基于PC/104模塊的多串口通信擴(kuò)展設(shè)計(jì)與工程實(shí)現(xiàn)

2005年2月A

摘要：應(yīng)用PC/104模塊486DX和EMM-8M-XT實(shí)現(xiàn)多串口通信。擴(kuò)展后，10個(gè)串口可以同時(shí)進(jìn)行全雙工通信。結(jié)合工程實(shí)例，給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟硬件設(shè)計(jì)方法以及多串口通信在DOS平臺上的典型應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：多串口擴(kuò)展；軟硬件設(shè)計(jì)；工程實(shí)現(xiàn)
2004年12月31日收到修改稿。
引言
    串行通信方式具有使用方便、傳輸可靠、信號線數(shù)量少等優(yōu)點(diǎn)，因而倍受青睞。
基于PC/104模塊的嵌入式系統(tǒng)，串行通信是常用的通信方式之一。通過串行數(shù)據(jù)端口，可以實(shí)現(xiàn)PC/104與PC機(jī)以及PC/104模塊之間的通信。無人機(jī)飛控系統(tǒng)是一個(gè)典型的多外設(shè)平臺，因此工程設(shè)計(jì)中必須解決多串行口數(shù)據(jù)通信問題，完成數(shù)據(jù)采集或信號傳輸。在其它工程應(yīng)用中，研究多串口數(shù)據(jù)通信也尤其重要。應(yīng)用PC/104模塊在嵌入式系統(tǒng)中擴(kuò)展8個(gè)以上的串行端口，并同時(shí)進(jìn)行雙工數(shù)據(jù)通信是本文要重點(diǎn)討論。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)
    隨著技術(shù)的進(jìn)步，PC/104結(jié)構(gòu)的嵌入式模塊可以根據(jù)實(shí)際的要求通過簡單的搭積木的方法進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展，其豐富的功能模塊為設(shè)計(jì)人員帶來了諸多方便。在無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)中，部分傳感器、測控終端、任務(wù)設(shè)備通常采用串行數(shù)據(jù)接口。本文將結(jié)合某型無人機(jī)飛控系統(tǒng)開發(fā)平臺，介紹應(yīng)用486DX和EMM-8M-XT嵌入式模塊，實(shí)現(xiàn)多串口數(shù)據(jù)通信擴(kuò)展設(shè)計(jì)的方法和工程應(yīng)用情況。

    某型無人機(jī)飛控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。實(shí)際使用中，CPU板和串口板通過PC104總線棧接，根據(jù)使用需要還外擴(kuò)了AD/DA、DIO等其它功能模塊。本文僅對與串口相關(guān)的模塊進(jìn)行介紹。系統(tǒng)CPU板自帶兩個(gè)串行口（P9~P10），外擴(kuò)的串口板提供8個(gè)串行口（P1~P8）,分別完成不同的數(shù)據(jù)通信功能。各口具體功能及通信模式見表1。
表1   串口工作模式及功能
串口號
工作模式
功             能
P1、P2
RS422
與測控設(shè)備數(shù)據(jù)通信用
P3
RS422
接收GPS信息，發(fā)送初始信息
P4
RS485
采集航向角數(shù)據(jù)
P5
RS485
采集高度、空速數(shù)據(jù)
P6~P8
RS422
與3臺任務(wù)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信
P9
RS232
CPU板電子盤程序更新用
P10
RS232
飛控系統(tǒng)監(jiān)測、航路裝定
圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
486DX模塊
    486DX是一種高度集成、具有自棧結(jié)構(gòu)、與IBM-PC/AT兼容的PC/104 CPU模塊。采用增強(qiáng)型的80486嵌入式中央處理器INTEL DX4作為核心元件，工作頻率33~133MHz，4~16M字節(jié)的在板DRAM。
    486DX模塊在板包含了與PC/AT兼容的DMA控制器、8259類型的中斷控制器及定時(shí)器，帶擴(kuò)展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ROM-BIOS及鍵盤喇叭接口。在板的外部接口包括一個(gè)PC/AT兼容的標(biāo)準(zhǔn)雙向并行口、兩個(gè)16550兼容的RS232串行通訊接口、一個(gè)用外接后備電池支持實(shí)時(shí)時(shí)鐘，應(yīng)用EEPROM存儲BIOS參數(shù)設(shè)置，省去了大多數(shù)硬件配置跳線。該板功耗極低，典型值為2.8W，外部電源要求為＋5V，可以寬溫工作。
    本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要應(yīng)用該模塊的兩個(gè)串行端口，端口1（P9）用于實(shí)現(xiàn)模塊電子盤上用戶程序的在線改寫，端口2（P10）主要用于飛控系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和航路裝定。考慮到實(shí)際設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中串口設(shè)備多，需要外擴(kuò)串口模塊實(shí)現(xiàn)多串口通信。這里選用DIAMOND公司的EMM-8M-XT串口通信模塊來實(shí)現(xiàn)。
EMM-8M-XT模塊擴(kuò)展設(shè)計(jì)
    EMM-8M-XT串口通信模塊，在板集成了兩個(gè)單元高性能的16C554控制芯片（相當(dāng)于8個(gè)16C550），可以達(dá)到更高的通訊速率而無需占用過多的CPU資源，模塊的主要特點(diǎn)如下：