关于多种接口扩展为串口的实用案列

 

 

      由于现在很多MCU的自带串口数量不超过4个，但是由于实际工程的需要，往往自带的串口数量无法满足连接较多外设的需要，这时就需要用到一种接口的扩展芯片。在国内，目前这种芯片市场占有率最高的就是为开微电子有限公司的WK系列产品。WK系列产品有着性价比高、稳定性强、超大FIFO和主接口丰富的特点，以及提供完善的售后服务，受到了业界的认可，这里还提供了WK产品在实际工程当中的应用方案。WK2114 在车载综合信息平台上的应用

随着车联网的发展，传统的车载多媒体导航系统向着车载综合信息平台方向发展，车载综合信息平台除了传统的 GPS 导航和多媒体功能外，具备更多的如安防、辅助驾驶、远程监控诊断等，需要接入更多的外部模块。现有的主控芯片最多具备的 4 个串口无法满足应用，需要进行串口扩展。

本方案设计中选用 UART 接口的 WK2114 进行串口扩展，将一个 UART 接口转换扩展为 4 个标

准 UART 硬件串口。

系统构成：

 

车载导航产品嵌入式系统的硬件平台一般是以一颗通用的 cpu 为主，辅以图形加速芯片，存储芯片，外围接口芯片等，再接众多的外设模块构成，可选择的嵌入式操作系统有 Wince，linux，VxWorks等，再加上导航引擎，电子地图和用户操作界面等组成。

WK2114 主接口为 UART，嵌入式平台通过 UART 接口同 WK2114 相连，WK2114 可以扩展 4个子串口分别连接 GPS 模块，倒车雷达模块，蓝牙模块，胎压监测等。

基于 PC/104 构架无人机机载计算机串口扩展应用方案

无人机广泛采用的 PC/104 机载计算机是一种模块化，高可靠，可扩展的嵌入式工业计算机，广泛应用于工业控制、航空航天等领域。无人机系统中，部分传感器、控制模块、任务模块通常采用串行接口通信。随着无人机的发展，需要接入的外设和传感器越来越多，PC/104 计算机自带的 4 个串口在实际应用中不能完全满足需求，需要进行串口扩展。

本设计方案中选用 1 路 UART 串口扩展 4 路 UART 串口的 WK2114 进行串口扩展，原理示意图如下图。PC/104 模块的串口 1 和 2 分别连接 2 片WK2114，扩展出 8 个硬件串口，通过 RS422/232 电平转换后与多种外部外设连接。

PC/104架构下的串口扩展串口设计方案

 

该应用方案优势：

简单灵活：通过主板的 1 个串口扩展出 4 个标准硬件串口，主串口工作速率>115kbps，扩展串口工作在 9.6-38.4kbps，最多可以的扩展出 16 个硬件串口，简单灵活。
 

2、 稳定高效：相对于 PC/104 自带串口的 16 级 FIFO  ,扩展的硬件串口具备 256 级收发独立FIFO，可以提供更大的输入输出缓存，有效提高数据收发的稳定性。                 

3、 更高实时性：扩展串口通过优先级更高的外部中断与 PC/104 连接，中断触发可设置，能有效提高系统实时性。

4、 方便测试和模拟仿真：所有外设都通过串口接入，可以在 PC/104 的串口接入串口测试和模拟仿真设备，方便的实现测试和模拟仿真。

6.3 “树莓派”系统的串口扩展应用和教学示例       

树莓派是只有信用卡大小，成本仅 25-35 美元的微型计算机，可搭载开源的 Linux 系统和应用， 由 Raspberry Pi 非营利基金会在 2012 年推出，2016年推出的升级版 Pi 3，处理器速度比 Pi 1 快 10 倍，内存也加倍，并且能搭载 Windows 10。到 2015 年，全球的树莓派已经销售了千万套，用户中教育、工业、创客用户大致各占三分之一。

树莓派的 GPIO 中自带一个 UART 串口，该串口默认为系统调试接口，实际应用中当树莓派需要接更多的外设如各种传感器、控制模块、GPS、蓝牙、红外模块等，这些设备多广泛使用串行接口（UART\RS232\485）,因此需要对树莓派进行串口扩展。本方案中选用 WK2114 进行串口扩展， 可以通过跳线选择，灵活实现通过树莓派上的 UART 接口扩展 4 个增强型串口。

该应用方案优势：

1、稳定运行：现有树莓派扩展串口方案一般是通过多个 USB 转换串口实现，在实际应用多个中该方案普遍存在工作不稳定的问题。通过 UART 接口桥接扩展串口，是工业领域普遍采用的串口扩展方式，具备较高的稳定性，适用于需要长期稳定运行的系统使用。

2、灵活扩展：WK2114 提供 UART 接口与树莓派连接。扩展出来的 4 个增强型串口，可以连接 RS232，蓝牙红外等各种接口，实现多种外设的灵活接入。

3、开源学习：本参考设计给出了树莓派在 Linux 下的 UART 扩展串口及控制 GPIO 的驱动代码和示例，为深入学习树莓派 Linux 的设备驱动编程提供了很好的手段

WK2168在车载综合信息平台上的应用

随着车联网的发展，传统的车载多媒体导航系统向着车载综合信息平台方向发展， 车载综合信息平台除了传统的 GPS 导航和多媒体功能外，具备更多的如安防、辅助驾驶、远程监控诊断等，需要接入更多的外部模块。现有的主控芯片最多具备的 4 个串口无法满足应用，需要进行串口扩展。本方案设计中选用 UART 接口的 WK2168 进行串口扩展，将一个 UART 接口转换扩展为 4 个标准UART 硬件串口。

系统构成：

 

车载导航产品嵌入式系统的硬件平台一般是以一颗通用的 cpu 为主，辅以图形加速芯片，存储芯片，外围接口芯片等，再接众多的外设模块构成，可选择的嵌入式操作系统 Wince，linux，VxWorks 等，再加上导航引擎，电子地图和用户操作界面等组成。WK2168 主接口为UART，嵌入式平台通过 UART 接口同 WK2168 相连， WK2168 可以扩展 4 个子串口分别连接 GPS 模块，倒车雷达模块，蓝牙模块，胎压监测等。

WK2168在物流POS机中的应用

现在越来越多的手持终端都会集成丰富的功能，所以也就会增加比较多的功能硬件模块，比如我们常见的读卡器模块、 GPS 模块、无线通信模块、打印头模块、扫描仪模块、指纹阅读器模块等。而这些模块通常都是用 UART 接口来实现和主 CPU 来实现通信的。

   本设计采用了三星的S5PV210作为主控CPU，运行linux、安卓、wince7.0系统平台都可以，然后使用WK2168串口扩展芯片实现不同串口模块的搭载，具体的串口扩展模块包括读卡器、GPS、串口打印机、串口扫描仪等。

WK2168在汽车充电桩中的应用

随着国际石油价格的上涨和世界各国环境保护意识的增强，新型能源汽车成为汽车行业的发展趋势，世界各大汽车企业都在研究各种新能源的核心技术，我国随着政策的不断出台与能源的约束，新型能源汽车需求开始回暖，东风集团、一汽集团、上汽集团、奇瑞等都在积极抢占新型能源汽车市场，并且有了自己的产品发展体系与发展方向。

新能源汽车的发展伴随着的就是充电桩的发展。现代越来越多的充电桩都会集成丰富的功能，所以也就会增加较多功能的模块，比如我们常见的触摸屏、读卡模块、红外模块、GPS 模块、无线通信模块、打印头模块、电度表模块等。而这些模块通常都是用UART 接口来实现和主 CPU 之间通信。

 

本设计采用 ARM（Cortex-A9）主控芯片，然后可以使用 WK2168 串口扩展芯片实现不同串口模块的搭载，具体的串口扩展模块包括触摸屏、读卡模块、红外模块、GPS 模块、无线通信模块、打印头模块、电度表模块等。

WK2168在广告机中的应用

随着互联网技术的发展和进步，许多传统的行业正在逐步的改变。以信息技术为代表的高新技术的发展，大大地推进了商品市场的全球统一进程，使广告行业也相应的发生了一场深刻的革命。

广告机利用音视、文字交互在液晶屏、LED 屏显示成为一种新型的传媒为主的市场， 展示更生动性、创造性广告。广告机的广泛应用,使得广告机好比是一把锁链接着各个领域，广告机在公交车、长途汽车、出租车、酒店、饭店、银行、学校、购物中心、汽车站、火车站、地铁站、地铁列车、高速列车、医院、专卖店、酒吧、KTV、售楼中心、展览馆、体育场、博物馆等公共场合出现。

现代越来越多的广告机都会集成丰富的功能，所以也就会增加较多功能的模块，比如我们常见的读卡器模块、GPS 模块、无线通信模块、打印头模块、扫描仪模块等。而这些模块通常都是用 UART 接口来实现和主 CPU 之间通信。

 

 

本设计采用RK3288\RK3399主控芯片，是目前全球唯一一款可支持linux操作系统、高稳定、

面向工业应用的核心板平台。然后可以使用WK2124串口扩展芯片实现不同串口模块的搭载，具体的串口扩展模块包括读卡器、GPS、打印机、串口扫描仪等。