專利名稱：串口擴(kuò)展芯片的制作方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種擴(kuò)展芯片，特別是一種串口擴(kuò)展芯片。
背景技術(shù)：
目前許多電子系統(tǒng)都需要進(jìn)行串口通訊，而可供電子工程師選擇的串口擴(kuò)展芯片又太少或性價(jià)比低。
電子系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換可采用的通訊方式有兩種——并行方式和串行方式。并行方式每次可以傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，因此傳輸線至少需要8條，再加上幾條控制線，需要的傳輸電纜線較多。并行傳輸方式就是以增加成本來提高數(shù)據(jù)傳送速度，一般應(yīng)用在短距離傳輸中。在需要遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膽?yīng)用場合使用多條電纜必然導(dǎo)致成本過高，所以此時(shí)一般使用串行通訊方式。串行通訊是以一位數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)的位信號，每次只傳送一個(gè)位的數(shù)據(jù)，所以與并行方式比較，傳輸速度要低一些，但串行傳輸方式中即使加上幾條通訊聯(lián)絡(luò)控制線，也不需要太多傳輸電纜線，在遠(yuǎn)距離傳輸中使用非常經(jīng)濟(jì)。
正因?yàn)榇袀鬏敺绞降慕?jīng)濟(jì)性，在很多系統(tǒng)通訊中都采用了串行方式，但一般的小型系統(tǒng)，尤其是單片機(jī)控制的系統(tǒng)中，I/O口資源非常有限，可利用的串口資源非常少，在需要進(jìn)行多個(gè)設(shè)備通訊的時(shí)候必須進(jìn)行串口擴(kuò)展，而通用性強(qiáng)、功能簡單實(shí)用、使用簡便的串口擴(kuò)展芯片種類非常少。
目前比較通用的串口擴(kuò)展方案有兩種，一是使用專用串口擴(kuò)展芯片，可供選擇的串口擴(kuò)展芯片只有TI等公司開發(fā)的16C550系列串口擴(kuò)展芯片，該系列芯片實(shí)現(xiàn)的功能是通過并行口擴(kuò)展串行口，功能比較強(qiáng)大、通訊速度高，但由于功能強(qiáng)大，所以控制復(fù)雜，同時(shí)價(jià)格較高，主要的應(yīng)用場合是PC機(jī)串口擴(kuò)展產(chǎn)品。在僅使用單片機(jī)控制且不需要太高波特率通訊的系統(tǒng)中，使用16C550系列芯片不僅成本高而且還造成了資源的浪費(fèi)。
許多公司在設(shè)計(jì)僅需要進(jìn)行簡單的串口擴(kuò)展時(shí)，由于缺乏合適的擴(kuò)展芯片，常常采用軟件實(shí)現(xiàn)的方案。軟件模擬串口存在的缺點(diǎn)有一是采樣次數(shù)低，這樣數(shù)據(jù)的正確性就難以保證；二是不能實(shí)現(xiàn)高波特率通訊，軟件模擬串口不能實(shí)現(xiàn)高于4800bps的波特率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種芯片用硬件方式實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展，設(shè)計(jì)的最高波特率完全能滿足一般系統(tǒng)需求，同時(shí)占用系統(tǒng)資源少，使用方法簡單，通訊格式可設(shè)置的串口擴(kuò)展芯片，它與標(biāo)準(zhǔn)串口通訊格式兼容，滿足通用性要求，是用戶進(jìn)行串口擴(kuò)展時(shí)性價(jià)比最高的方案。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種串口擴(kuò)展芯片，它由振蕩電路模塊，定時(shí)器模塊，地址處理模塊，主控模塊，命令字寄存器，數(shù)據(jù)接收模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，數(shù)據(jù)緩沖器八個(gè)模塊組成，振蕩電路模塊的輸出端與定時(shí)器模塊連接，主控模塊分別與定時(shí)器模塊、地址處理模塊、命令字寄存器、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)緩沖器相連，命令字寄存器、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)緩沖器相連，數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊與外部通訊設(shè)備連接，地址處理模塊連外部主機(jī)。
定時(shí)器模塊包括分頻系數(shù)產(chǎn)生器、多路選擇器、母串口波特率分頻器、子串口波特率分頻器、母口發(fā)送/接收波特率產(chǎn)生器、多個(gè)子口發(fā)送/接收波特率產(chǎn)生器組成，分頻系數(shù)產(chǎn)生器與多路選擇器相連，多路選擇器與母串口波特率分頻器相連，母串口波特率分頻器分別與母口發(fā)送/接收波特率產(chǎn)生器及子串口波特率分頻器相連，子串口波特率分頻器分別與多個(gè)子口發(fā)送/接收波特率產(chǎn)生器相連。
地址處理模塊由多通道子口接收地址產(chǎn)生器、多通道子口發(fā)送地址產(chǎn)生器、單通道模式地址產(chǎn)生器組成，由一個(gè)控制信號選擇；多通道子口接收地址產(chǎn)生器由計(jì)數(shù)器、多路選擇器、5個(gè)子串口接收有效標(biāo)志寄存器組成，多路選擇器分別與計(jì)數(shù)器和子串口接收有效標(biāo)志寄存器連接；多通道子口發(fā)送地址產(chǎn)生器由一個(gè)地址鎖存器構(gòu)成；單通道模式地址產(chǎn)生器由一個(gè)緩沖電路組成；命令字寄存器模塊由一個(gè)臨時(shí)寄存器和一個(gè)工作寄存器組成，它們直接連接。
數(shù)據(jù)接收模塊由起始位檢測器、數(shù)據(jù)采樣器、數(shù)據(jù)判決器、高十位數(shù)據(jù)移位寄存器和低一位數(shù)據(jù)移位寄存器、多路選擇器組成，數(shù)據(jù)采樣器和數(shù)據(jù)判決器連接，數(shù)據(jù)判決器與高十位數(shù)據(jù)移位寄存器連接，高十位數(shù)據(jù)移位寄存器輸出接低一位數(shù)據(jù)移位寄存器輸入，多路選擇器與高十位數(shù)據(jù)移位寄存器和低一位數(shù)據(jù)移位寄存器的輸出端相連。
數(shù)據(jù)發(fā)送模塊由十一位數(shù)據(jù)移位寄存器、一位數(shù)據(jù)移位寄存器、多路選擇器、移位輸出寄存器組成，它們串聯(lián)在一起。
通過上面的敘述，可以看處，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明是結(jié)合用戶的一般需求，針對同類技術(shù)的缺點(diǎn)而進(jìn)行正向設(shè)計(jì)開發(fā)的產(chǎn)品。該芯片設(shè)計(jì)了兩種工作模式，可以滿足不同的系統(tǒng)需求。單通道工作模式可以應(yīng)用在通訊過程完全由主機(jī)控制的系統(tǒng)中，由主機(jī)選擇與之通訊的從機(jī)，該模式下本芯片工作無需任何初始化設(shè)置，主機(jī)和被選從機(jī)以相同的波特率和數(shù)據(jù)格式進(jìn)行通訊即可。主機(jī)通過該芯片的子串口選擇地址線選擇與主機(jī)通訊的從機(jī)。多通道工作模式主要應(yīng)用在要求實(shí)時(shí)多機(jī)通訊的系統(tǒng)，通過本芯片的子串口可以主動響應(yīng)從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)通過母串口返回給主機(jī)，同時(shí)利用地址線向主機(jī)發(fā)送接收到數(shù)據(jù)的子串口地址，使主機(jī)在接收到從機(jī)送來的數(shù)據(jù)后可以根據(jù)地址線判斷數(shù)據(jù)是從哪一個(gè)從機(jī)送來的，從而作出相應(yīng)的處理。為了保證所有的從機(jī)同時(shí)向主機(jī)連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的實(shí)時(shí)性和不造成數(shù)據(jù)丟失，該工作模式下，與主機(jī)相連的母串口會以與從機(jī)相連的子串口工作波特率的6倍(GM8125)/4倍(GM8123)進(jìn)行工作。為了滿足不同的系統(tǒng)需求，在多通道工作模式下，用戶可以通過對芯片寫命令字的方式對芯片進(jìn)行波特率和數(shù)據(jù)長度的設(shè)置，寫命令字設(shè)置方式可以減少芯片的控制引腳，為系統(tǒng)節(jié)省I/O口資源。多種等級的工作波特率和10位/11位可選的通訊格式與標(biāo)準(zhǔn)串口通訊格式完全兼容。
本產(chǎn)品與同類產(chǎn)品相比較，具有的優(yōu)點(diǎn)有1、控制簡單。該芯片利用軟件設(shè)置工作方式，最大限度地減少控制線，不需要占用太多主機(jī)的系統(tǒng)資源，同時(shí)又保證使用的簡便性2、應(yīng)用靈活。該芯片具備兩種工作模式、多種工作波特率、10位或11位數(shù)據(jù)格式可選，用戶可根據(jù)自己的系統(tǒng)需求靈活選擇3、通用性強(qiáng)。該芯片設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮各種用戶的需求，保證了芯片的通用性，與標(biāo)準(zhǔn)串口通訊格式完全兼容，同時(shí)提供多種可選設(shè)置，適用于大多數(shù)串口通訊系統(tǒng)4、工作波特率高。該芯片子串口最高工作波特率可達(dá)38400bps，此波特率完全能滿足一般的串口通訊的需求5、性能穩(wěn)定。硬件實(shí)現(xiàn)串口比軟件實(shí)現(xiàn)串口更能保證串行通訊數(shù)據(jù)的正確性和系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性6、波特率誤差小。
7、具有寬的工作電壓和工作溫度范圍，完全滿足工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)。
本產(chǎn)品與同類產(chǎn)品相比的創(chuàng)新點(diǎn)在于1、設(shè)計(jì)了兩種工作模式——單通道工作模式和多通道工作模式，各種應(yīng)用環(huán)境都能滿足
2、單通道工作模式應(yīng)用靈活。單通道模式的特點(diǎn)是芯片的輸出子串口和輸入子串口的選擇線相互獨(dú)立，允許每次選擇的輸入子串口和輸出子串口可以不同組，即允許同一個(gè)時(shí)刻向一個(gè)子串口發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)另一個(gè)子串口可以接收數(shù)據(jù)，這樣給了用戶通訊更靈活的選擇3、獨(dú)特的多通道工作模式保證了系統(tǒng)通訊的實(shí)時(shí)性。多通道模式的特點(diǎn)是，芯片子串口能主動響應(yīng)從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并利用地址線返回接收到數(shù)據(jù)的子串口地址信號，同時(shí)母串口以子串口工作波特率的固定倍率工作。這種工作方式保證了在使用該芯片進(jìn)行串口擴(kuò)展的多機(jī)通訊系統(tǒng)中，從機(jī)不需要向主機(jī)發(fā)送發(fā)送請求就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣就不需要占用主機(jī)的中斷資源，同時(shí)在多個(gè)從機(jī)同時(shí)都有數(shù)據(jù)發(fā)送請求時(shí)，芯片能及時(shí)響應(yīng)，也能保證數(shù)據(jù)不丟失，最大限度地保證了通訊的實(shí)時(shí)性4、工作波特率比同類產(chǎn)品高。該芯片子串口最高的波特率可以支持到38400bps，這個(gè)波特率已完全能滿足一般的系統(tǒng)需求，與類似產(chǎn)品相比，波特率更高5、寫命令字方式設(shè)置芯片的工作波特率和數(shù)據(jù)長度，既保證了芯片的使用簡便性又為芯片工作提供了更多通訊格式。用戶只需要在芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊前向芯片發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)就能完成芯片工作波特率和字節(jié)長度的設(shè)置，這種設(shè)置方式既能使設(shè)置工作非常簡單，又能為用戶提供更多的通訊格式，保證了芯片的通用性又使控制簡單化。


圖1為串口擴(kuò)展芯片結(jié)構(gòu)2為串口擴(kuò)展芯片定時(shí)器的結(jié)構(gòu)3a為串口擴(kuò)展芯片地址處理模塊的多通道子口接收地址產(chǎn)生結(jié)構(gòu)示意圖，圖3b為串口擴(kuò)展芯片地址處理模塊的多通道子口發(fā)送地址產(chǎn)生結(jié)構(gòu)示意圖，圖3c為串口擴(kuò)展芯片地址處理模塊的單通道子口發(fā)送地址產(chǎn)生結(jié)構(gòu)示意圖，圖3d為串口擴(kuò)展芯片地址處理模塊的單通道子口接收地址產(chǎn)生結(jié)構(gòu)示意4為串口擴(kuò)展芯片命令字寄存器結(jié)構(gòu)5為串口擴(kuò)展芯片數(shù)據(jù)接收模塊結(jié)構(gòu)6為串口擴(kuò)展芯片數(shù)據(jù)發(fā)送模塊結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述如圖1所示，串口擴(kuò)展芯片的結(jié)構(gòu)如上圖所示。它由振蕩電路模塊(OSC)，定時(shí)器模塊(Timer)，負(fù)責(zé)對輸入地址進(jìn)行處理及產(chǎn)生輸出地址的地址處理模塊(ADDR_Process)，負(fù)責(zé)控制信號譯碼及數(shù)據(jù)流控制的主控模塊(Main_Control)、負(fù)責(zé)寄存命令字的命令字寄存器(Command_Register)、負(fù)責(zé)接收母口及子口數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收模塊(Data_Receiver)、負(fù)責(zé)發(fā)送母口及子口數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊(Data_Transmitter)、負(fù)責(zé)緩沖子口接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)緩沖器(Data_Buffer)等8個(gè)模塊組成。
振蕩電路模塊的輸出端與定時(shí)器模塊連接，主控模塊分別與定時(shí)器模塊、地址處理模塊、命令字寄存器、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)緩沖器相連，命令字寄存器、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)緩沖器相連，數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊與外部通訊設(shè)備連接，地址處理模塊連外部主機(jī)。
該串口擴(kuò)展芯片的功能是實(shí)現(xiàn)對通用異步串口(UART)進(jìn)行擴(kuò)展，將1個(gè)UART串口擴(kuò)展成多個(gè)UART串口。通過給主控模塊輸入一個(gè)模式選擇信號(MS)確認(rèn)芯片當(dāng)前的工作模式——單通道模式或多通道模式。單通道模式下，芯片一個(gè)時(shí)刻只允許一個(gè)子串口工作，當(dāng)前工作的子串口是外部主機(jī)通過對地址處理模塊的控制進(jìn)行選擇的；多通道模式下，發(fā)送數(shù)據(jù)的子串口由主機(jī)通過地址處理模塊進(jìn)行選擇，接收則為數(shù)據(jù)接收模塊主動接收，同時(shí)地址處理模塊產(chǎn)生并輸出接收到數(shù)據(jù)的子串口地址信息，命令字寄存器模塊和定時(shí)器模塊配合完成各串口工作波特率的產(chǎn)生。
主控模塊內(nèi)部主要是一些譯碼電路以及一些采沿電路，產(chǎn)生數(shù)據(jù)流的控制信號，主要進(jìn)行控制信號譯碼及數(shù)據(jù)流的控制，其主要功能包括
a)對模式選擇信號以及地址信息進(jìn)行地址再編碼；b)根據(jù)接收模塊的信號產(chǎn)生接收同步波特率啟動信號、數(shù)據(jù)載入信號、復(fù)位信號等；c)根據(jù)地址模塊的信號產(chǎn)生對發(fā)送模塊的數(shù)據(jù)載入等；d)根據(jù)發(fā)送模塊的信號產(chǎn)生地址輸出、復(fù)位、清標(biāo)志信號等；e)根據(jù)地址信息和模式信號產(chǎn)生命令字的寫入、讀出、有效信號等，對命令字模塊進(jìn)行操作；如圖2所示，定時(shí)器模塊包括分頻系數(shù)產(chǎn)生器、多路選擇器、母串口波特率分頻器、子串口波特率分頻器、母口發(fā)送/接收波特率產(chǎn)生器、多個(gè)子口發(fā)送/接收波特率產(chǎn)生器組成，分頻系數(shù)產(chǎn)生器與多路選擇器相連，多路選擇器與母串口波特率分頻器相連，母串口波特率分頻器分別與母口發(fā)送/接收波特率產(chǎn)生器及子串口波特率分頻器相連，子串口波特率分頻器分別與多個(gè)子口發(fā)送/接收波特率產(chǎn)生器相連。
定時(shí)器根據(jù)命令字寄存器中波特率的類型生成相應(yīng)不同分頻系數(shù)；產(chǎn)生母、子串口的串口采樣率(DataSampleEN)；配合主控模塊(Main_Control)的信號(TXDTimerStar)產(chǎn)生各串口的發(fā)送波特率(ShiftOutCTL)；配合主控模塊(Main_Control)的信號(RXDTimerStar)產(chǎn)生各串口的接收波特率(ShiftInCTL)。
根據(jù)波特率的類型(BR[2:0])譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的多個(gè)分頻系數(shù)，經(jīng)過多路選擇器(MUX)選擇一個(gè)分頻系數(shù)進(jìn)入第一級分頻器；對第一級分頻器的輸出16分頻，產(chǎn)生一個(gè)控制序列，此序列控制上述的多路選擇器(MUX)從多個(gè)分頻系數(shù)中選擇當(dāng)前最好的分頻系數(shù)進(jìn)入第一級分頻器；選擇當(dāng)前最好的分頻系數(shù)的原則是使第一級分頻器的輸出最接近所需波特率的64倍(16×4)或96倍(16×6)，即使產(chǎn)生的波特率與設(shè)置的波特率誤差最小。以達(dá)到最佳的接收效果和最好的發(fā)送效果。
第一級波特率分頻器BRFirstDivider根據(jù)所設(shè)置波特率(BR)產(chǎn)生滿足母串口16倍波特率的信號(MSample和SSample)，因?yàn)槟缚诓ㄌ芈蕿樽涌诘?倍或4倍，所以MSample的頻率為SSample的6倍或4倍。
接收波特率產(chǎn)生器(ReceiveBR)當(dāng)啟動信號(RXDTimerStart)有效時(shí)，在第一級分頻信號的基礎(chǔ)上再進(jìn)行16分頻，產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)的移位控制信號(ShiftInCTL)。還要對第一級分頻信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)的采樣信號(DataSampleEN)。當(dāng)啟動信號(RXDTimerStart)無效(為0)時(shí)，停止產(chǎn)生ShiftInCTL和DataSampleEN。
發(fā)送波特率產(chǎn)生器(TransmitBR)當(dāng)啟動信號(TXDTimerStart)有效時(shí)，在第一級分頻信號的基礎(chǔ)上再進(jìn)行16分頻，產(chǎn)生發(fā)送數(shù)據(jù)的移位控制信號(ShiftOutCTL)。當(dāng)啟動信號(TXDTimerStart)無效(為0)時(shí)，停止產(chǎn)生ShiftOutCTL。
圖3a、b、c、d為串口擴(kuò)展芯片地址處理模塊結(jié)構(gòu)圖，地址處理模塊由多通道子口接收地址產(chǎn)生器、多通道子口發(fā)送地址產(chǎn)生器、單通道模式地址產(chǎn)生器組成，由一個(gè)控制信號選擇；
多通道子口接收地址產(chǎn)生器由計(jì)數(shù)器、多路選擇器、5個(gè)子串口接收有效標(biāo)志寄存器組成，多路選擇器分別與計(jì)數(shù)器和子串口接收有效標(biāo)志寄存器連接；多通道子口發(fā)送地址產(chǎn)生器由一個(gè)地址鎖存器構(gòu)成；單通道模式地址產(chǎn)生器由一個(gè)緩沖電路組成；如圖3a所示，多通道工作方式下，當(dāng)數(shù)據(jù)由子口到母口時(shí)，地址信息由地址發(fā)生器產(chǎn)生，并返回上位機(jī)，使上位機(jī)知道目前正在處理哪個(gè)子通道的數(shù)據(jù)信息，工作原理說明如下a)3位計(jì)數(shù)器對各子口的標(biāo)志掃描，計(jì)數(shù)器的譯碼輸出(REGFullFlag)與相應(yīng)的子串口接收有效標(biāo)志(FullFlag)比較b)若相同，則計(jì)數(shù)器保持，且輸出計(jì)數(shù)器的值和地址信號(ADDValidFlag)有效；c)若不相同，則計(jì)數(shù)器加1，且輸出地址無效信號；直到查詢到下一個(gè)有效地址；d)若所有的子串口接收標(biāo)志都為無效(沒有接收到數(shù)據(jù))，則計(jì)數(shù)器保持；e)當(dāng)母串口發(fā)送完當(dāng)前計(jì)數(shù)器輸出的地址的數(shù)據(jù)的第5位時(shí)將本地址發(fā)送給上位機(jī)(有相應(yīng)的信號ADDSendCTL控制)；f)當(dāng)母串口發(fā)送完當(dāng)前計(jì)數(shù)器輸出的地址的數(shù)據(jù)則清除本地址的有效標(biāo)志(計(jì)數(shù)器可繼續(xù)查詢)；如圖3b所示，多通道工作方式下，當(dāng)數(shù)據(jù)由母口到子口時(shí)由上位機(jī)發(fā)出的地址信息需要鎖存，以保證在數(shù)據(jù)幀傳輸過程中，地址信息的變化不會對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生不利的影響，我們采取的策略是在收到數(shù)據(jù)起始位信息時(shí)，鎖存子口發(fā)送的地址信息。
如圖3c、3d所示，單通道工作方式下，地址是直通的。
如圖4所示，命令字寄存器模塊由一個(gè)臨時(shí)寄存器和一個(gè)工作寄存器組成，它們直接連接。
命令字寄存器用于存儲上位機(jī)寫入的命令字，此命令寄存器內(nèi)容(CMDData[3:0])可由上位機(jī)讀出；命令字包含通訊子口、母口通訊波特率(BR[2:0])和數(shù)據(jù)幀的長度(FL)2種信息。
有2個(gè)4位寄存器，其中一個(gè)工作寄存器(上圖中右邊的寄存器)用于保存上一次寫入的命令字(此命令字為真正起作用的命令字)，另一個(gè)臨時(shí)寄存器(上圖中左邊的寄存器)用于保存當(dāng)前寫入的命令字；當(dāng)寫入命令字時(shí)，由相應(yīng)的信號(LoadCMD)控制載入要寫入的命令字(CMDIn[3:0])到臨時(shí)寄存器；當(dāng)外部輸入的地址STADD0～2不是‘000’時(shí)，由相應(yīng)的信號(CMDValid)控制臨時(shí)寄存器的內(nèi)容載入到命令字工作寄存器，此時(shí)寫入的命令字正式起作用。
如圖5所示，數(shù)據(jù)接收模塊由起始位檢測器、數(shù)據(jù)采樣器、數(shù)據(jù)判決器、高十位數(shù)據(jù)移位寄存器和低一位數(shù)據(jù)移位寄存器、多路選擇器組成，數(shù)據(jù)采樣器和數(shù)據(jù)判決器連接，數(shù)據(jù)判決器與高十位數(shù)據(jù)移位寄存器連接，高十位數(shù)據(jù)移位寄存器輸出接低一位數(shù)據(jù)移位寄存器輸入，多路選擇器與高十位數(shù)據(jù)移位寄存器和低一位數(shù)據(jù)移位寄存器的輸出端相連。
其工作原理如下1)對輸入信號同步；2)位檢測采樣頻率是波特率的16倍；3)用2位寄存器對幀起始沿采樣；4)如果3)寄存器的輸出為‘0’，則同步波特率產(chǎn)生器起動保證接收波特率與發(fā)送端同步；5)如果對采樣寄存器的判決為‘1’，則停止同步且3)；如果采樣寄存器的判決為‘0’，則6)；采用3中選2法判決；6)接收數(shù)據(jù)寄存器移位(第8個(gè)采樣脈沖延遲一個(gè)TOSC時(shí)間)；(高電平沿移位)7)采樣寄存器進(jìn)行判決且移位，重復(fù)6)，直到8)成立；8)如果移位寄存器的最高位為‘0’，則停止同步標(biāo)志且報(bào)告接收一幀完成；(無需等到16個(gè)采樣全部完成)9)返回到3)。
注**3)的輸出為‘0’才能啟動波特率產(chǎn)生器同步。如果起始位無效必要停止同步，繼續(xù)監(jiān)測幀起始沿。
***如果為單通道描述，RXD一直為′1′。
如圖6所示，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊由十一位數(shù)據(jù)移位寄存器、一位數(shù)據(jù)移位寄存器、多路選擇器、移位輸出寄存器組成，它們串聯(lián)在一起。工作原理如下1)根據(jù)幀長指示(FL)設(shè)置輸出移位寄存器的有效長度；
2)初始化數(shù)據(jù)輸出移位寄存器、停止位寄存器(1位，保存停止位)；3)根據(jù)地址信息打開對應(yīng)Buffer數(shù)據(jù)到串口發(fā)送移位寄存器的數(shù)據(jù)通路；4)將數(shù)據(jù)載入發(fā)送移位寄存器；5)啟動對應(yīng)的同步波特率發(fā)生器；6)以波特率控制數(shù)據(jù)移位輸出，最高位填充停止位寄存器的反相信號；7)結(jié)束判斷，當(dāng)數(shù)據(jù)輸出移位寄存器的內(nèi)容和停止位寄存器的內(nèi)容相異時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)完成。(當(dāng)母口數(shù)據(jù)輸出移位高5位寄存器的內(nèi)容和停止位寄存器的內(nèi)容相異時(shí)可通知主控發(fā)送當(dāng)前地址)；
權(quán)利要求
1.一種串口擴(kuò)展芯片，其特征在于它由振蕩電路模塊，定時(shí)器模塊，地址處理模塊，主控模塊，命令字寄存器，數(shù)據(jù)接收模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，數(shù)據(jù)緩沖器八個(gè)模塊組成，振蕩電路模塊的輸出端與定時(shí)器模塊連接，主控模塊分別與定時(shí)器模塊、地址處理模塊、命令字寄存器、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)緩沖器相連，命令字寄存器、數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)緩沖器相連，數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊與外部通訊設(shè)備連接，地址處理模塊連外部主機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串口擴(kuò)展芯片，其特征在于定時(shí)器模塊包括分頻系數(shù)產(chǎn)生器、多路選擇器、母串口波特率分頻器、子串口波特率分頻器、母口發(fā)送/接收波特率產(chǎn)生器、多個(gè)子口發(fā)送/接收波特率產(chǎn)生器組成，分頻系數(shù)產(chǎn)生器與多路選擇器相連，多路選擇器與母串口波特率分頻器相連，母串口波特率分頻器分別與母口發(fā)送/接收波特率產(chǎn)生器及子串口波特率分頻器相連，子串口波特率分頻器分別與多個(gè)子口發(fā)送/接收波特率產(chǎn)生器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串口擴(kuò)展芯片，其特征在于地址處理模塊由多通道子口接收地址產(chǎn)生器、多通道子口發(fā)送地址產(chǎn)生器、單通道模式地址產(chǎn)生器組成，由一個(gè)控制信號選擇；多通道子口接收地址產(chǎn)生器由計(jì)數(shù)器、多路選擇器、5個(gè)子串口接收有效標(biāo)志寄存器組成，多路選擇器分別與計(jì)數(shù)器和子串口接收有效標(biāo)志寄存器連接；多通道子口發(fā)送地址產(chǎn)生器由一個(gè)地址鎖存器構(gòu)成；單通道模式地址產(chǎn)生器由一個(gè)緩沖電路組成；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串口擴(kuò)展芯片，其特征在于命令字寄存器模塊由一個(gè)臨時(shí)寄存器和一個(gè)工作寄存器組成，它們直接連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串口擴(kuò)展芯片，其特征在于數(shù)據(jù)接收模塊由起始位檢測器、數(shù)據(jù)采樣器、數(shù)據(jù)判決器、高十位數(shù)據(jù)移位寄存器和低一位數(shù)據(jù)移位寄存器、多路選擇器組成，數(shù)據(jù)采樣器和數(shù)據(jù)判決器連接，數(shù)據(jù)判決器與高十位數(shù)據(jù)移位寄存器連接，高十位數(shù)據(jù)移位寄存器輸出接低一位數(shù)據(jù)移位寄存器輸入，多路選擇器與高十位數(shù)據(jù)移位寄存器和低一位數(shù)據(jù)移位寄存器的輸出端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串口擴(kuò)展芯片，其特征在于數(shù)據(jù)發(fā)送模塊由十一位數(shù)據(jù)移位寄存器、一位數(shù)據(jù)移位寄存器、多路選擇器、移位輸出寄存器組成，它們串聯(lián)在一起。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種串口擴(kuò)展芯片，它由振蕩電路模塊，定時(shí)器模塊，地址處理模塊，主控模塊，命令字寄存器，數(shù)據(jù)接收模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，數(shù)據(jù)緩沖器八個(gè)模塊組成。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)用硬件方式實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展，設(shè)計(jì)的最高波特率完全能滿足一般系統(tǒng)需求，同時(shí)占用系統(tǒng)資源少，使用方法簡單，通訊格式可設(shè)置的串口擴(kuò)展芯片，它與標(biāo)準(zhǔn)串口通訊格式兼容，滿足通用性要求，是用戶進(jìn)行串口擴(kuò)展時(shí)性價(jià)比最高的方案。
文檔編號G06F13/40GK1601504SQ200410040439
公開日2005年3月30日 申請日期2004年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月13日
發(fā)明者王建輝, 劉毓梅 申請人:成都國騰微電子有限公司