面向数据通信的UART和桥接芯片解决方案

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作者：飞利浦半导体时间：2007-01-26 来源：《世界电子元器件》

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uart综述
uart即通用异步接收器和发送器（universal asynchronous receiver and transmitter），是一种用于连接两个计算系统的简单、低成本的串行接口，对高速率串行通信具有更高的可靠性，需要的线缆数目要少于并行传输，同时支持远距离的串行通信。

本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/21067.htm

图1显示了两个使用uart进行串行通信的系统。uart支持多系统间的串行通信，它的发送器功能是将并行数据发送至传送fifo暂存，而后串行发出。因此uart可减轻处理器的工作负担，将并行数据传输无缝转换为串行方式，实现对每个通道的串行通信的管理并检查串行数据通信的错误。

图2显示了数据终端设备（dte）和数据通信设备（dce）之间的典型uart数据传输。其中发送数据（txd）和接收数据（rxd）均为数据信号，其他信号（rtx、cts、dtr、dsr）则用于握手和控制，以避免数据丢失。

飞利浦uart方案

综述

飞利浦的uart系列包括工业uart系列和16c uart系列。工业uart系列包括scc26、scc68、sc26c、sc28c、sc28l。其中sc28l201/202是两款高速、低功耗的单/双uart，具有实时数据错误检测、智能中断仲裁及256字节的fifo；sc16cxxxb是先进的高速产品，电压范围更广，其波特率为5mbps，具有高速总线周期。

飞利浦的uart产品可以提供的特性包括：产品线宽广，1~8通道器件适用于不同应用；工业级温度；低功耗，适用于使用电池的系统；扩展的中断系统和自动rs485功能，降低了软件和处理器开销；硬件和软件数据流控制，可以防止数据丢失，摩托罗拉或英特尔接口可选，兼容性好，设计周期短。此外，独立的飞利浦uart还支持自动回传、用于在系统中调试的回传功能以及可用于无线点到点数据通信的irda接口。

飞利浦uart应用广泛，随处可见：基站、导航系统等电信或网络通信系统；电脑、打印机等计算系统；mp3、自动售货机等消费类产品及汽车控制箱、煤气表等工业或汽车产品中都能看到它的身影。

飞利浦uart正在不断地进行优化，以满足各种新设计的要求。目前它可以为irda、蓝牙、gprs和gps等各种不同的无线设备提供通信能力，其解决方案包括支持额外的通道、深的fifo、快速总线周期、高波特率、先进的中断系统与rs232和rs485通信。通过使用飞利浦uart，cpu可以更多地关注于其他任务。图3给出了典型的uart系统与rs485串行接口的通信示意。

下面将以单通道uart芯片sc28l201与双通道uart芯片sc28l202为例，详细阐释飞利浦uart产品的特性、优势及应用范围。

高性能单通道uart芯片sc28l201属于工业uart系列，而sc28l202则是双通道uart芯片。两种芯片都为全双工独立uart，拥有256字节的fifo供接收器和发送器。

其特性包括：

13个可编程i/o端口，3v和5v工作电压，允许5v输入

为摩托罗拉或英特尔总线接口设计的引脚选择

波特率最高可达3.125mbps，自动的rts/cts和xon/xoff数据流控制

掉电模式（< 10 a）与xon/xoff字符识别

16位可编程计数器/计时器

智能中断仲裁系统（i2a）

专为rs485应用提供的自动唤醒（9位）模式

线路中断检测和状态变化检测

接收器超时模式和接收器的看门狗定时器

实时传输错误校验

中断请求和确认引脚

工业级的温度范围和48针tssop封装

sc28l201/202的优势在于：

1）通过智能中断仲裁（i2a）特性可将与中断服务相关的cpu开销降至最低，从而提高了系统性能，使得处理器得到解放。其中，智能中断仲裁（i2a）是一种用于判断中断请求是否应当发往主机的过程，它的作用是仲裁多个中断请求，识别最高优先级的中断请求并将中断向量内容报告给主机。其优势在于能将cpu中断开销降至最低，使得处理器有更多的时间来处理其他功能，同时提供了通道数、中断源、以及fifo充满程度。

2）实时数据错误校验特性，用于实时验证正确的数据是否抵达目的地，确保了数据的高度完整性。减轻处理器在按字节检验方面的负担，减少为处理器检验而发回数据块带来的延时。如图4所示。

图中蓝线显示的是数据在进行存储和发送，而后它与半位时间延迟接收到的数据相对比。红线显示的是远端uart传输的接收数据。其中，任何一个错误都将产生一个中断。

3）支持处理器在每个中断发送一个大的数据包，可在接收器fifo时提供短信息告警，以确保数据的吞吐量，更可以预防数据丢失和避免数据的重新传输。

上述两器件的应用范围，包括：电信/网络（如：路由器、服务器、voip系统）、消费类电子设备和安全设备、工业控制设备和医疗设备、便携设备（如：移动电话、pda、gprs、游戏机）、多路工业远程终端（如：显示器、传感器、仪表）、pos系统（如：售货机屏幕、银行终端、加油站）及远程访问路由器（如：控制台、终端、诊断机、调制解调器）等。

桥接芯片

桥接芯片是管理不同总线接口之间通信的新一代接口解决方案，目的在于克服主机接口到外设之间的限制，它的优点包括使设计更加灵活、可保持原有的产品设计方案、缩短产品进入市场的时间并能将原有系统和新系统连接起来。

飞利浦的桥接芯片产品包括：sc16is7xx、sc18is60x和sc18im70x。这些产品在设计时都考虑了低功耗、低电压、高数据吞吐量、高数据完整性等特性。其中，sc16is7xx是以spi或i2c为主连接到uart的产品，它拥有最小限度主机连接、支持rs485、包含irda支持无线连接；

sc18is60x是以spi为主连接到i2c总线的控制器，全双工高速spi主接口带快速i2c设备接口，可编程gpio且可用tssop封装；而sc18im70x是以uart为主连接到i2c总线的控制器，支持rs232带快速i2c设备接口。

spi总线和i2c总线

spi总线是4线路全双工同步串行数据连接，连接到spi总线的设备分为主设备及从设备，主设备发起数据传输，通过芯片选择（cs）针控制从设备，互连的设备间共享同一个vcc和gnd。spi总线适用于手持和其他移动平台系统为代表的数据流传输应用。

i2c总线是飞利浦在80年底开发的内部集成电路总线。它使用两线路（scl为串行时钟，sda为串行数据）进行简单的主－从通信，具有支持多主设备的总线带仲裁功能，其中的每个ic设备都通过其自身地址进行识别，它对于字节传输的数量没有严格限制，具体的开始条件为--当scl处于“高电平”（high）状态时， sda线路上有从高（high）到低（low）的电平跳变。

spi和i2c总线的区别在于：spi更快，最高可达15mbps，采用全双工的工作方式，无需“等待确认”，但需要更多连线，扩展也要求有额外的芯片选择引脚；而i2c线路更少，更容易连接设备，成本更低，但属于半双工，速率更低（400khz），在设备地址识别和等待确认方面的时间开销更大。

sc16is7xx

下面将以sc16is7xx为例，阐桥接解决方案的特性、优势及应用范围。sc16is7xx是i2c或spi主接口连接到uart（rs232/rs485）/irda/gpio设备的桥接解决方案。

sc16is7xx的主要特性包括：

全双工uart、可选i2c或spi主总线接口；

连接到vdd的i2c/spi针适用于i2c总线接口，连接到gnd的适用于spi总线接口；

2.5v或3.3v操作，允许5v输入；

低功耗：睡眠模式< 30 a，操作 < 6ma；

uart波特率最高5mbps；

64字节fifo；

独立的使能/取消发送器和接收器；

自动硬件和软件数据流控制；