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成都国腾微电子有限公司　　　　　　　　

ＧＭ８１２５　

扩5的通用异步串口扩展芯片　

数据手册　　２００４．２　

1成都国腾微电子有限公司 GM8125 ＧＭ８１２５　

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概述

GM8125可以将一个全双工的标准串口扩展成5个标准串口，并能通过外部引脚控制串口扩展模式：单通道工作模式和多通道工作模式，即可以指定一个子串口和母串口以相同的波特率单一的工作，也可以让所有子串口在母串口波特率基础上分频同时工作。

该模式使每个从机的发送要求都能被及时地响应，即使所有从机同时有发送要求，数据也不会丢失，基本实现了主控单元和外设通讯的实时性。

该芯片母串口和子串口的工作波特率可由软件调节，而不需要修改外部电路和晶振频率。 该芯片的外部控制少，应用灵活，编程使用简单，适用于大多数有串口扩展需求的系统。

2 特征

——采用写控制字的方式对芯片进行控制 ——各子串口波特率可调（统一调节） ——数据格式10位或11位可选

——各子串口最高波特率38400bps（外接晶振为24MHz时） ——子串口数：5个

——由一个引脚选择芯片的工作方式是单通道工作模式还是多通道工作模式

——在单通道工作模式下，芯片工作无需初始化设置，工作串口由地址线控制选择 ——在多通道工作模式下，各子串口的波特率等于母串口波特率的6分频 ——在多通道工作模式下，接收时地址线SRADD2~0向MCU返回接收子通道的地址，MCU

接收到母串口送来的数据后就可根据SRADD2~0状态判断数据是从哪一个子串口送来的；发送时先由MCU选择子串口再向母串口发送数据 ——与标准串口通讯格式兼容 ——宽工作电压：2.3~6.7V

——输出波特率误差小于0.2%，输入波特率误差要求小于2.8%

——输入地址引脚有50～80KΩ Pull-Down电阻，其它输入引脚有50～80KΩ Pull-Up电

阻（OSCI除外）

3 封装及引脚功能说明

GM8125采用DIP-28和SOP-28封装，引脚排布见图1所示：

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ＧＮＤ１ＯＳＣＩ２ＯＳＣＯ３ＴＸＤ１４ＲＸＤ１５ＴＸＤ３６ＲＸＤ３７ＴＸＤ４８ＲＸＤ４９ＶＤＤ１０ＴＸＤ２１１ＲＸＤ２１２ＴＸＤ５１３ＧＮＤ１４２８ＶＤＤ２７ＭＳ２６ＳＴＡＤＤ０２５ＳＴＡＤＤ１２４ＳＴＡＤＤ２２３ＳＲＡＤＤ０

ＧＭ８１２５２２ＳＲＡＤＤ１２１ＳＲＡＤＤ２２０ＶＤＤ１９ＲＸＤ５１８ＲＳＴ１７ＲＸＤ０１６ＴＸＤ０１５ＮＣ

图1 GM8125引脚排布图

该芯片的各引脚功能描述见表1：

表1 芯片引脚功能说明

引脚名 OSCO OSCI TXD1 RXD1 TXD2 RXD2 TXD3 RXD3 TXD4 RXD4 TXD5 GND RXD5 TXD0 RXD0 RST SRADD2 SRADD1 SRADD0 STADD2

方向 Out In Out In Out In Out In Out In Out In Out In In In/Out In/Out In/Out In

说明 振荡器输出； 振荡器输入；

子通道1的发送端口； 子通道1的接收端口； 子通道2的发送端口； 子通道2的接收端口； 子通道3的发送端口； 子通道3的接收端口； 子通道4的发送端口； 子通道4的接收端口； 子通道5的发送端口； 电源地；

子通道5的接收端口； 母通道的发送端口； 母通道的接收端口； 系统复位

接收子通道地址2； 接收子通道地址1； 接收子通道地址0； 发送子通道地址2；

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STADD1 STADD0 MS VDD

In In In

发送子通道地址1； 发送子通道地址0；

模式选择，MS＝1，单通道工作模式；MS＝0，多通道工作模式； 地址线为全‘0’时，MS为命令字读写控制引脚，MS=1，读命令字，MS=0，写命令字； 电源电压；

4 芯片功能详细描述

4.1 单通道工作模式

当模式控制引脚MS = 1时，芯片工作在单通道工作模式下，单通道模式在一个时刻只允许一组RXD和TXD与母串口进行通讯。芯片的地址线用于选择希望和母串口相连接的子串口，外部MCU通过三根输入地址线和三根输出地址线选择指定和母串口连接的子串口。输入/输出地址线可以不相同，则连接到母串口上的RXD和TXD可以属于不同的子串口。

注意：通讯时不能将STADD置为‘000’。 单通道工作模式各地址线定义如表2：

表2 单通道工作模式下地址线定义

STADD2 STADD1 STADD0 SRADD2 SRADD1 SRADD0 001～101 0 0 1

0 0

1 1

0 0 0 1 1

其时序如图2和3所示：

0 1 1 0 0

1 0 1 0 1

1 1 0 0 001～101

0 1 0 1

定义

选择子串口1的RXD 选择子串口2的RXD 选择子串口3的RXD 选择子串口4的RXD 选择子串口5的RXD 选择子串口1的TXD 选择子串口2的TXD 选择子串口3的TXD 选择子串口4的TXD 选择子串口5的TXD

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图 2 帧长为10bits时的时序图

图 3 帧长为11bits时的时序图

注：Tta：地址(SRADD/STADD)有效到输入数据有效的最小时间 Ttb：MS有效到输入数据有效的最小时间

Ttd：数据从一口接收到另一口发送的最大延迟时间

4.2 多通道工作模式

当模式控制引脚MS = 0时，芯片工作在多通道工作模式下，多通道模式允许5个子串口同时全双工地工作。在该工作模式下，芯片的地址线STADD2~0是输入口，由MCU控制选择希望发送数据的子串口，地址线SRADD2~0是输出口，用于向MCU返回接收到数据的子串口地址。注意：通讯时不能将STADD置为‘000’。

各地址线定义如表3和表4所示：

表3 多通道工作模式下子串口发送地址线定义

定义 STADD2 STADD1 STADD0

选择子串口1发送 0 0 1

0

1

0

选择子串口2发送

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0 1 1

表4 多通道工作模式下子串口接收地址线状态

说明 SRADD2 SRADD1 SRADD0

当前接收到的数据是由子串口1接收的 0 0 1

0

0 1 1

1 1 0 0

0 1 0 1

当前接收到的数据是由子串口2接收的 当前接收到的数据是由子串口3接收的 当前接收到的数据是由子串口4接收的 当前接收到的数据是由子串口5接收的

1 0 0

1 0 1

选择子串口3发送 选择子串口4发送 选择子串口5发送

说明：多通道工作模式下，在进行数据通讯前要对芯片进行工作方式设置，对帧格式和通讯波特率进行设置。（见工作方式设置）

在该模式下，各子串口波特率相同，母串口的波特率等于子串口波特率的6倍。比如设置了子串口和外围设备的通讯波特率为1200bps，则母串口波特率为1200×6=7200bps。

4.2.1 母口接收子口发送流程详述

MCU先向地址STADD2~0置入希望选择发送数据的子串口地址，再通过MCU的TXD口向母串口发送希望传输的数据。母口接收子口发送时序图如图4所示。

注意：由于母口波特率是子口波特率的6倍，母口发送6帧的时间子口才能发送一帧，所以若只需要对一个子口进行连续发送，则必须对母口发送进行延时操作，延时可采用延时程序实现，也可通过对母串口发送无效数据来实现，具体方法为将地址线STADD置为全0，然后对母串口写0x00。例如只需要对子串口2连续写两帧数据，则先向子串口2发送一帧数据，然后将地址线置为0，MCU发送5个0x00，然后再向子串口2发送第二帧数据，若不进行延时操作或发送延时数据不为0x00将导致不可预料的结果。只向一个子串口连续发数据的时序如图5所示。

图 4 母口（RXD0）接收时序图

注：Tad：地址有效到母口接收数据的起始位的最小时间

Tar：地址的最少保持时间

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图5 只向一个子串口连续发数据时序图

4.2.2 子口接收母口发送流程详述

任意子串口接收到一帧数据则向MCU发送，同时将SRADD2~0置成该子串口地址，MCU接收到这帧数据后，可通过对SRADD2~0的检测判断该数据来自哪一个子串口，从而对这帧数据进行相应处理。芯片内部采用对各子串口顺序检测的方式，即先检测子串口1，再检测子串口2，直到子串口5，先检测的子串口有数据则先发送，无数据就检测下一子串口。

子口接收母口发送时序图如图 6所示：

图 6 子口接收母口发送时序图

注：Tda：一帧数据发送结束，对应子口地址保持最小时间

4.3 外部复位功能

外部MCU可以通过向RST引脚产生一个低电平使该芯片复位，复位信号会保持200ms的延时，复位后芯片内部所有BUFFER和寄存器内的数据都将被清零。复位后芯片的默认状态参见表5；

表5 复位后芯片的默认状态 参数名 默认状态

000（1200bps） BR2~0 FL

1（11bit一帧）

注：该芯片不具备上电复位功能，用户在使用前必须通过复位引脚对芯片进行复位。

4.4 芯片的工作方式设置

芯片的工作方式设置包括串口帧格式设置和通讯波特率设置。芯片进行工作方式设置时， MS为‘0’、STADD2~0为‘000’时写命令字，MS为‘1’、SRADD2~0和STADD2~0全为0时读命令字。此时芯片的帧格式和母串口工作波特率与上一次进行数据通讯时一致，比如上一次通讯采用10bit一帧的格式，母串口波特率为14400bps，则写/读命令字也采用同样的帧格式

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和波特率（注意：复位后的帧格式为11bit，母串口波特率为7200bps）。完成命令字的设置之后，必须将STADD2~0置为非全0的值后，设置才生效，此时才能按设置的格式进行数据通讯。

在单通道工作模式下，无需进行命令字设置，并且已设置的命令字不起作用，母口与对应的子通道可直接进行数据通讯，母口与对应的子通道的波特率、帧长都一样，即在MS=1时，芯片的母口与对应的子通道直通。所以，用户若需要从多通道模式下转入单通道模式下工作，则必须等待ＧＭ８１２５的通讯完成之后才能将MS置1。

进行工作方式设置时可将RXD0的数据通过TXD0返回给MCU，以保证初始化可靠，即进行读命令字操作。注意：读命令字时地址线SRADD不能向MCU返回数据地址，用户要注意和多通道模式中的数据传输方式相区别。

具体设置方法为：将地址线STADD2~0全置为‘0’，外部MCU通过母串口写入控制命令对芯片进行设置。设置流程参见图7：

置地址线ＳＴＡＤＤ２～０为‘０００’ＭＳ置０对母串口写命令字进行功能设置 图7 功能设置流程图

说明：1、先将地址线STADD2~0置为‘000’ 2、将MS置0，选择写入命令字。

3、对母串口写命令字，该命令字的值为功能寄存器相应位的设置值，但高4位必须

全为‘1’，以便和无效数据相区别。功能寄存器的结构如图8所示：

ＭＳＢＬＳＢ＊＊＊＊ＦＬＢＲ２ＢＲ１ＢＲ０ 图8 功能寄存器结构

图 9 写、读命令时序 注：Tac：地址有效到发送命令字的最大时间

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Tmc：MS有效到开始传输命令字的最小时间

帧长的设置：将地址线STADD2~0全置为‘0’，外部MCU可以通过母串口写入特定的控制命令对各串口进行帧长选择。帧长选择是将芯片所有串口设置成标准的10位一帧或11位一帧的数据帧格式。

设置流程参见图7，功能寄存器结构参见图8，其中FL是用来设置帧长的位，为‘0’表示10bit，‘1’表示11bit。

波特率的设置：在两种工作模式下，将地址线STADD2~0全置为‘0’，外部MCU可以通过母串口写入特定的控制命令对串口工作波特率进行设置。设置流程参见图7，功能寄存器结构参见图8，其中BR2~0是用来设置波特率的位。

波特率设置命令字如下所述：

在多通道工作模式下，各子串口工作波特率相同，子串口波特率是设置的值，母串口波特率是同时工作子串口数加1和子串口波特率的乘积。比如，子串口的波特率被设置成1200bps，则母串口的波特率为7200bps。对应关系参见表6.。

表6 多通道工作模式下波特率设置参照表（12MHz晶振）

BR2~0 波特率

000 子串口：1200bps 母串口：

001 010 011 100 子串口：子串口：子串口：子串口：2400bps 4800bps 9600bps 19200bps 母串口：母串口：母串口：母串口：

7200bps 14400bps 28800bps 57600bps 115200bps

表6中列出的功能寄存器设置值与波特率的对应关系是在12MHz晶振条件下的值，晶振频率最高支持24MHz，其他晶振条件下功能寄存器设置值与波特率的对应关系参考波特率计算公式，波特率计算公式为：

子串口波特率=1200*2*f/12，其中x等于功能寄存器中BR2~0的值。

x

5 参数指标

5.1 芯片极限值

电源电压 －０．５　～　7Ｖ 输入电压 －０．５　～　ＶＣＣ　＋　０．５Ｖ　输出电压　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　－０．５　～　ＶＣＣ　＋　０．５Ｖ　贮存温度ＴＳＴＧ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　－６５　～　＋１５０℃　工作温度ＴＡ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　－５０　～　＋１２０℃　最大功耗　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８００ｍＷ

5.2 推荐工作条件

符　　号　ＶＣＣ　

ＶＩ　ＶＯ　

表7 推荐工作条件

参　　　　　　　　　数　最　　小　最　　大　

电源电压　２．３　６．７　

输入电压　输出电压　

０　０　

ＶＣＣ　ＶＣＣ　

单　　位　Ｖ　Ｖ　Ｖ　

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ＴＡ　

工作温度　

－４０　

＋８５　

℃　

5.3 静态特性

参数符号 输入低电平 输入高电平 输入漏电流 输出低电平 输出高电平 工作电流 I/O口驱动电流

表8 静态特性参数

最小值 典型值 最大值 单位

2.0 4.5

10 10

0.8 ±0.1 0.6 12

V V uA V V mA mA

VCC=5V

ｆ＝１２ＭＨｚ －４０　～＋８５℃　

测试条件

5.4 动态特性

参数符号 晶振频率f

Tta Ttb Ttd Tad Tar Tda Tac Tmc

最小值

30 50 0

表9 动态特性参数 典型值 最大值 单位 12

24 30 2τ

MHz ns ns

测试条件

ns ns ns ｎｓ　ｎｓ　ｎｓ　

VCC=5V －４０　～＋８５℃

τ/8 4τ

50

注：τ=1/芯片工作波特率

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