基于Actel FPGA的多串口扩展方案

　    随着现代电子技术的发展，接口技术在设计中占据越来越重要的地位。多    串口动态扩展通信技术在现场工业控制、智能家居等领域应用越来越广泛。   在当前的多串口的扩展应用中，虽然市面上有部分的多串口扩展芯片，但是其可扩展的串口数量有限并且扩展的个数是固定的，而且这些扩展芯片普片存在着价格比较昂贵、芯片体积较大在电路板中占据很大的空间，功耗过高等问题。

　　基于Actel FPGA的多串口扩展设计采用了Actel公司高集成度，小体积，低功耗，低系统成本，高安全性和可靠性的小容量FPGA-A3P030进行设计，把若干接口电路的功能集成到A3P030中，实现了三路以上的串口扩展。该设计灵活性高，可根据需求灵活实现并行总线扩展三路UART或者SPI扩展三路UART，波特率可以灵活设置。

　　1. 系统概述

　　本系统实现的UART扩展功能全部在具有3万门逻辑单元的小容量低成本的A3P030上实现。采用A3P030的通用I/O模拟SPI接口或者并行总线接口，实现SPI接口或者并行总线接口到UART接口的功能转换，同时在A3P030上实现UART串行收发单元的设计，最终实现不同接口到多路UART扩展的功能。系统设计及应用框图如图 1所示。

　　基于Actel A3P030的多串口扩展具有如下的功能及特点。

　　● 系统电源为1.5V的A3P030内核电压和3.3V的I/O电压;

　　● 扩展的UART具有1位起始位，8位数据位，无校验位，1位停止位;

　　● UART双缓存锁存接收/发送数据;

　　● 波特率可以设置;

　　● 可实现基于SPI或者并行总线的UART扩展;

　　● 可实现并行总线扩展的中断查询;

　　● UART串行输入滤波;

　　● SPI串行输入滤波;

　　● 兼容标准的UART、SPI等通信协议。
基于Actel的A3P030的多串口扩展设计除了具有高度的设计灵活性以外，还可以大大缩短产品的设计周期，加快产品上市速度。该设计方案所具有以下的优势：设计采用Actel公司的FPGA来实现，具有高度的可靠性和安全性，满足恶劣环境工作条件;完美的单芯片解决方案，Actel公司的FPGA无需配置芯片，上电即行;超低功耗，小封装。

　　基于Actel FPGA的多串口扩展在现代设计中主要有以下几个方面的应用：

　　● 电信网络：路由器、服务器等;

　　● 现场工业控制系统，电力抄表等;

　　● 智能家居控制系统，POS系统等。

　　2. 引脚定义

　　基于Actel A3P030设计的多串口扩展I/O分布如图2所示，其中左侧为基于SPI接口扩展多路UART的引脚分布，右侧为基于并行接口的多路UART扩展的I/O分布。

　　基于Actel A3P030的SPI接口扩展三路UART的I/O功能定义如表 1所示。

　　基于Actel A3P030的并行总线接口扩展三路UART的I/O功能说明如表2所示。