【经验】多总线接口扩展芯片WK2204接口设计和RS485模式应用要点

时间： 2021-04-17 来源：世强

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WK2204是为开微电子设计的一款多总线接口扩展四通道通用异步收发芯片，采用QFN24（4x4mm）小封装，具有256级FIFO，子串口最高通信速率可以达到1.5Mbps。WK2204虽然只有24个引脚，但是功能却并不少，它支持UART/SPI/I²C接口与控制器连接，并转换出4组UART接口；支持RTS和CTS的硬件流量控制；支持IrDA红外收发；同时也支持RS485的自动收发控制。

接口设计指南

本文根据WK2204的特点，介绍它与控制器的接口方式选择，另外WK2204在RS485模式下具有独特的自动收发控制信号，可以简化电路设计，也将介绍其特点和设计方法。

1、WK2204与控制器的接口选择和设计

WK2204与控制器有3种接口方式—SPI、UART和I²C，这三种模式需要通过2个引脚MD0和MD1进行设置MD0和MD1的功能表如下表所示。

表 1 WK2204与控制器接口功能选择

注：MD0和MD1的上下拉电阻可以选择4.7K电阻。如果用于干扰比较强的场合，可以选择1K电阻上下拉以加强抗干扰能力。

WK2204的通信接口由MP0-MP3信号组成，根据MD0和MD1的配置不同，其功能定义如下表所示。

表 2 WK2204与控制器接口信号定义

每种接口模式不一样，接口工作速率也有差异，可以根据控制器的接口情况以及需要的最高工作速率进行选择。下面分别介绍每种接口模式的特点和设计方法。

1.1 SPI接口模式设计

WK2204的SPI模式最高支持10Mbit/s速率，只支持SPI从模式，可以支持最长256字节连续收发。SPI模式连接图如下所示。

图 1 SPI模式连接图

其中uC为控制器，如果控制器采用轮询方式与WK2204通信，则IRQ信号可以不接，IRQ上拉电阻一般选择5.1K。VCC根据控制器的接口电压，可以选择3.3V或者2.5V。

1.2 UART接口模式设计

WK2204的UART模式最高通信速率为1.5Mbps，支持最长16字节连续收发。WK2204的UART模式最多只需要3个信号与控制器连接。需要注意的是WK2204的MTX要接控制器的RX，而MRX则要接控制器的TX，否则不能正常通信。UART模式连接图如下所示。

图 2 UART模式连接图

1.3 I²C接口模式设计

WK2204的I²C模式最高通信速率为1Mbit/s，仅支持从模式，支持最长256字节连续收发。

图 3 I²C模式连接图

需要注意的是I²C模式下的SDA和SCL信号都需要加上拉电阻，根据I²C的工作速率，一般100Kbps-400Kbps时选择4.7K（或者5.1K）电阻；1Mbps工作速率选择2.2K电阻。

2. WK2204的RS485模式设计

WK2204在RS485模式下具有独特的优点，支持子串口的自动收发控制，介绍如下。

因为RS485是半双工工作，因此需要一个信号来控制RS485收发器是处于发送还是接收状态，而现在的控制器一般都没有RS485的专用方向控制信号。常用的控制器和RS485收发器之间的方向控制有两种方式。如下。

（1）GPIO控制方式

这种控制方式需要控制器用一个GPIO来控制RS485的收发信号，当GPIO为高电平，收发器为发送状态；当GPIO为低电平，则收发器为接收状态。该模式下因为控制器需要软件根据RS485的收发数据来控制GPIO的高低，会占用控制器的时间和资源。

图4、GPIO控制RS485的收发方向

（2）TX信号控制方式

该模式下RS485的收发控制采用TX信号反向后提供，不需要占用控制器的处理时间和资源，但是当TX信号为高电平时，本来RS485也应该输出“1”，但是TX信号经过反向后变为低电平，使收发器进入接收状态，无法发送“1”的信号，所以必须在RS485总线上加上拉电阻来让收发器输出“1”。

图5 TX信号控制RS485方向模式

WK2204设计了专用的RS485方向控制信号，彻底解决了以上两种方式存在的不足。WK2204的子串口2和4提供了RTS信号，在RS485模式下可以把RTS接到RS485收发器的DE和/RE信号作为收发方向控制信号，而不需要控制器进行干预，简单可靠。

WK2204和RS485收发器之间的连接方式如下图所示。

图 6 WK2204的RS485收发控制连接图

总结

WK2204采用多种接口方式与控制器相连，可以根据控制器具有的接口进行选择和使用，为使用者提供了灵活的选择。而WK2204为RS485模式提供了专用的收发方向控制信号RTS，也为使用者简化了设计，同时提高了电路的可靠性和软件工作效率，加上较小的封装尺寸，也节约了PCB的占用空间。确实是扩展多个UART接口的不错选择。

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