异步收发器TL16C554在惯性导航系统的应用

    前 言

    随着惯导技术的发展，惯导系统需要接收GPS、北斗双星、高程计等较多的RS-232、RS-422、RS-485串口信号。这样，惯导系统原有的串口通道不足以接收如此多的串口信号，因而需要进行串口扩展。Ti公司生产的异步收发器TL16C554芯片是进行串口扩展的较好的选择，它有四个通道，可以与四路串行信号通信，解决了原来的惯导系统串行信号接口短缺的问题，其每个通道都带有两个16字节的FIFO(First In First Out 先进先出)缓冲器，其中一个用于接收数据，另外一个用于准备发送的数据。当工作在FIFO模式下时，不必每接收或发送一帧数据就产生一次中断，因而可以减少中断发生的次数，提高接收发送串行信号的效率与可靠性。

    对车辆导航各部分简要介绍如下：

    路径引导：引导用户沿着所规划的路径行驶;

    人机接口：提供友好的界面允许用户与系统进行人机交互;

    无线通讯模块：允许用户与监控中心等部门实时交换信息;

    电子地图数据库：包含以预定格式存贮的数字地图信息，是系统的软件平台;

    地图匹配模块：通过适当的匹配和识别过程来确定车辆在地图上的位置;

    路径规划：根据地图数据库及实时定位信息帮助驾驶员规划路线;

    定位模块：通过GPS、惯性导航系统或移动通信等方法对车辆进行定位。

    2 主要特点

    TL16C554的主要特点如下：

    由四个带有逻辑控制的TL16C550异步通信单元组成;

    最高可达1M的波特率，具有可编程的波特率发生器，便于灵活选择数据收发频率;

    具有16字节的收发FIFO缓冲器;

    具有可独立控制的发送、接收、线路状态和MODEM状态中断;

    具有全双工的接收发送线路，可独立进行接收发送控制;

    全面的线路状态报告功能;

    充分分级的中断系统控制;

    三态TTL电平输出。

    3 内部结构及工作原理

    四通道异步收发器集成芯片TL16C554有64脚TQFP和68脚PLCC两种封装形式。其中68脚PLCC封装形式支持68(Motorola)模式。因此，能够很容易的与Motorola微处理器互联， TL16C554的其引脚说明见表1。

    3.1 系统I/O总线

    TL16C554的数据线(D0-D7)可直接与CPU的数据总线的低八位相连，它们是UART的数据输入和输出通道，其读写操作由数据输入和输出选通线来区分，通过这些选通线可实现UART与CPU之间的双向通信，TL16C554还可自由选择16模式(Intel总线)或68模式(Motorola总线)，它有四个串行接口，各有其独立的收发功能。

    3.2 时钟

    TL16C554的参考时钟既可以由外部提供，也可以通过一个晶振在内部产生。

    3.3读/控制逻辑

    UART与CPU之间通过一组信号线实现通信控制，这组信号线包括复位控制RESET、芯片允许、寄存器允许中断请求INT(A-D)、读出数据有效和写入数据有效等。

    3.4 MODEM逻辑控制

    MODEM控制逻辑主要用于完成UART与RS-232C之间的接口通信，这些信号通过EIA驱动器驱动后均符合RS-232C标准，MODEM控制逻辑信号包括以下八种：

    RX(A-D)串行输入，相当于接收数据RxD;

    TX(A-D)串行输出，相当于发送数据TxD;

    (A-D)数据设备就绪输入;

    (A-D)数据终端就绪输出;

    (A-D)请求发送输入;

    (A-D)清除发送输入;

    (A-D)载波信号检测输入;

    (A-D)振铃指示输入。

    3.5 主要寄存器

    TL16C554中的主要寄存器有波特率除数寄存器、线路控制寄存器(LCR)、线路状态寄存器(LSR)、中断允许寄存器(IER)、中断标识寄存器(IIR)、MODEM控制寄存器(MCR)、MODEM状态寄存器(MSR)、发送保持寄存器(THR)和接收缓冲寄存器(RHR)等。

    4 TL16C554与单片机的接口

    在惯导系统中，80C196单片机通过异步收发器TL16C554用来频繁地接收GPS、双星、高程计等串行信号，此外，还要完成其他诸如温控、与上位机通信等任务。因此，如果采用查询方式接收串行信号，无疑会浪费大量的CPU时间，加重CPU的负担，显然是不可行的。而中断方式则不占用CPU时间，加之使用16字节FIFO缓冲器，可减少中断次数，提高数据接收的实时性与可靠性，因此，在此系统中选用了中断方式。

    实验表明，上述软硬件设计可以实现四路串行信号的可靠及时异步收发服务，可以满足惯导系统的要求。