物流終端多串口擴(kuò)展的設(shè)計

摘要：本文詳述了863子課題“雙頻RFID讀寫器”的設(shè)計。根據(jù)項目的基本需求，提出了擴(kuò)展多串口通信子板方案，選擇了PC/104并口總線，通過并/串轉(zhuǎn)換芯片TL16C554擴(kuò)展4個串口的設(shè)計，分析了TL16C554的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部特性，并據(jù)此給出了擴(kuò)展電路圖。

關(guān)鍵詞：串口擴(kuò)展； TL16C554；讀寫器；GPRS；CDMA；PC/104總線

項目分析

物流終端——雙頻讀寫器設(shè)計的整個設(shè)計框圖如圖1所示。信息處理平臺采用了磐儀EmCORE-N513單片機(jī)，這個單片機(jī)基于AMD NS GeodeGx1 300MHz處理器和CS5530A協(xié)處理器，支持128MB SDRAM，并提供Ultra DMA IDE接口，可外接硬盤。此外，它還提供了LCD等豐富的外設(shè)接口：包括 ISA PC/104接口、兩個標(biāo)準(zhǔn)RS-232串口、并口、2個USB接口、PS/2鼠標(biāo)鍵盤、LAN口、CF卡接口。AMD Geode GX1 處理器雖然多用在嵌入式處理平臺，但其內(nèi)核采用386體系結(jié)構(gòu)，這正是本課題選用它的原因：它能與現(xiàn)有的開發(fā)保持最大的兼容性，基于386體系的操作系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動及應(yīng)用軟件幾乎不用做修改就能夠移植到AMD GX1 平臺上。與GX1 處理器相配合的是AMD Geode CS5530A協(xié)處理器。它增強(qiáng)了GX1 的圖形處理功能，并提供CRT和TFT LCD接口。

圖1 物流終端結(jié)構(gòu)框圖

RFID讀寫模塊所支持的頻段包括13.56MHz(HF)和915MHz(UHF)?？紤]現(xiàn)有國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的成熟度，以及將來對更多頻段支持的特性要求，13.56MHz和915MHz模塊完全獨立，其中，13.56MHz模塊采用中距離識別，915MHz模塊實現(xiàn)長距離芯片讀寫。兩個模塊均接收來自信息平臺的控制消息，進(jìn)行相關(guān)讀寫操作，并將結(jié)果反饋給信息平臺進(jìn)行處理。讀寫器接收EPC(產(chǎn)品電子編碼)標(biāo)簽的Tag信息，通過串口發(fā)送給處理器進(jìn)行進(jìn)一步處理。

通信模塊可以同時支持以太網(wǎng)接口、GPRS、CDMA等多種不同的通信模式，也可以對通信模塊進(jìn)行功能定制。無線模塊完成無線網(wǎng)絡(luò)功能，向網(wǎng)絡(luò)中的PC發(fā)送標(biāo)簽信息，協(xié)助完成一系列高層處理功能。

由于射頻和無線模塊自帶的接口是非標(biāo)準(zhǔn)的，不能直接與單片機(jī)提供的串口相連，共需要4個串口提供給射頻讀寫器(UHF和HF模塊)和無線模塊(GPRS和CDMA)，故決定通過設(shè)計擴(kuò)展子板來提供這4個模塊與CPU的接口。

多串口擴(kuò)展模塊的設(shè)計

由于GPRS模塊與CDMA模塊需要較多的控制信號及很高的波特率，單片機(jī)上的串口無法直接提供，采用常用的串口擴(kuò)展芯片(如GM8125)無法滿足要求，最終采用了單片機(jī)上提供的PC/104接口，通過并/串轉(zhuǎn)換芯片TL16C554來進(jìn)行多串口擴(kuò)展。擴(kuò)展子板框圖如圖2所示。

圖2 擴(kuò)展子板結(jié)構(gòu)框圖

PC/104是與ISA總線兼容的嵌入式PC專用總線，它與單片機(jī)相連，并對外提供豐富的接口控制信號，用它來擴(kuò)展子板可使邏輯控制相對簡單，不必使用CPLD進(jìn)行邏輯控制。

TL16C554的內(nèi)部功能框圖及外部信號線路如圖3所示。其內(nèi)部有4個完全一樣的ACE(Asynchronous Communications Element)并/串轉(zhuǎn)換單元TL16C550，16字節(jié)FIFO可減少收發(fā)中斷次數(shù)，提高通信速度，其波特率可通過編程改變，波特率可達(dá)1M baud。并口一側(cè)有地址及邏輯控制單元，由地址信號A0~A2、讀寫控制信號/IOR、/IOW、4通道片選信號/CSx、復(fù)位信號來控制；中斷邏輯單元輸出各通道的中斷請求信號INTx，并發(fā)送接收中斷準(zhǔn)備好信號/TXRDY、/RXRDY；時鐘電路由XTAL1及XTAL2外接晶振產(chǎn)生時鐘信號，或從外部輸入時鐘信號。

圖3 TL16C554內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

TL16C554提供輸出回送功能(Loopback)，使得對設(shè)計的測試非常方便。其提供的3態(tài)輸出數(shù)據(jù)及控制信號具有TTL驅(qū)動能力。

TL16C554對數(shù)據(jù)的收發(fā)及控制通過其內(nèi)部寄存器的操作來實現(xiàn)。這些寄存器由3位地址A0~A2及LCR(線路控制寄存器)的DLAB(LCR的D7位)來選擇。其串行數(shù)據(jù)的位數(shù)可根據(jù)需要選擇為5位、6位、7位及8位，停止位可選擇為1位、1位半或2位，可在數(shù)據(jù)位后附加奇偶校驗位或無奇偶校驗位。

擴(kuò)展子板的TL16C554及其外圍電路如圖4所示。在輸出的串口信號中，UART_TXDA、UART_nRTSA、UART_nDTRA、UART_nRIA、UART_nCTSA、UART_RXDA、UART_nDSRA、UART_nDCDA是與GPRS模塊(SIEMENS MC53i)的接口信號；UART_TXDB、UART_nRTSB、UART_nDTRB、UART_nRIB、UART_nCTSB、UART_RXDB、UART_nDSRB、UART_nDCDB是與CDMA模塊(WAVECOM Q2438)的接口信號；UART_TXDD、 UART_RXDD接UHF讀寫器模塊(Alien 9930(TTL)/9932(RS-232))，UART_TXDC 、UART_RXDC接HF讀寫器模塊(TI S6350)。DATA[7：0]是PC/104的D[7：0]經(jīng)74AHC245驅(qū)動后的數(shù)據(jù)信號；ADDR[15：0]是PC/104的A[15：0]經(jīng)74AHC245驅(qū)動后的地址信號，其中，只使用了ADDR[4：2]，即連接TL16C554的A0~A2，用于內(nèi)部寄存器的選擇；nCS_UARTA~D是4個串口通道的片選信號，譯碼器的片選信號由PC/104的AEN提供；INT_UARTA~D是來自4個串口的收發(fā)中斷請求信號，經(jīng)驅(qū)動后送往PC/104的中斷請求端IRQx，同時，INT_UARTA~D通過4與門，輸出到PC/104與TL16C554之間的數(shù)據(jù)驅(qū)動控制器74AHC245的輸出使能端，控制數(shù)據(jù)的輸入/輸出；UART_RESET 、UART_nOE、UART_nWE 是PC/104的RESET 、/IOR、/IOW經(jīng)驅(qū)動后的復(fù)位及讀寫控制信號；XTAL1、XTAL2接外部晶振，提供芯片工作所需的時鐘。RXRDY、TXRDY是接收及發(fā)送準(zhǔn)備好信號，未使用。

圖4 TL16C554外圍電路圖

結(jié)論及應(yīng)用情況

物流終端信息處理平臺外接硬盤、LCD、PS/2等外圍設(shè)備，使用Linux操作系統(tǒng)。目前，該物流終端已設(shè)計完成并交付課題的合作單位－中科院，在RFID項目中使用。實踐表明，其性能穩(wěn)定，操作方便，通信能力及可擴(kuò)展性強(qiáng)，完全勝任進(jìn)一步的開發(fā)需要。

本文的創(chuàng)新點在于，通過使用并/串轉(zhuǎn)換芯片TL16C554擴(kuò)展串口，使RFID雙頻讀寫器擴(kuò)展子板具有CDMA及GPRS無線通信能力，實現(xiàn)了與UHF和HF兩個頻段讀寫模塊的通信要求?！?/P>

參考文獻(xiàn):
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