通用异步收发芯片SCC2691的原理及应用

    关键词：单片机 通用异步收发器（UART） 串口扩展

引 言

1 概 述

　　SCC2619是Philips公司推出的高集成、低能耗的全双工通用异步收发器UART。该芯片的接收与发送速度可以分别定义，接收器采用三倍缓冲方式，在中断驱动系统中大大减少了CPU处理中断的次数。SCC2691在收、发双方之间提供了一种握手方式，当接收方的缓冲区已满时，能自动使远程发送方的发送失效。除此之外，SCC2691还具有以下特性：

△可编程的数据格式为5~8位数据位；可选择的

奇偶校验位；可编程的停止位。

△16位可编程的计数器/定时器。

△收发器的波特率可分别按以下方式定义：从

50~115.2K共18种固定的波特率；由计数器/定

时器驱动的非标准自定义的波特率；外部时钟

的1倍或16倍频。

△奇偶校验、帧错误、溢出错误检测。

△可编程的通道方式。

△7个中断源，但同时仅有一种中断输出。

2 引脚定义

　　SCC2691采用SO、PLCC、DIP等形式封装。主要引脚功能定义如下。

　　D0~D7：数据总线。在CPU和UART之间所有的数据、命令、状态信息等都是通过数据总线进行传递的。在CEN信号是有效低电平时，发送的方向由WRN和RDN两个读写控制决定；当CEN为高电平时，数据总线三态。

　　CEN：芯片使能引脚，低电平有效。低电平使能时，在CPU与UART之间通过D0~D7传递的数据受　　　WRN、RDN和A0~A2等引脚控制；高电平时，使UART与CPU隔离。

　　WRN：写选通，低电平有效。当CEN为低电平时，WRN上的低电平使数据总线D0~D7上的数据被送往由地址A0~A2选中的寄存器中。

　　RDN：读选通，低电平有效。当CEN为低电平时，RDN上的低电平将被地址A0~A2选中的寄存器的内容送往数据总线D0~D7。

　　A0～A2：地址输入端。选择执行读写操作的UART寄存器。

　　RESET：复位输入端，高电平有效。复位时将清除UART中的状态寄存器（SR）、中断屏蔽寄存器（IMR）、中断状态寄存器（ISR），设置方式指针指向方式寄存器1（MR1），使发送和接收失效，并且引脚TxD置为高电平。

　　INTRN：中断请求输出端，低电平有效。可从七个中断源中选择一个作为UART的中断输出。CPU可以读中断状态寄存器（ISR），以判断七个中断源的状态。该引脚是漏极开路输出，需要接上拉电阻。

　　X1/CLK：晶体连接或外部时钟输入端。通常采用3.6864MHz的晶体。

　　X2：晶体连接端。若未连接晶体，最好使该引脚悬空。

　　RxD：串行数据输入端。

　　TxD：串行数据输出端。当发送器空闲、不使能或者UART工作在本地循环状态下，该引脚输出高电平。

　　MPO：多功能输出端。通过对辅助控制寄存器（ACR）进行编程，可以选择以下8种功能作为该引脚的输出。

① RTSN：请求发送，低电平有效。可通过编程命令寄存器（CR）使该引脚使能，也可以设置方式寄存器（MR），当发送方结束发送或接收方的接收缓冲区已满时自动复位。

② C/TO：计数/定时器输出。

③ TxC1X：发送器频率的1倍频输出。

④ TxC16X：发送器频率的16倍频输出。

⑤ RxC1X：接收器频率的1倍频输出。

⑥ RxC16X：接收器频率的16倍频输出。

⑦ TxRDY：表示发送器保存寄存器（THR）空。低电平有效（漏极开路输出）。

⑧ RxRDY/FFULL：标识接收器缓冲区非空或已满。低电平有效（漏极开路输出）。

　　MPI：多功能输入引脚。该引脚可定义为以下3种功能：

① GPI：通用引脚。该引脚上的跳变或电平状态可以作为中断源反映到中断状态寄存器（ISR）的相应位。

② CTCLK：计数器/定时器的外部输入时钟。

③ RTCLK：接收器或发送器的外部时钟输入。设置时钟选择寄存器（CSR）可选择输入的1倍频或16倍频作为接收和发送的频率。

3 主要功能

（1）中断控制

　　以下内部事件的发生可以使能中断输出引脚（INTRN）：发送保持寄存器（THR）准备好；发送转移寄存器（TSR）空；接收保持寄存器（RHR）准备好或已满；接收到break信号的开始或结束；计数器达到定义的计数值；MPI端脚的跳变；MPI端脚的电平状态。

    与中断控制相关的寄存器是中断屏蔽寄存器（IMR）和中断状态寄存器（ISR）。IMR用于从以上七个中断源中选择一种作为触发INTRN的条件。CPU可以读取ISR来获得所有中断源的状态。ISR不受IMR的影响。

    （2）操作控制

　　UART的控制逻辑单元接收来自CPU的命令生成相应的信号来支配内部各器件进行操作。控制逻辑单元通过地址译码和读写控制使CPU与UART相互通信。地址译码与读写控制之间的关系见表1。

表1 寄存器地址表

　　方式寄存器1（MR1）和方式寄存器2（MR2）通过一个辅助指针来访问。当上电复位或通过命令寄存器（CR）执行复位命令时，指针指向MR1，以后对MR1的任何读写操作都使指针指向MR2，并一直指向MR2，直到再次执行复位命令。

    （3）计数器/定时器

　　计数器/定时器的工作方式和输入时钟源的选择，可以通过编程辅助控制寄存器（ACR）从八种方式中选择。计数器/定时器的输出可以设置为多功能输出口MPO，定时器的输出也可以作为生成波特率的选择之一。

　　① 定时方式：定时器的输出是一个方波，其周期是寄存器CTUR和CTLR中值的2倍。定时器溢出时，中断状态寄存器（ISR）中的计数器准备好（counter ready）置位。当发布一个中断计数器命令时，定时器不会终止，仅影响ISR中的counter ready位。当接收到一个开始计数/定时器命令时，定时器会终止当前的操作，以新的CTUR和CTLR开始一个定时周期。

　　② 计数方式：计数器接收到开始计数命令后，将计数值送入CTU和CTL。当计数值达到预定的存入CTUR和CTLR中的值时，ISR中的counter ready位置1，计数操作不会停止，直到接收到结束计数命令为止。CPU可以在任何时候设置寄存器CTUR和CTLR，但是该值仅有当结束本次计数并开始下一次计数命令时才有效。

    （4）接收和发送

　　发送器接收来自CPU的并行数据，将其转换为串行数据流送往TxD端口，串行数据流被以一个开始位、可编程个数的数据位、可选择的奇偶校验位和可编程个数的停止位的组合形式发送出去。发送结束后，若没有新的数据被送往发送保持寄存器（THR），则TxD端脚保持高电平，并且状态寄存器（SR）中的位TxEMT置1。当CPU将一个新的数据送往THR后，TxEMT位清零，发送操作继续。发布一个开始break命令，可以使发送器发送一个break信号（持续的低电平）。发送器接收到一个终止发送的命令时，若其正在发送数据或THR中仍有数据，发送器会继续发送直到THR为空截止。

　　接收器从RxD引脚接收串行数据，检测其开始位、奇偶校验位、终止位，若有错误则设置状态寄存器（SR）中的相应位。接收器将数据送往接收保持寄存器（RHR），等待CPU以查询方式或以中断方式读取数据，并且将SR中的RxRDY和中断状态寄存器（ISR）的RxRDY位置1。

　　接收保持寄存器（RHR）是一个可容纳3个字符的先进先出队列（FIFO）。接收器将从RxD接收到的数据送往FIFO的开始位置，并将SR中的RxRDY置1。RxRDY=1，表示FIFO中有接收字符；而FFULL=1，表示FIFO已满。在方式寄存器1（MR1）中，可以选择RxRDY或FFULL作为接收中断源。读RHR可以将其中的数据连同在SR中的相应状态位一起从FIFO中弹出。

4 寄存器

　　寄存器是CPU与UART之间进行操作的桥梁。CPU通过编程寄存器来支配UART操作，另外，各种状态寄存器的变化也体现了命令的执行结果。

5 应 用

   （1）硬件电路

　　图1是使用SCC2691设计的扩展串口电路。其中AD0~AD7接CPU（亿恒C164CI）数据总线；A12～A14与CPU地址线相连；、分别与CPU的读写信号相连；RESET接CPU的RESETOUT；2691_CS是SCC2691的片选信号；INTRN接CPU的中断输入端。

    （2）测试程序

　　测试程序采用Tasking C集成环境开发，具体程序见网络补充版（http://www.dpj.com.cn）。