異步收發(fā)器TL16C554在慣性導航系統中的應用

1 引 言

隨著(zhù)慣導技術(shù)的發(fā)展，慣導系統需要接收GPS、北斗雙星、高程計等較多的RS-232、RS-422、RS-485串口信號。這樣，慣導系統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)行串口擴展。Ti公司生產(chǎn)的異步收發(fā)器TL16C554芯片是進(jìn)行串口擴展的較好的選擇，它有四個(gè)通道，可以與四路串行信號通信，解決了原來(lái)的慣導系統串行信號接口短缺的問(wèn)題，其每個(gè)通道都帶有兩個(gè)16字節的FIFO(First In First Out 先進(jìn)先出)緩沖器，其中一個(gè)用于接收數據，另外一個(gè)用于準備發(fā)送的數據。當工作在FIFO模式下時(shí)，不必每接收或發(fā)送一幀數據就產(chǎn)生一次中斷，因而可以減少中斷發(fā)生的次數，提高接收發(fā)送串行信號的效率與可靠性。

對車(chē)輛導航各部分簡(jiǎn)要介紹如下：

路徑引導：引導用戶(hù)沿著(zhù)所規劃的路徑行駛;

人機接口：提供友好的界面允許用戶(hù)與系統進(jìn)行人機交互;

無(wú)線(xiàn)通訊模塊：允許用戶(hù)與監控中心等部門(mén)實(shí)時(shí)交換信息;

電子地圖數據庫：包含以預定格式存貯的數字地圖信息，是系統的軟件平臺;

地圖匹配模塊：通過(guò)適當的匹配和識別過(guò)程來(lái)確定車(chē)輛在地圖上的位置;

路徑規劃：根據地圖數據庫及實(shí)時(shí)定位信息幫助駕駛員規劃路線(xiàn);

定位模塊：通過(guò)GPS、慣性導航系統或移動(dòng)通信等方法對車(chē)輛進(jìn)行定位。

2 主要特點(diǎn)

TL16C554的主要特點(diǎn)如下：

S由四個(gè)帶有邏輯控制的TL16C550異步通信單元組成;

S最高可達1M的波特率，具有可編程的波特率發(fā)生器，便于靈活選擇數據收發(fā)頻率;

S具有16字節的收發(fā)FIFO緩沖器;

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

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

S全面的線(xiàn)路狀態(tài)報告功能;

S充分分級的中斷系統控制;

S三態(tài)TTL電平輸出。

3 內部結構及工作原理

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(shuō)明見(jiàn)表1。

3.1 系統I/O總線(xiàn)

TL16C554的數據線(xiàn)(D0-D7)可直接與CPU的數據總線(xiàn)的低八位相連，它們是UART的數據輸入和輸出通道，其讀寫(xiě)操作由數據輸入和輸出選通線(xiàn)來(lái)區分，通過(guò)這些選通線(xiàn)可實(shí)現UART與CPU之間的雙向通信，TL16C554還可自由選擇16模式(Intel總線(xiàn))或68模式(Motorola總線(xiàn))，它有四個(gè)串行接口，各有其獨立的收發(fā)功能。

3.2 時(shí)鐘

TL16C554的參考時(shí)鐘既可以由外部提供，也可以通過(guò)一個(gè)晶振在內部產(chǎn)生。

3.3讀/控制邏輯

UART與CPU之間通過(guò)一組信號線(xiàn)實(shí)現通信控制，這組信號線(xiàn)包括復位控制RESET、芯片允許、寄存器允許中斷請求INT(A-D)、讀出數據有效和寫(xiě)入數據有效等。

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(guò)EIA驅動(dòng)器驅動(dòng)后均符合RS-232C標準，MODEM控制邏輯信號包括以下八種：

RX(A-D)貝行輸入，相當于接收數據RxD;

TX(A-D)貝行輸出，相當于發(fā)送數據TxD;

(A-D)筆據設備就緒輸入;

(A-D)筆據終端就緒輸出;

(A-D)鼻肭蠓⑺褪淙;

(A-D)鼻宄發(fā)送輸入;

(A-D)痹夭ㄐ藕偶觳饈淙;

(A-D)閉窳逯甘臼淙搿

3.5 主要寄存器

TL16C554中的主要寄存器有波特率除數寄存器、線(xiàn)路控制寄存器(LCR)、線(xiàn)路狀態(tài)寄存器(LSR)、中斷允許寄存器(IER)、中斷標識寄存器(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與單片機的接口

在慣導系統中，80C196單片機通過(guò)異步收發(fā)器TL16C554用來(lái)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、與上位機通信等任務(wù)。因此，如果采用查詢(xún)方式接收串行信號，無(wú)疑會(huì )浪費大量的CPU時(shí)間，加重CPU的負擔，顯然是不可行的。而中斷方式則不占用CPU時(shí)間，加之使用16字節FIFO緩沖器，可減少中斷次數，提高數據接收的實(shí)時(shí)性與可靠性，因此，在此系統中選用了中斷方式。

實(shí)驗表明，上述軟硬件設計可以實(shí)現四路串行信號的可靠及時(shí)異步收發(fā)服務(wù)，可以滿(mǎn)足慣導系統的要求。