理。为了保证所有的从机同时向主机连续发送数据时的实时性和不造成数据丢失，该工作模式下，与主机相连的母串口会以与从机相连的子串口工作波特率的6倍(GM8125)/4倍(GM8123)进行工作。为了满足不同的系统需求，在多通道工作模式下，用户可以通过对芯片写命令字的方式对芯片进行波特率和数据长度的设置，写命令字设置方式可以减少芯片的控制引脚，为系统节省I/O口资源。多种等级的工作波特率和10位/11位可选的通讯格式与标准串口通讯格式完全兼容。本产品与同类产品相比较，具有的优点有1、控制简单。该芯片利用软件设置工作方式，最大限度地减少控制线，不需要占用太多主机的系统资源，同时又保证使用的简便性2、应用灵活。该芯片具备两种工作模式、多种工作波特率、10位或11位数据格式可选，用户可根据自己的系统需求灵活选择3、通用性强。该芯片设计时充分考虑各种用户的需求，保证了芯片的通用性，与标准串口通讯格式完全兼容，同时提供多种可选设置，适用于大多数串口通讯系统4、工作波特率高。该芯片子串口最高工作波特率可达38400bps，此波特率完全能满足一般的串口通讯的需求5、性能稳定。硬件实现串口比软件实现串口更能保证串行通讯数据的正确性和系统工作的稳定性6、波特率误差小。7、具有宽的工作电压和工作温度范围，完全满足工业级标准。本产品与同类产品相比的创新点在于1、设计了两种工作模式——单通道工作模式和多通道工作模式，各种应用环境都能满足 2、单通道工作模式应用灵活。单通道模式的特点是芯片的输出子串口和输入子串口的选择线相互独立，允许每次选择的输入子串口和输出子串口可以不同组，即允许同一个时刻向一个子串口发送数据同时另一个子串口可以接收数据，这样给了用户通讯更灵活的选择3、独特的多通道工作模式保证了系统通讯的实时性。多通道模式的特点是，芯片子串口能主动响应从机发送的数据，并利用地址线返回接收到数据的子串口地址信号，同时母串口以子串口工作波特率的固定倍率工作。这种工作方式保证了在使用该芯片进行串口扩展的多机通讯系统中，从机不需要向主机发送发送请求就可以直接发送数据，这样就不需要占用主机的中断资源，同时在多个从机同时都有数据发送请求时，芯片能及时响应，也能保证数据不丢失，最大限度地保证了通讯的实时性4、工作波特率比同类产品高。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串口扩展芯片，其特征在于：它由振荡电路模块，定时器模块，地址处理模块，主控模块，命令字寄存器，数据接收模块，数据发送模块，数据缓冲器八个模块组成，振荡电路模块的输出端与定时器模块连接，主控模块分别与定时器模块、地址处理模块、命令字寄存器、数据接收模块、数据发送模块、数据缓冲器相连，命令字寄存器、数据接收模块、数据发送模块、数据缓冲器相连，数据接收模块、数据发送模块与外部通讯设备连接，地址处理模块连外部主机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王建辉，刘毓梅，
申请(专利权)人：成都国腾微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]