VK32系列新型多总线接口UART器件的原理及应用研究

VK32系列新型多总线接口UART器件的原理及应用研究

VK系列UART器件

维肯公司针对嵌入式系统中UART的发展趋势，设计推出了VK32xx系列新型多总线接口UART器件，其特点为：

UART接口产品创新地实现了将一个标准3线UART扩展成为2～4个增强功能UART。芯片内置的UART扩展协议处理逻辑，无需其它的地址信号和控制信号线就可以实现多个独立配置的全双工串口扩展，为需要扩展串口的嵌入式系统提供了一个最简洁的解决方案。

5. 子串口通道具备软件或硬件自动流量控制，满足高速数据传输中流量控制的需要。

7. 每个通道具备独立可控的数据广播接收功能，可以应用于需要数据广播传输和控制的嵌入式系统中。

VK系列UART器件的原理及框图

在嵌入式系统中的应用

1. 在税控POS中的应用

税控POS机是一个控制密集形的嵌入式系统，需要控制大量外设。其基本配置要求的串口打印机、MODEM、RS-485网络接口，以及税控IC卡（异步卡）都工作在基于UART的串行通信方式。同时，大量的外设如密码键盘、条码扫描器、条码称、接触IC卡/非接触IC卡读卡器、磁卡读卡器、串口显示屏等设备都是通过RS-232串口与POS机相连。

2. 在远程自动抄表系统中的应用

如图3所示，远传自动抄表系统由远传表和集中抄表器以及MODEM等部分组成。

由于是通过SPI接口扩展的串口，集中抄表器单片机自身的串口可以连接PSTN/GSM MODEM将集抄数据传给远程服务器。

3. 在嵌入式车载信息平台中的应用

4. 在串口服务器中的应用

在工业控制等领域，众多设备的对外通讯接口仍然是低速串口。串口服务器将多个串口设备的数据存储、转换以后通过IP网进行传输。

1. 选型参考

VK32系列UART包括5个产品系列，各个产品系列的特点如下：

VK321x系列为主接口为UART的产品，仅通过RX，TX和GND三根信号线与主机相连，通过芯片内部的处理协议采用时分复用的方式将一个串口扩展成为2～4个可以同时工作的全双工串口。在该模式下，MCU以查询方式操作UART器件，设计中需要注意的是为保证在时分复用下各个子通道能够同时全双工通信，主接口的波特率需要设置为大于各个子串口波特率之和。VK321x产品适用于对通信速度要求不高，需要设计可靠简单的嵌入式产品。

VK322x系列产品的主接口为SPI同步传行总线，最高传输速度为4Mbps。适合于带SPI接口的MCU/DSP扩展异步串口。大多数DSP都只有同步串口，通过SPI接口实现异步串口的桥接和扩展，可以简化并行总线扩展串口的硬件规模和模拟异步串口的软件开销。

VK323x系列产品同时具备SPI和UART两种可以选择的主接口，扩展子串口具备硬件流量控制和RS-485自动收发功能，尤其适合于需要高可靠数据传输的RS-485总线应用。

VK325x产品为8位并行总线接口的UART器件，VK326x为同时具备3种可选主机接口的UART器件。这两个器件应用于需要减少备货种类，需要进行大量数据传输的应用。

2. 设计建议

异步IC卡的接口设计。遵从7816-3的异步IC卡为半双工异步通信接口。在实际应用中，可以将子串口的RX和TX短接后直接与IC卡的I/O信号连接，为可靠起见，也可以通过连接7407来驱动IC卡的I/O信号。

MODEM接口的设计。目前的PSTN/GPRS/CDMA/GSM MODEM支持三线串口（TX、RX、GND）通过AT命令操作。但实际应用中，仅仅使用三线串口容易丢包，造成数据重发，使得上传速度变慢，建议使用VK32系列中带MODEM接口的UART器件，用DSR、DTR、RI和DCD来监控MODEM状态，用RTS和CTS来做流控，这样速度可以达到最高。

RS-485总线的设计。RS-485是目前工业领域应用最广的半双工通信系统。直接用MCU对RX485进行控制，有一些细节难于处理：通过MCU的I/O对485收发控制，在系统复位时，I/O可能使485收发器处在发送状态，造成总线上正在进行的通信失效；在数据收发切换中，一般依靠发送缓冲的状态来控制MCU的I/O对收发切换，而此时最后一个字节可能还在移位寄存器中，会造成少发送一个字节的情况；同时，当RS485总线上有大量数据进行传送时，MCU不得不花大量的资源去判断该数据是否是发送给本机的，造成工作效率低。针对这些问题，建议用户在需要用到RS-485时，选用带有RS-485自动收发控制和9位网络自动识别的器件。

VK32系列UART器件可以工作在自动RS-485模式下：复位时，RTS处于接收状态，只有在数据发送时，RTS才工作在发送状态，当最后一位数据从移位寄存器中发送完成后，RTS自动转为接收状态。同时，VK32系列的UART支持9位网络地址自动识别，仅当RS-485总线上的地址与UART设定的RS-485网络地址一致时，才产生中断，可以使MCU从大量的与自己无关的数据处理中解脱出来，提高系统的处理能力。

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