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。

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1 UART工作示意（略）

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。

图2 UART数据传输示意(略)

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。

图3 UART系统与RS485串行接口的通信示意（略）

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4 实时数据错误校验特性示意(略)

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；

自动RS485支持，RS485自动检测；

硬件和软件复位，POR（上电复位，Power-On Reset）；

IrDA SIR速率最高1.152Mbps，I2C速率最高400Kbps，SPI速率最高15Mbps；

8个可编程GPIO；

时钟频率在2.5V时最高为48MHz，3.3V时最高为80MHz；

工业级温度，可用HVQFN、TSSOP封装。

SC16IS7xx的优点包括：可以大大减少到主机的连线；兼容工业标准UART；支持I2C或SPI总线主机接口；自动UART数据流控制，可预防数据丢失；8个可编程I/O针，用于调制解调器控制、键盘和LED灯；可降低连接多个设备的成本及系统中的硬件和软件资源开销。

SC16IS7xx的应用领域包括：同步到异步的接口；SPI / I2C到RS232或RS485的通信；

IrDA无线通信；需要更多UART信道或要求更高性能UART的SPI / I2C系统。典型应用范例包括：移动电话、网络诊断终端；工业面板接口；移动访问服务器；蓝牙和GPRS接口；

无线IrDA数据端口及游戏机等。

中电网在线座谈网址：

http://seminar.chinaecnet.com/051208/jchf.asp

问答选编

问：桥接器是否可以桥接UART和USB总线？

答：桥接器不能桥接USB总线。

问：有没有UART到USB的器件，型号是什么？

答：目前我们还没有。

问：使用桥接芯片设计总线连接时，可以随意扩展的设 备，需要注意哪些问题呢？

答：首先是根据系统中MCU的接口资源来选择外扩方 案，同时考虑软件开发的因素。另外，选择I2C扩 展时，总线上所有器件的容限不能超过400pF 。

问：能支持的最大FIFO深度是多少？

答：128 bytes 。

问：UART和桥接通信的保密性能如何？

答：UART是标准协议，任何人都可以读它。

问：有在I2C和UART之间进行转换的IC吗？

答：有，型号是SC16IS75x 。

问：UART可以集成在SoC芯片中，为什么要采用单独 的UART，这样不是增加了成本和电路板面积吗？

答：1.有些应用需要的串口较多，现有的MCU无法提 供。2.外扩的UART是将是一个更加灵活的方案， 客户不用因为外围串口的变化而改变MCU。3.外 扩的UART提供增强的功能，使工程师开发起来更 方便，系统性能更好（如软件流控制、本地回环测 试、485地址自动识别等），所以单独的UART有着 其广泛的应用。

问：要实现高速UART，PCB布局要注意哪些因素？

答：将Rx和Tx尽量靠近，并且需要5V电压运行UART 器件。

问：UART是否带有线路驱动器?如没有，对线路驱动器 有什么要政治要求?

答：不带线路驱动器。对线路驱动器没有特殊的要求。 如果客户采用较高的速率，则要选择支持高速率的 线路驱动器。

问：UART中出现的误码和哪些因素有关？与电源和传 输速率有关吗？

答：与下列因素有关：（1）双方的传输速率和格式要一 致；（2）晶体的精确度（影响波特率）（3）电源干扰 和传输介质导入的干扰。所以跟电源和传输速率 都有一定的关系。

问：如何对UART0的波特率进行设置？

答：通过软件设定。

问：对UART的编程使用什么方法？

答：UART的编程很简单，有许多现有的资源可以利用， 我们也可以提供相关的代码。这也是为什么UART 为什么持续发展了这么多年的原因，因为开发容 易，技术成熟稳定。

问：使用两通道或多通道UART时，如何保证通道间的 绝缘或隔离？一般要达到多少dB?

答：基本上这些通道都是独立的，它在传输时不会影响 到其他通道。

问：UART和RS232有何不同？是否能直接连接？

答：其实UART和RS232是同一个Protocol，可以直接连 接，但RS232的控制器通常会有一个接收芯片来做 搭配。

问：UART的Tx的 TTL电平最多可以传多远？Rx呢?

答：一般在600mm以内可以保证准确，最远的传输距 离跟传输速率及传输环境有关。对于长距离传输， 一般是用RS23或RS485来传输。

问：器件的功率消耗多大？

答：一般情况都低于0.5W。

问：用UART0能发送16位的数据吗？如何进行？

答：UART一次能送出8位的数据，要发送16位的数据 就需要发送两次。UART还做不到一次发送16位 的数据。

问：是否可以将某台设备的I2C总线通过桥转为RS232 或RS485连接到其他设备，再转换成I2C总线实现 多设备间的统一总线控制？

答：不要这么复杂，用Philips的I2C 开关即可。