WK2124芯片：SPI通信转4路UART通信的电路方案

单片机的UART通信接口数量不够，如何解决？

工程师在开发电子项目，如果项目方案使用的传感器数量比较多，比如CO2传感器、燃气传感器，气压传感器，雨水传感器等等，这些传感器的接口都是UART串口，单片机要想获得这些传感器采集的信号，只需要用UART通信接口和传感器保持通信就可以了。

问题是，如果单片机选用的型号是STM8S003F3P6，它只有1个UART通信，那怎么办呢？

显然1个UART通信接口的单片机，是不能同时和4个传感器保持通信的。

WK2124芯片

单片机的UART通信数量不够，那只能从外围电路进行扩展了。WK2124芯片，它是一个可以将SPI通信转成UART通信的接口芯片，并且能同时转换成4路UART通信。

WK2124芯片----成都为开

在这个电路中，芯片的左边是一个标准的SPI通信接口，有SCS片选信号，SCLK时钟信号，SDIN数据输入信号和SDOUT数据输出信号。

芯片的右边呢？

芯片的右边是一个支持4路标准的UART通信接口，有4路RX接收引脚，4路TX发送引脚。

在软件程序开发方面，单片机只需要通过1路SPI通信接口，就能扩展出4路UART通信功能，这样是不是就解决了UART通信口数量不够的问题了。

应用电路

可能有工程师会有一些想问的问题，WK2124芯片虽然能实现扩展UART通信接口数量，但它能像单片机自身的UART通信功能一样吗？

查看芯片的数据手册后，芯片哥的回答是肯定的，是YES的。

芯片的4路UART通信接口，都是互相独立的，它们的波特率，中断功能，收发寄存器，使能位，校验位，数据长度，这些参数也都是可以分别进行设置的。

SPI通信转4路UART通信

换句话说，在写软件代码的时候，通过配置WK2124芯片内部的相应寄存器，就能控制它的UART通信，相当于控制单片机内部的UART通信一样，本质上是没有区别的。

从这个角度而言，使用WK2124芯片，就等同于单片机借用了1路SPI通信换取到了4路UART通信。

因为UART通信接口有4个，而SPI通信接口只有1个，为了更好地兼容一对多的功能，芯片内部在收发寄存器FIFO上，支持到了256 Byte能力，起到一个缓存的功能。

功能参数

芯片的IRQ是UART通信的中断输出引脚，单片机如果读到IRQ引脚被拉低了，就代表UART通信输出了一个中断功能。

至于说，这个中断功能到底是4个当中的哪个UART通信，就需要通过SPI通信去读取芯片内部的寄存器了，在软件开发上，需要工程师注意的地方。

外围电路的晶振，就是相当于单片机的晶振功能一样，也是可以通过它的频率来设置UART通信波特率的。

这里面，芯片哥是选用了标准的11.0592MHz，波特率设置为9600。

芯片的电源电压，在2.5V ~5.5V之间即可，可以支持高达2Mbps的通信速率，待机电流460uA左右。

归纳起来，单片机如果UART串口数量不够，可以借助类似WK2124芯片，通过外围电路进行扩展，可以扩展成4路UART通信接口，并且这4路UART，都是互相独立的，能自由地在软件开发方面进行不同的设置。

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一文了解UART总线工作原理、优缺点和应用

还记得当年的打印机，鼠标和调制解调器吗？他们都有巨大笨重的连接器和粗电缆，并且必须拧到你的电脑上。这些设备正是使用UART协议与计算机进行通信。虽然USB几乎完全取代了旧的电缆和连接器，但UART绝对没有过时。您会发现目前许多项目中使用UART的GPS模块、蓝牙模块和RFID读卡器模块等连接到Raspberry Pi，Arduino或其他微控制器上。

通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART。它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，UART通常被集成于其他通讯接口的连结上。

它不是像SPI和I2C这样的通信协议，而是微控制器中独立的物理电路或独立的IC。

UART最好的一点是它只使用两根线就可以在设备之间传输数据，UART背后的原理很容易理解。

UART通信简介

在UART通信中，两个UART直接相互通信。发送UART将来自CPU等控制设备的并行数据转换为串行形式，并将其串行发送到接收UART，接收UART然后将串行数据转换回接收设备的并行数据。在两个UART之间传输数据只需要两根线。数据从发送UART的Tx引脚流向接收UART的Rx引脚：

UART以异步方式发送数据，这意味着没有时钟信号将发送UART的位输出与接收UART的位采样同步。发送UART不是时钟信号，而是将开始和停止位添加到正在传输的数据包中。这些位定义数据包的开始和结束，因此接收UART知道何时开始读取位。

当接收UART检测到起始位时，它开始以称为波特率的特定频率读取输入位。波特率是数据传输速度的度量，以每秒位数（bps）表示。两个UART必须以大致相同的波特率运行。发送和接收UART之间的波特率只能相差10％左右。

两个UART还必须配置为发送和接收相同的数据包结构。

UART如何工作

UART传输数据依靠的是UART总线，数据总线用于通过CPU，存储器或微控制器等其他设备将数据发送到UART。数据以并行形式从数据总线传输到发送UART。在发送UART从数据总线获得并行数据之后，它将添加起始位，奇偶校验位和停止位，从而创建数据包。接下来，数据包在Tx引脚上逐位串行输出。UART接收端则在其Rx引脚上逐位读取数据包。然后，接收UART将数据转换回并行形式，并删除起始位，奇偶校验位和停止位。最后，接收UART将数据包并行传输到接收端的数据总线：

UART传输的数据被组织成数据包。每个数据包包含1个起始位，5到9个数据位（取决于UART），可选的奇偶校验位以及1或2个停止位：

开始位

当UART数据传输线不传输数据时，它通常保持在高电压电平。为了开始数据传输，发送UART将传输线从高电平拉至低电平一个时钟周期。当接收UART检测到高电压到低电压转换时，它开始以波特率的频率读取数据帧中的位。

数据框

数据框包含要传输的实际数据。如果使用奇偶校验位，则它可以是5位到8位长。如果不使用奇偶校验位，则数据帧可以是9位长。在大多数情况下，数据首先以最低有效位发送。

奇偶校验位

奇偶校验描述数字的均匀性或奇数。奇偶校验位是接收UART在传输过程中判断是否有任何数据发生变化的一种方法。电磁辐射、不匹配的波特率或长距离传输时，数据都有可能发生变化。接收UART读取数据帧后，它会计算值为1的位数，并检查总数是偶数还是奇数。如果奇偶校验位为0（偶校验），则数据帧中的1位应总计为偶数。如果奇偶校验位是1（奇校验），则数据帧中的1位应总计为奇数。当奇偶校验位与数据匹配时，UART知道传输没有错误。但如果奇偶校验位为0，然而1位应总计为奇数;或者奇偶校验位是1，并且1位应总计是偶数，则数据帧中的位已经改变。

停止位

为了通知传输数据包的结束，UART发送端会将数据传输线从低电压驱动至高电压至少两位持续时间。

UART传输步骤

1.发送UART从数据总线并行接收数据：

2.发送UART将起始位，奇偶校验位和停止位添加到数据帧：

3.整个数据包从发送UART串行发送到接收UART。接收UART以预先配置的波特率对数据线进行采样：

4.接收UART丢弃数据帧中的起始位，奇偶校验位和停止位：

5.接收UART将串行数据转换回并行并将其传输到接收端的数据总线：

UART的优点和缺点

没有任何一种通信协议是完美的，以下是一些优点和缺点，可帮助您确定它们是否符合您项目的需求：

优点

只使用两根电线

不需要时钟信号

有一个奇偶校验位

只要双方设置后，就可以改变数据包的结构

有完整的文档并且具有广泛的使用

缺点

数据帧的大小限制为最多9位

不支持多个从属或多个主系统

每个UART的波特率必须在10％之内

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