基于TL16C554芯片進(jìn)行串口擴(kuò)展的應(yīng)用

隨著慣導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，慣導(dǎo)系統(tǒng)需要接收GPS、北斗雙星、高程計等較多的RS-232、RS-422、RS-485串口信號。這樣，慣導(dǎo)系統(tǒng)原有的串口通道不足以接收如此多的串口信號，因而需要進(jìn)行串口擴(kuò)展。Ti公司生產(chǎn)的異步收發(fā)器TL16C554芯片是進(jìn)行串口擴(kuò)展的較好的選擇，它有四個通道，可以與四路串行信號通信，解決了原來的慣導(dǎo)系統(tǒng)串行信號接口短缺的問題，其每個通道都帶有兩個16字節(jié)的FIFO(First In First Out 先進(jìn)先出)緩沖器，其中一個用于接收數(shù)據(jù)，另外一個用于準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)。當(dāng)工作在FIFO模式下時，不必每接收或發(fā)送一幀數(shù)據(jù)就產(chǎn)生一次中斷，因而可以減少中斷發(fā)生的次數(shù)，提高接收發(fā)送串行信號的效率與可靠性。

對車輛導(dǎo)航各部分簡要介紹如下：

路徑引導(dǎo)：引導(dǎo)用戶沿著所規(guī)劃的路徑行駛;

人機(jī)接口：提供友好的界面允許用戶與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)交互;

無線通訊模塊：允許用戶與監(jiān)控中心等部門實時交換信息;

電子地圖數(shù)據(jù)庫：包含以預(yù)定格式存貯的數(shù)字地圖信息，是系統(tǒng)的軟件平臺;

地圖匹配模塊：通過適當(dāng)?shù)钠ヅ浜妥R別過程來確定車輛在地圖上的位置;

路徑規(guī)劃：根據(jù)地圖數(shù)據(jù)庫及實時定位信息幫助駕駛員規(guī)劃路線;

定位模塊：通過GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或移動通信等方法對車輛進(jìn)行定位。

2 主要特點

TL16C554的主要特點如下：

由四個帶有邏輯控制的TL16C550異步通信單元組成;

最高可達(dá)1M的波特率，具有可編程的波特率發(fā)生器，便于靈活選擇數(shù)據(jù)收發(fā)頻率;

具有16字節(jié)的收發(fā)FIFO緩沖器;

具有可獨立控制的發(fā)送、接收、線路狀態(tài)和MODEM狀態(tài)中斷;

具有全雙工的接收發(fā)送線路，可獨立進(jìn)行接收發(fā)送控制;

全面的線路狀態(tài)報告功能;

充分分級的中斷系統(tǒng)控制;

三態(tài)TTL電平輸出。

3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

四通道異步收發(fā)器集成芯片TL16C554有64腳TQFP和68腳PLCC兩種封裝形式。其中68腳PLCC封裝形式支持68(Motorola)模式。因此，能夠很容易的與Motorola微處理器互聯(lián)， TL16C554的其引腳說明見表1。

3.1 系統(tǒng)I/O總線

TL16C554的數(shù)據(jù)線(D0-D7)可直接與CPU的數(shù)據(jù)總線的低八位相連，它們是UART的數(shù)據(jù)輸入和輸出通道，其讀寫操作由數(shù)據(jù)輸入和輸出選通線來區(qū)分，通過這些選通線可實現(xiàn)UART與CPU之間的雙向通信，TL16C554還可自由選擇16模式(Intel總線)或68模式(Motorola總線)，它有四個串行接口，各有其獨立的收發(fā)功能。

3.2 時鐘

TL16C554的參考時鐘既可以由外部提供，也可以通過一個晶振在內(nèi)部產(chǎn)生。

3.3讀/控制邏輯

UART與CPU之間通過一組信號線實現(xiàn)通信控制，這組信號線包括復(fù)位控制RESET、芯片允許、寄存器允許中斷請求INT(A-D)、讀出數(shù)據(jù)有效和寫入數(shù)據(jù)有效等。

3.4 MODEM邏輯控制

MODEM控制邏輯主要用于完成UART與RS-232C之間的接口通信，這些信號通過EIA驅(qū)動器驅(qū)動后均符合RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，MODEM控制邏輯信號包括以下八種：

RX(A-D)串行輸入，相當(dāng)于接收數(shù)據(jù)RxD;

TX(A-D)串行輸出，相當(dāng)于發(fā)送數(shù)據(jù)TxD;

(A-D)數(shù)據(jù)設(shè)備就緒輸入;

(A-D)數(shù)據(jù)終端就緒輸出;

(A-D)請求發(fā)送輸入;

(A-D)清除發(fā)送輸入;

(A-D)載波信號檢測輸入;

(A-D)振鈴指示輸入。

3.5 主要寄存器

TL16C554中的主要寄存器有波特率除數(shù)寄存器、線路控制寄存器(LCR)、線路狀態(tài)寄存器(LSR)、中斷允許寄存器(IER)、中斷標(biāo)識寄存器(IIR)、MODEM控制寄存器(MCR)、MODEM狀態(tài)寄存器(MSR)、發(fā)送保持寄存器(THR)和接收緩沖寄存器(RHR)等。

4 TL16C554與單片機(jī)的接口

在慣導(dǎo)系統(tǒng)中，80C196單片機(jī)通過異步收發(fā)器TL16C554用來頻繁地接收GPS、雙星、高程計等串行信號，此外，還要完成其他諸如溫控、與上位機(jī)通信等任務(wù)。因此，如果采用查詢方式接收串行信號，無疑會浪費大量的CPU時間，加重CPU的負(fù)擔(dān)，顯然是不可行的。而中斷方式則不占用CPU時間，加之使用16字節(jié)FIFO緩沖器，可減少中斷次數(shù)，提高數(shù)據(jù)接收的實時性與可靠性，因此，在此系統(tǒng)中選用了中斷方式。

實驗表明，上述軟硬件設(shè)計可以實現(xiàn)四路串行信號的可靠及時異步收發(fā)服務(wù)，可以滿足慣導(dǎo)系統(tǒng)的要求。