采用Actel FPGA的多串口擴展方案

???在當前的多串口的擴展應用中，雖然市面上有部分的多串口擴展芯片，但是其可擴展的串口數量有限并且擴展的個數是固定的，而且這些擴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很大的空間，功耗過高等問題。接口技術在設計中占據越來越重要的地位。多串口動態擴展通信技術在現場工業控制、智能家居等領域應用越來越廣泛。

　　基于Actel FPGA的多串口擴展設計采用了Actel公司高集成度，小體積，低功耗，低系統成本，高安全性和可靠性的小容量FPGA-A3P030進行設計，把若干接口電路的功能集成到A3P030中，實現了三路以上的串口擴展。該設計靈活性高，可根據需求靈活實現并行總線擴展三路UART或者SPI擴展三路UART，波特率可以靈活設置。

　　1. 系統概述

　　本系統實現的UART擴展功能全部在具有3萬門邏輯單元的小容量低成本的A3P030上實現。采用A3P030的通用I/O模擬SPI接口或者并行總線接口，實現SPI接口或者并行總線接口到UART接口的功能轉換，同時在A3P030上實現UART串行收發單元的設計，最終實現不同接口到多路UART擴展的功能。系統設計及應用框圖如圖 1所示。

　　基于Actel A3P030的多串口擴展具有如下的功能及特點。

　　● 系統電源為1.5V的A3P030內核電壓和3.3V的I/O電壓;

　　● 擴展的UART具有1位起始位，8位數據位，無校驗位，1位停止位;

　　● UART雙緩存鎖存接收/發送數據;

　　● 波特率可以設置;

　　● 可實現基于SPI或者并行總線的UART擴展;

　　● 可實現并行總線擴展的中斷查詢;

　　● UART串行輸入濾波;

　　● SPI串行輸入濾波;

　　● 兼容標準的UART、SPI等通信協議。
基于Actel的A3P030的多串口擴展設計除了具有高度的設計靈活性以外，還可以大大縮短產品的設計周期，加快產品上市速度。該設計方案所具有以下的優勢：設計采用Actel公司的FPGA來實現，具有高度的可靠性和安全性，滿足惡劣環境工作條件;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的多串口擴展在現代設計中主要有以下幾個方面的應用：

　　● 電信網絡：路由器、服務器等;

　　● 現場工業控制系統，電力抄表等;

　　● 智能家居控制系統，POS系統等。

　　2. 引腳定義

　　基于Actel A3P030設計的多串口擴展I/O分布如圖2所示，其中左側為基于SPI接口擴展多路UART的引腳分布，右側為基于并行接口的多路UART擴展的I/O分布。

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

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