串口扩展芯片在汽车行驶记录仪中的应用 行驶记录仪, 单片机, 波特率, 全双工, 通用

porereading

在由单片机组成的汽车行驶记录仪中，为了适应不同用户的需要，该记录仪需要配置串口打印、与上位机通信串口以及与GPS通信接口等三个以上（含三个）串口，直接利用单片机的功能无法满足这一需要。利用一片SP2338则可以很好地解决这个问题。
1、SP2338简介
SP2338串口扩展芯片能将普通的51系列单片机的一个串口扩展为三个独立的全双工串口，并且三个串口的波特率达到了9600bps。SP2338采用通用的协议1个起始位，8个数据位，1个停止位），同时，该芯片在与单片机相连时接口也非常简单。
SP2338共有四个串口，一个母串口，三个子串口，它们都是全双工的串行通信口，允许同时接收和发送数据。母串口与需要扩展的51单片机的串口相连，子串口与其他串口设备相连，这样就实现了只有一个串口的单片机可与三个串口设备相连。SP2338有两根发送地址线，两根接收地址线，用以选择发送串口和接收串口，见图1。


当单片机要向串口设备发送数据时，其工作过程是：
1）先向SP2338的串口地址线ADRI0、ADRI1送地址信号（ADRI0、ADRI1=00子串口0，ADRI0、ADRI1=01子串口1，ADRO0、ADRO1=10子串口2）；再向与自已相连的母串口的通信线上送数据；
2）SP2338的母串口收到单片机串口送来的数据后就根据ADRI0和ADRI1的状态，把数据送往相应的子串口；
3）该子串口再把数据送往相连的串口设备。
当串口设备向单片机发送数据时，其工作过程是：
1）SP2338的某个子串口从串口设备接收到数据时，送给母串口；
2）SP2338的母串口把该数据再送给单片机串口，同时在ADRO0和ADRO1线上送出子串口的地址；
3）单片机根据SP2338接收地址线ADRO0、ADRO1上的信号判定出由哪个串口设备发出的。
由于SP2338的每个串口都有自己的发送缓冲区和接收缓冲区，因此扩展后的三个串口就可以完全独立地同时通信，就好像单片机同时拥有三个串口似的，若一个单片机有两个串口，那么配上两片SP2338就可以扩展到6个串口。
SP2338每个子串口的波特率都可以达到9600bps，SP2338工作时需要配一个晶振，该晶振FOSC的频率与母串口的波特率有如下关系：
K母=1920*Fosc，
与子串口波特率的关系如下：
K子=480*Fosc，
因此，如果子串口采用9600波特率，根据以上公式，Fosc=20MHz。而母串口的波特率必须达到388400bps。这样与SP2338的母串口相连的单片机串口的波特率达到388400bps，若单片机采用非11。0592M的工作晶振，则波特率会有偏差，不过，SP2338允许波特率误差为2。5%。在我研制的汽车行驶记录仪中，系统采用的是24MHz的工作晶振，用定时器2作波特率发生器，并设：RCAP2H=0xFF，RCAP2L=0xEC，可以正常通信。
由于某些单片机采用其他规格的晶振工作，达不到这么高的波特率，想把母串口的波特率降下来，则不仅仅是把单片机的波特率降下来，还要根据上面的公式，重新计算Fosc，把SP2338的工作晶振也换成合适的才行。
2、SP2338在汽车行驶记录仪中应用
1）图2是硬件连接逻辑图
由于SP2338是单片机串口与其他串口设备的转接者，因此相对于单片机来说，SP2338是Tx3与单片机的RXDM相连，SP2338的Rx3要与单片机的TXDM相连。


2）软件实现
由于SP2338一上电就能正常工作，不需要任何初始化操作，因此不需要在软件中初始化。而SP2338的母串口与三个子串口是循回连续交换数据的，因此，
①当SP2338从串口设备接收到数据通过母串口送到单片机的串口线上时，单片机应及时把数据读走，并且判定ADRO0和ADRO1的状态，否则容易造成数据的错误。因此在单片机上要用串口中断。
②当单片机向外部串口设备发送数据时，一定要按照先向子串口0发送一个字节的数据，再向子串口1发送一个字节的数据，再向子串口2发送一个字节的数据，再执行一条NOP命令的时序发送数据，依此循环。若外部的串口设备没有三个，则分别如下处理：
A．若上位机只需向一个子串口发送数据，先向该串口发送一个字节数据，再执行4条‘NOP’命令，其后再向该子串口发送第二个数据。
B．若上位机只需向两个子串口发送数据，则可以分别向两个串口发送一个字节的数据，再执行3条NOP命令，再分别向这两个串口发送下一字节的数据。
串口中断流程图3所示。


3、结语
我在研制汽车行驶记录仪中使用了一片SP2338，把单片机一个串口扩展成三个全双工的串口，使汽车行驶记录仪可以与串行打印机、上位机和GPS等串口设备进行通信，符合国家GBT/19056-2003《汽车行驶记录仪》标准的相关规定，取得了满意的效果。