SC16IS752在ARM扩展串口中的应用

嵌入式设备中串口是最常用、最简单的接口，如何扩展CPU的串口，对于多功能嵌入式设备有着重要意义。SC16IS752是NXP公司推出带I2C/SPI总线接口转双通道UART的转换芯片，可提供高达5Mbit/s的速率，兼容广泛使用的16C450，有利于软件的移植和编写。本文中微控制器采用NXP公司推出的LPC2214，基于16/32位ARM7TDMI-STM 的内核, 144脚封装，极低的功耗, 特别适用于工业控制等。

SC16IS752的主要特性如下：
●工作电压：3.3或2.5V, 工作温度范围：-40~+85°C,低功耗, 3.3V的睡眠电流小于30uA；
●两个全双工UART，64字节的FIFO，完全可编程的字符格式，RTS/CTS自动流控制;
●封装小, 和CPU连接简单,有HVQFN32和TSSOP28封装可选。

本文采用SPI来扩展CPU串口, SC16IS752设置为从模式，下面介绍其的硬件特性。                               

1．SC16IS752的引脚功能和寄存器

图一为SC16IS752的引脚排列，表一为各引脚的功能。

寄存器主要有发送寄存器(THR)、接收寄存器(RHR)、控制寄存器(FCR)、线控寄存器(LCR)、状态寄存器(MCR)、MODEM状态寄存器 (MSR)、中断使能寄存器(IER)、中断识别寄存器(IIR)、除数寄存器(DLH/DLL)、发送控制寄存器(TCR)、触发点寄存器(TLR)、 I/O脚控制寄存器等。

２．SC16IS752中SPI时序图

如下图所示：            

３． SC16IS752与LPC2214接口电路图

图四为扩展串口的部分电路图。采用3线制的串口连线方式，用３.3V电源对SC16IS752供电，芯片封装选用TSSOP28，晶体采用 1.8432MHZ, 震荡电路由C3、 C4组成。SC16IS752硬件采用阻容复位，由R3、C2组成，也可采用微处理器的I/O口复位，笔者对两种方法在实际中都试验过。本文采用阻容复位，这样可节省I/O 口，SC16IS752的pin15脚接到LPC2214的INT3上，这样，既可以用中断方式编写软件，也可以用扫描的方式。R4为上拉电阻，确保电平可靠。CPU的SPI1为主模式，用一个I/O连到SC16IS752的SELL1，需要注意的是LPC2214的第60脚SELL1必须接高电平，用R5作上拉电阻。R1、R2是为LPC2214内部FLASH启动设置的。特别要注意 CPU的P0.14管脚的使用，FLASH　boot装载程序代码是在CPU上电或复位时执行，器件复位时，当P0.14为低电平，启动ISP, 进行软件更改；当不需要ISP功能时，接上拉电阻R6，使P0.14处于一个稳定的状态。CPU复位限于篇幅，未给出。

4．电平转换

电平转换采用SIPEX公司的SP3232E芯片，该芯片满足EIA/TIA-232-标准。工作电压为＋3.0V～5.5V, 另外，管脚提供了ESD保护。使得驱动器和接收器的管脚可承受±15KV人体放电模式和IEC1000-4-2气隙放电模式。如下图所示：

5．初始化寄存器

SC16IS752初始化寄存器的程序如下：
/*SC16IS752初始化*/
void init_is752(void) {
/*初始化SC16IS752第一个串口A.*/
    write_is752_rega(IS752_CH_A,IS752_LCR,0xbf);    write_is752_rega(IS752_CH_A,IS752_EFR,IS752_EFR_VAL);
write_is752_rega(IS752_CH_A,IS752_LCR,0x00); 
/*设置SC16IS752 串口A 中断.*/
    write_is752_rega(IS752_CH_A, IS752_IER, IS752_IER_VAL); 
    write_is752_rega(IS752_CH_A, IS752_FCR, IS752_FCR_VAL); 
    write_is752_rega(IS752_CH_A, IS752_MCR, IS752_MCR_VAL); 
    write_is752_rega(IS752_CH_A, IS752_EFCR, IS752_EFCR_VAL);       
    /*初始化SC16IS752第二个串口B，同串口A，略. 清寄存器程序,略*/
} /* 写数据 */
void write_is752_rega(unsigned char chx,unsigned char addr, unsigned char data){
    unsigned char temp;
if((IS752_CH_A == chx) ||(IS752_CH_B == chx)){
        CLR_IS752_CS;
        temp = addr<<3;
        temp |= chx;
        spi_send_byte(SPI1,tmp);      
        spi_send_byte(SPI1,data);   /*发送数据.*/
        SET_IS752_CS; 
    }   
}
/*读数据*/
unsigned char read_is752_rega(unsigned char chx, unsigned char addr){
   unsigned char temp;
if((IS752_CH_A == chx) ||(IS752_CH_B == chx)){
        CLR_IS752_CS; 
        temp = addr<<3;
        temp |= 0x80|chx;
        spi_send_byte(SPI1,temp);  
        spi_send_byte(SPI1,0xff);    
        SET_IS752_CS;  
        return(S1SPDR);
    }
}

SPI程序接口在其他书籍中有详细介绍，在此不作描述（见参考文献1）。

5. 结语

市场上有很多串口扩展芯片，我们以前也用过并口来扩展串口，如16C552，16C554等。SC16IS752与它们相比，连接简单，功耗低，体积小，在实际应用中表现出很好的稳定性，已用于我们的设计的产品中。同时它体积小，功耗低，在手持设备中将有广阔的应用前景。

本文作者创新点: 1．只用CPU的5根口线就能扩展两个串口，节约了CPU的资源;

2．体积小，功耗低，在手持设备中将有广阔的应用前景；

3．连接简单，稳定性好。

参考文献
1. 周立功等．ARM嵌入式系统基础教程。北京：北京航空大学出版社．2005www
2. NXP公司SC16IS752 /SC15IS762 datasheet．      Rev0.12-19 September 2005
3. 李春光等。嵌入式微处理器与FLASH闪存的接口设计实现，微计算机信息， (2006)07-2-0154-04