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基于SPI的多串口扩展方案（1扩8）
前言
随着电子技术的发展，以微处理器（MCU），PC机组成的主从分布式测控系统已成为当今复杂的测控系统的典型解决方案。单片机以其独特的串口通信功能为主，从设备之间的数据传输提供了便利。但是51系列单片机只提供了一个全双工的串行通信接口，这对于一个实时性要求较高，测控功能复杂的系统而言是一个美中不足之处。在我们设计的智能密集测控系统中，就需要测控工具有多个实时全双工的串行通信接口。我们现在只能是选择有多个串口的单片机或者是进行串口扩展，选择多串口的单片机肯定成本比较高，而且局限性比较大；那么最好的方案还是进行串口扩展。根据本人的对多款串口扩展芯片在性能、价格上的比较，个人认为维肯电子的VK3266这款串口扩展芯片还是相当不错的，下面我们就也VK3266来对单片机的串口进行扩展。以单片机的一个串口，扩展为4个全双工的串口。

1、系统原理框图
微控制器
VK3224
VK3224
SPI
Uart1---uart8

2、 硬件原理图
硬件原理框图介绍：本设计主要依赖的硬件是2块VK3224串口扩展芯片实现一个spi接口扩展8个uart接口，外部电路实现简单。主要是晶振电路，复位电路，spi接口电路。

3、 VK3224芯片介绍
1.产品概述
VK3224是SPITM接口的4通道UART器件。VK3224实现SPI桥接/扩展4个串口（UART）的功能。
扩展的子通道的UART具备如下功能特点：
每个子通道UART的波特率、字长、校验格式可以独立设置，最高可以提供1Mbps的通信速率。
每个子通道可以独立设置工作在IrDA红外通信。
每个子通道具备收/发独立的16 BYTE FIFO，FIFO的中断为4级可编程条件触发点。
VK3224采用SOP20绿色环保的无铅封装，可以工作在2.5～5.5V的宽工作电压范围，具备可配置自动休眠/唤醒功能。
[注]：SPITM 为MOTOLORA公司的注册商标。
2.基本特性
2.1 总体特性
l 低功耗设计，可以配置自动休眠，自动唤醒模式
l 宽工作电压设计，工作电压为 2.5V～5.5V
l 精简的配置寄存器和控制字，操作简单可靠
l 提供工业级和商业级产品
l 高速CMOS工艺
l 采用符合绿色环保政策的SOP20无铅封装
2.2 扩展子通道UART特性
l 子通道串口独立配置，高速、灵活：
每个子串口为全双工，每个子串口可以通过软件开启/关闭
波特率可以独立设置，子串口最高可以达到1M bit/s (5V工作电压)
每个子串口字符格式包括数据长度、停止位数、奇偶校验模式可以独立设置
完善的子串口状态查询功能
l FIFO功能：
每个子串口具备独立的16级9Bits发送FIFO，发送FIFO具备4级可编程触发点
每个子串口具备独立的16级9Bits接收FIFO，接收FIFO具备4级可编程触发点
软件FIFO使能和清空
FIFO状态和计数器输出
l 错误检测：
支持奇偶校验错，数据帧错误及溢出错误检测
支持起始位错误检测
l 内置符合SIR标准的IrDA红外收发编解码器，传输速度可达115.2K bit/s
2.3 SPI主接口特性
l 最高速度5M bit/s
l 仅支持SPI从模式
l 16位，SPI模式0
3.应用领域
l 多串口服务器/多串口卡
l 工业/自动化现场RS-485控制
l 无线数据传输
l 车载信息平台/车载GPS定位系统
l 远传自动抄表（AMR）系统
l POS/税控POS/金融机具
l DSP/嵌入式系统
4.原理框图
图4.1 VK3224 原理框图

5.封装引脚
5.1封装图

5.2 引脚描述
表5.2 VK3224 引脚描述
名称
管脚
类型
描述
SCS
2
I
为SCS(SPI片选)功能引脚：低电平有效
SCLK
3
I
为SCLK(SPI 时钟输入)功能引脚；
SDIN
4
I
为SDIN(SPI数据输入)功能引脚；
SDOUT
5
O
为SDOUT(SPI数据输出)功能引脚；
RX1
RX2
RX3
RX4
15
12
17
6
I

子通道串口串行数据输入。
RX 将所连数据UART的串行数据输入VK3224的相应管脚。
TX1
TX2
TX3
TX4
14
11
16
7
O
子通道串口串行数据输出。
TX 将串行数据输出到与其连接的器件引脚。

/RST
8
I
硬件复位引脚，低电平复位有效
/IRQ
10
O
中断输出信号，低电平有效，建议外接上拉电阻，典型值5.1K
OSCO
19
I
晶振输入；
OSCI
20
O
晶振输出；
VCC
9，18
-
电源 2.5V～5.5V工作范围
GND
1，13
-
地