采用Actel FPGA的多串口擴(kuò)展方案

???在當(dāng)前的多串口的擴(kuò)展應(yīng)用中，雖然市面上有部分的多串口擴(kuò)展芯片，但是其可擴(kuò)展的串口數(shù)量有限并且擴(kuò)展的個數(shù)是固定的，而且這些擴(kuò)展芯片普片存在著價格比較昂貴、芯片體積較大在電路板中占據(jù)很大的空間，功耗過高等問題。接口技術(shù)在設(shè)計中占據(jù)越來越重要的地位。多串口動態(tài)擴(kuò)展通信技術(shù)在現(xiàn)場工業(yè)控制、智能家居等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。

　　基于Actel FPGA的多串口擴(kuò)展設(shè)計采用了Actel公司高集成度，小體積，低功耗，低系統(tǒng)成本，高安全性和可靠性的小容量FPGA-A3P030進(jìn)行設(shè)計，把若干接口電路的功能集成到A3P030中，實現(xiàn)了三路以上的串口擴(kuò)展。該設(shè)計靈活性高，可根據(jù)需求靈活實現(xiàn)并行總線擴(kuò)展三路UART或者SPI擴(kuò)展三路UART，波特率可以靈活設(shè)置。

　　1. 系統(tǒng)概述

　　本系統(tǒng)實現(xiàn)的UART擴(kuò)展功能全部在具有3萬門邏輯單元的小容量低成本的A3P030上實現(xiàn)。采用A3P030的通用I/O模擬SPI接口或者并行總線接口，實現(xiàn)SPI接口或者并行總線接口到UART接口的功能轉(zhuǎn)換，同時在A3P030上實現(xiàn)UART串行收發(fā)單元的設(shè)計，最終實現(xiàn)不同接口到多路UART擴(kuò)展的功能。系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用框圖如圖 1所示。

　　基于Actel A3P030的多串口擴(kuò)展具有如下的功能及特點。

　　● 系統(tǒng)電源為1.5V的A3P030內(nèi)核電壓和3.3V的I/O電壓;

　　● 擴(kuò)展的UART具有1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，無校驗位，1位停止位;

　　● UART雙緩存鎖存接收/發(fā)送數(shù)據(jù);

　　● 波特率可以設(shè)置;

　　● 可實現(xiàn)基于SPI或者并行總線的UART擴(kuò)展;

　　● 可實現(xiàn)并行總線擴(kuò)展的中斷查詢;

　　● UART串行輸入濾波;

　　● SPI串行輸入濾波;

　　● 兼容標(biāo)準(zhǔn)的UART、SPI等通信協(xié)議。
基于Actel的A3P030的多串口擴(kuò)展設(shè)計除了具有高度的設(shè)計靈活性以外，還可以大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期，加快產(chǎn)品上市速度。該設(shè)計方案所具有以下的優(yōu)勢：設(shè)計采用Actel公司的FPGA來實現(xiàn)，具有高度的可靠性和安全性，滿足惡劣環(huán)境工作條件;完美的單芯片解決方案，Actel公司的FPGA無需配置芯片，上電即行;超低功耗，小封裝。

　　基于Actel FPGA的多串口擴(kuò)展在現(xiàn)代設(shè)計中主要有以下幾個方面的應(yīng)用：

　　● 電信網(wǎng)絡(luò)：路由器、服務(wù)器等;

　　● 現(xiàn)場工業(yè)控制系統(tǒng)，電力抄表等;

　　● 智能家居控制系統(tǒng)，POS系統(tǒng)等。

　　2. 引腳定義

　　基于Actel A3P030設(shè)計的多串口擴(kuò)展I/O分布如圖2所示，其中左側(cè)為基于SPI接口擴(kuò)展多路UART的引腳分布，右側(cè)為基于并行接口的多路UART擴(kuò)展的I/O分布。

　　基于Actel A3P030的SPI接口擴(kuò)展三路UART的I/O功能定義如表 1所示。

　　基于Actel A3P030的并行總線接口擴(kuò)展三路UART的I/O功能說明如表2所示。