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UART與藍牙的接口連接 飛利浦半導(dǎo)體公司UART方案部 藍牙無線技術(shù)正在成為通信舞臺上的一個流行標準。在無線技術(shù)當中，它是發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。它方便，易於使用，而且擁有能滿足當今大多數(shù)移動和私人通信所需的帶寬。 第389期 內(nèi)容配備藍牙技術(shù)的裝置能支持無線點到點連接，以及無線接入局域網(wǎng)、移動電話網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)和家庭網(wǎng)絡(luò)的無線訪問。藍牙技術(shù)處理通信信道的無線部分，以無線方式在裝置之間傳輸和接收數(shù)據(jù)。它傳送收到的數(shù)據(jù)，并通過一個主機控制器接口(HCI)接收要發(fā)送到主機系統(tǒng)及來自主機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。目前最流行的主機控制器接口是UART(通用異步收發(fā)器)，或者USB(通用串行總線)鏈路。(參見圖1) 圖1. 無縫藍牙無線技術(shù)接口 雖然主機控制器接口可以是UART或USB，但UART更為簡單的傳輸協(xié)議使到軟件開銷大大降低，是更加經(jīng)濟的硬件解決方案，一個高性能的UART(例如飛利浦UART)接口上的數(shù)據(jù)吞吐量幾乎可以與USB接口相媲美。 根據(jù)2004年4月出版的In-Stat/MDR報告1，除了移動電話之後，藍牙技術(shù)的應(yīng)用將包括無繩電話、接入點、臺式電腦、筆記本電腦、內(nèi)存卡、打印機、數(shù)碼攝像機和照像機、各種各樣的家用電器(游戲、揚聲器、機頂盒和MP3播放器)、汽車和工業(yè)領(lǐng)域。 據(jù)估計，在設(shè)計用於上述應(yīng)用的藍牙芯片中，有很大比例都在主機控制器中包含了一個UART。針對這一特點，本文將重點講解飛利浦公司獨立的UART能給設(shè)計帶來的好處。 一、UART 通用異步接發(fā)器(UART)是用於同串行輸入和串行輸出的裝置進行通信的。串行傳輸以速度為代價，換取了成本的降低和連線復(fù)雜程度的降低，對於許多應(yīng)用而言，這是一個令人滿意的權(quán)衡。 UART提供串行異步接收數(shù)據(jù)的同步化，發(fā)送器和接收器兩個部分的并行到串行和串行到并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。對於需要將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)的數(shù)字系統(tǒng)，這些功能是必不可少的。串行數(shù)據(jù)流的同步化是通過給發(fā)送數(shù)據(jù)增加起始位和停止位、以形成一個數(shù)據(jù)字符而實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)完整性是通過在數(shù)據(jù)字符中附加一個奇偶位來實現(xiàn)的，由接收器來檢驗此奇偶位以檢驗有無任何傳輸位錯誤。 對於主機系統(tǒng)，UART就像一個能讀取和寫入的8位輸入和輸出端口。任何時候，當主機要發(fā)送數(shù)據(jù)，它只需以字節(jié)格式把這些數(shù)據(jù)發(fā)送到UART(8個位寬)。當UART從另一個串行裝置接收數(shù)據(jù)時，它把這些數(shù)據(jù)臨時緩存在它的FIFO中(同樣是8個位寬)，然後通過一個內(nèi)部寄存器位或通過一個硬件中斷信號向主機指示這些數(shù)據(jù)的可用性。 除了發(fā)送器和接收器以外，飛利浦半UART還具有其它特點，這些特點顯著地降低了軟件開銷，并增加系統(tǒng)的效率，這些特點如下 寬范圍的電源電壓2.5V、3.3V、5.0V； 硬件和軟件自動流程控制； 大容量的FIFO(高達256字節(jié))； 快速波特率(最大5Mb/s)； 工業(yè)溫度范圍-40到+85； 快速總線訪問時間(43納秒)； 休眠模式，在此模式下器件的電流消耗量減小到大約50A； 小封裝(HVQFN32)。 硬件和軟件自動流程控制自動防止了FIFO的溢出，如果沒有自動流程控制，當接收FIFO快要充滿時，主機軟件必須立即清空接收FIFO。 圖2. SC16C650B UART內(nèi)部方框圖 大容量的FIFO減小了主機在UART上的時間開銷。這使得處理器有更多的時間來執(zhí)行其它任務(wù)。更快的波特率和更快的總線訪問改善了整個系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)可以在更少的時間內(nèi)發(fā)送/接收更多的數(shù)據(jù)。圖2顯示了SC16C650B UART的一個內(nèi)部方框圖。 (1)數(shù)據(jù)總線和控制邏輯塊 主機控制器通過這個模塊在UART之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這個模塊內(nèi)部的控制邏輯塊生成用於內(nèi)部互連總線的多種控制信號。 (2)寄存器選擇邏輯 寄存器選擇邏輯塊解碼來自主機的地址，以選擇主機要訪問的UART的內(nèi)部寄存器。 (3)內(nèi)部寄存器 主機和UART通過一組寄存器進行通信，這些功能寄存器有數(shù)據(jù)保持寄存器(THR /RHR)，中斷狀態(tài)和控制寄存器(IER/ISR)，F(xiàn)IFO控制寄存器(FCR)，線路狀態(tài)和控制寄存器(LCR/LSR)，調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)和控制寄存器(MCR/MSR)，可編程數(shù)據(jù)速率(時鐘)控制寄存器(DLL/DLH)，和一個用戶可以訪問的便箋式寄存器(SPR)。 A. 發(fā)送保持寄存器(THR)和接收保持寄存器(RHR)這些寄存器被用來存儲正在發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)。主機將數(shù)據(jù)寫到THR上以發(fā)送數(shù)據(jù)，讀取RHR以接收UART數(shù)據(jù)。 B. 中斷使能寄存器(IER)IER寄存器用於使能/禁用UART支持的各種不同的中斷，其中的一些中斷如接收數(shù)據(jù)就緒，發(fā)送騰空，線路狀態(tài)寄存器和Modem狀態(tài)寄存器。 C. FIFO 控制寄存器(FCR)FCR用於使能FIFO，清空FIFO，設(shè)置發(fā)送器和接收器觸發(fā)門限。 D. 線路控制寄存器(LCR)LCR用於設(shè)定數(shù)據(jù)通信格式，通過寫入LCR中相應(yīng)的位來選擇字長、停止位的數(shù)量、奇偶類型。線路狀態(tài)寄存器(LSR)提供了UART和遠程UART之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的狀態(tài)，此寄存器將報告幀錯誤、奇偶校驗錯誤、溢出錯誤和其它FIFO狀態(tài)。 E. 調(diào)制解調(diào)器控制寄存器(MCR)MCR控制與調(diào)制解調(diào)器的接口、數(shù)據(jù)組、或模擬調(diào)制解調(diào)器的外圍裝置。調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)寄存器(MSR)提供來自調(diào)制解調(diào)器、數(shù)據(jù)組、或外圍設(shè)備到處理器的控制線路當前狀態(tài)的信息。 F. 除數(shù)鎖存低位(DLL)和除數(shù)鎖存高位(DLH)DLL和DLH存儲16位除數(shù)，用於波特率發(fā)生器中波特時鐘的生成。DLH儲存除數(shù)的最高效部分，DLL儲存除數(shù)的最低有效部分。 G. 便箋式寄存器(SPR)顧名思義，SPR用作一個便箋本，即一個臨時存儲位置，可以讓主機存儲一個8位數(shù)據(jù)字節(jié)。 二、UART與藍牙的連接 本應(yīng)用規(guī)格書描述了兩個藍牙無線技術(shù)產(chǎn)品與UART之間的硬件接口示例，一個例子將介紹工業(yè)標準化藍牙模塊和UART之間的接口，而另一個示例將顯示飛利浦半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的藍牙芯片設(shè)備和UART之間的接口。 (1)工業(yè)標準化藍牙模塊 本示例將描述Free2Move公司的藍牙串口插件，但是，也有一些公司生產(chǎn)和銷售類似的模塊。F2M01在非常緊密的封裝中集成了藍牙模塊，可通過大多數(shù)常用的串行端口電纜進行替換。如果使用1類藍牙，能提供一個大約100米的通信范圍。在使用插件時，不需要外部驅(qū)動器，同時提供了一個友好的應(yīng)用界面用於通信模式和波特率的編程，并通過RTS/CTS信號來使能硬件流控制。圖3顯示了該接口與一個9針串口連接器的連接。F2M01需要由一個4到5伏的外部直流電源，可以通過直流電源連接器或通過RS-232DSUB連接器的第9個引腳來引入電源。此模塊能連接到任何RS-232串口接口上，例如一個PC串口，或者連接到任何RS-232 9針DSUB連接器上。此模塊能提供高達115.2千字節(jié)/秒的數(shù)據(jù)速率。 圖3. 到系統(tǒng)串行端口的藍牙接口 圖4. 到系統(tǒng)的藍牙接口 圖5. 顯示了一個UART到主機控制器的詳細接口 (2)藍牙芯片組 飛利浦PCF87752是專門為藍牙應(yīng)用設(shè)計的高度集成的單一芯片基帶解決方案，以“藍牙數(shù)據(jù)”著稱。它提供了在完整基帶功能的藍牙無線技術(shù)應(yīng)用當中所需的一切東西。對于在主機端集成了藍牙和一些嵌入式應(yīng)用，（例如移動電話和計算設(shè)備）來說，這個IC是最佳選擇。 “藍莓數(shù)據(jù)”中的中央處理器是一個嵌入式32位ARM7DMI RISC微控制器，提供非常低的單位MHz功率消耗，其中包含了若干個工業(yè)標準化的I/O接口，例如USB、UART、I2C、PCM/IOM，這使得該裝置能夠與眾多的裝置進行通信。 雖然“藍莓”提供了若干個I/O接口，但UART簡單的傳輸協(xié)議大大降低軟件開銷，是更加經(jīng)濟的硬件解決方案。圖4顯示了這樣一個接口，圖5顯示了一個UART到主機控制器的詳細接口。 三、結(jié)論 藍牙是一種新興的無線技術(shù)。它快速、方便