一．同類方案比較

目前比較通用的串口擴展方案有兩種，一是用硬件實現，使用多串口或專用串口，可供選擇的串口擴展芯片有TI等公司開發的16C554系列串口擴展芯片，該系列芯片實現的功能是通過并行口擴展串行口，功能比較強大、通訊速度高，但控制復雜，同時價格較高，主要的應用場合是PC機串口擴展產品。在僅使用單片機控制且不需要太高波特率通訊的系統中，使用16C554系列芯片不僅成本高而且還造成了資源的浪費。而多串口單片機也同樣存在價格高的缺點。另一種串口擴展方案就是用軟件實現，軟件模擬串口存在的缺點有：一是采樣次數低，一般只能做到2次/BIT，這樣數據的正確性就難以保證；二是不能實現高波特率通訊，軟件模擬串口一般不能實現高于4800 bps的波特率。

成都國騰微電子有限公司推出的/系列串口擴展芯片全硬件實現串口擴展，保證了芯片工作的穩定性，設計的最高波特率完全能滿足一般系統需求，同時占用系統資源少，使用方法簡單，通訊格式可設置，與標準串口通訊格式兼容，利用該系列芯片實現串口擴展是性價比較高的串口擴展方案。

二．GM8123/25介紹

2.1 產品特點

·采用寫控制字的方式對芯片進行控制

·兩種工作模式，用戶可根據自己的系統需求靈活選擇

·各子可調（統一調節）

·數據幀長10位或11位可選

·子串口數：3個（GM8123）或5個（GM8125）

·數據采樣率 16次/BIT，確保數據采樣的準確可靠

·單通道模式下，最高波特率支持20Mbps；多通道模式下，子串口最高波特率38400bps

·與標準串口通訊格式兼容

·輸出波特率誤差小于0.2%，輸入波特率誤差要求小于2.8%

·寬工作電壓：2.3~6.7V

·工作溫度范圍：-40℃~85℃

·工作穩定，抗干擾能力強，符合工業級標準

2.2 功能描述

GM8123可擴展3個標準串口，GM8125可擴展5個標準串口，芯片可以通過軟件設置工作波特率和數據幀長。芯片通過外部引腳選擇串口擴展模式：單通道工作模式和多通道工作模式。單通道模式下，子串口最高波特率支持20Mbps；多通道模式下，子串口最高波特率支持38400bps。

單通道模式下，無需設置芯片的通訊格式，子串口和母串口以相同的波特率工作，一個時刻只允許一組子串口和母串口通訊，工作子串口由地址線選擇。單通道工作模式適用于所有從機不需要同時通訊并且通訊過程完全由主機控制的系統。

多通道模式下，允許所有子串口同時與母串口通訊，母串口以子串口波特率的4倍（GM8123）/6倍（GM8125）工作，發送時由地址線選擇發送數據的子串口，接收時子串口能主動響應從機發送的數據，由母串口發送給主機，同時由地址線返回接收到數據的子串口地址，主機在接收到子串口送來的數據后可以根據地址線的狀態判斷數據是從哪一個從機送來的。多通道模式使每個從機的發送要求都能被及時地響應，即使所有從機同時有發送要求，數據也不會丟失，基本實現了主控單元和外設通訊的實時性。多通道模式適用于從機向主機發送數據的時間不可控并且有實時性要求的多機通訊系統。（詳細情況查看成都國騰微電子有限公司發布的GM8123/25數據手冊）

2.3 系統結構

圖1為GM8123/25的系統結構：

三．應用說明

以以下一個系統為例，用GM8125說明該系列芯片實現串口擴展的方法：一個系統中有5個從機需要與主機進行串行通訊，5個從機通訊波特率均為19200bps，主機首先向所有從機發送一個字節數據作為對從機的控制命令，從機收到數據并進行處理后立即向主機返回相關數據。根據系統要求看出，從機發送數據的時間根據其處理時間而定，不受主機控制，所以GM8125要工作在多通道模式下，即允許所有子串口同時工作。圖2是單片機與GM8125的接口框圖，該系統利用GM8125為主機89C51擴展出5個串口。

圖2 GM8125與單片機的硬件接口框圖

GM8125引腳說明：

RST：復位引腳，低電平有效。復位后默認子串口工作波特率為1200bps，數據長度為11位（帶校驗位）；

MS：模式選擇引腳，控制芯片工作在多通道模式下還是單通道模式下。多通道模式下兼做讀/寫命令字選擇引腳；

SRADD0～2：接收子串口地址線；

STADD0～2：發送子串口地址線；

RXD0、TXD0：母串口收/發引腳；

RXD1～5、TXD1～5：子串口1～5收/發引腳；

下面給出主機發送和接收的控制程序，以C51為例：

#include 《reg51.h》

sbit MS=P3^6; //GM8125工作模式控制

sbit RESET=P3^7; //GM8125復位引腳控制

unsigned char SendBuff［5］={0xaa，0x45，0x67，0xbc，0xc9};

unsigned char ReceiveBuff0;

。。。。。。

unsigned char Contr_data;

unsigned char ADD;

unsigned char i=0;

。。。。。。

void main（void）

{

TMOD = 0x20; //指定定時器1工作在方式2

IE = 0x90; //開串行口中斷

SCON=0xc0; //串行口工作在方式3

TH1 = 0xf8; //裝入定時器1初值，設置主機工作波特率為7200bps

TL1 = 0xf8;

PCON=0x00;

。。。。。。

RESET=0; //對GM8125進行復位操作

Delay（）; //延時子程序

RESET=1;

Delay（）;

Contr_data=0xfc; //裝入命令字初值

TR1=1; //啟動定時器1

MS=0; //GM8125工作在寫命令字模式下

P0=0x00; //置GM8125命令字地址

SBUF=Contr_data; //設置GM8125子串口波特率為19200bps，母串口波特率為115200bps

while（TI==0）;

TI=0;

Delay（）;

（可讀取命令字的內容驗證寫入結果是否正確）

TR1=0; //定時器1停止

TH1 = 0xff; //裝入定時器1初值，設置主控MCU工作波特率為115200bps

TL1 = 0xff;

PCON=0x80;

TR1=1; //啟動定時器1

/*主控MCU發送/接收程序*/

ADD=0x1f; //子通道1發送地址

P1=ADD; //選擇GM8125子通道1發送

SBUF=SendBuff［i］;

while（TI==0）;

TI=0;

i++;

（以此方式分別向5個子串口發送數據）

REN = 1;

（等待接收處理）

}

void CommReceive（void） 4

{

if（RI）

{

switch（P1&0x07） //判斷SRADD0～2的狀態確定接收數據來自哪一個子串口

{

case 0：

{ReceiveBuff0=SBUF; //讀命令字存入ReceiveBuff0

}

break;

case 1：

{ReceiveBuff1=SBUF; //子通道1接收的數據存入ReceiveBuff1

}

break;

。。。。。。

default：

break;

}

RI = 0;

}

}

該芯片的單通道模式適用于各從機不需要同時工作的系統，具體應用方法在此不做詳述，請參考國騰微電子有限公司發布的《GM812X應用手冊》。

四．結束語

利用GM8123/25進行串口擴展，有以下優點：

1、 控制簡單。該芯片利用軟件設置工作方式，最大限度地減少控制線，不需要占用太多主機的系統資源，同時又保證使用的簡便性。

2、 應用靈活。該芯片具備兩種工作模式、多種工作波特率、10位或11位數據幀長可選，用戶可根據自己的系統需求靈活選擇。

3、 通用性強。該芯片設計時充分考慮各種用戶的需求，保證了芯片的通用性，與標準串口通訊格式完全兼容，同時提供多種可選設置，適用于大多數串口通訊系統。

4、 工作波特率高。該芯片子串口在單通道模式下波特率支持20Mbps，多通道模式下支持38400bps，此波特率完全能滿足一般的串口通訊的需求。

5、 性能穩定。硬件實現串口比軟件實現串口更能保證串行通訊的穩定性，同時每bit采樣16次，保證了數據的正確性。

6、 波特率誤差小。輸出波特率誤差小于0.2%，輸入波特率誤差要求小于2.8%。

該芯片不足之處在于：不滿足超應用要求；多通道模式下，所有子串口工作波特率只能設置成統一值，不適用于各從機工作波特率不一致、又要求同時工作的系統。

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