物流終端多串口擴(kuò)展的設(shè)計(jì)

摘要：本文詳述了863子課題“雙頻RFID讀寫器”的設(shè)計(jì)。根據(jù)項(xiàng)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(guò)并/串轉(zhuǎn)換芯片TL16C554擴(kuò)展4個(gè)串口的設(shè)計(jì)，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(xiàng)目分析

物流終端——雙頻讀寫器設(shè)計(jì)的整個(gè)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。信息處理平臺(tái)采用了磐儀EmCORE-N513單片機(jī)，這個(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-232串口、并口、2個(gè)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(tái)，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(dòng)及應(yīng)用軟件幾乎不用做修改就能夠移植到AMD GX1 平臺(tái)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(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的成熟度，以及將來(lái)對(duì)更多頻段支持的特性要求，13.56MHz和915MHz模塊完全獨(dú)立，其中，13.56MHz模塊采用中距離識(shí)別，915MHz模塊實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離芯片讀寫。兩個(gè)模塊均接收來(lái)自信息平臺(tái)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(tái)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(guò)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(shí)支持以太網(wǎng)接口、GPRS、CDMA等多種不同的通信模式，也可以對(duì)通信模塊進(jìn)行功能定制。無(wú)線模塊完成無(wú)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(wú)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(gè)串口提供給射頻讀寫器(UHF和HF模塊)和無(wú)線模塊(GPRS和CDMA)，故決定通過(guò)設(shè)計(jì)擴(kuò)展子板來(lái)提供這4個(gè)模塊與CPU的接口。

多串口擴(kuò)展模塊的設(shè)計(jì)

由于GPRS模塊與CDMA模塊需要較多的控制信號(hào)及很高的波特率，單片機(jī)上的串口無(wú)法直接提供，采用常用的串口擴(kuò)展芯片(如GM8125)無(wú)法滿足要求，最終采用了單片機(jī)上提供的PC/104接口，通過(guò)并/串轉(zhuǎn)換芯片TL16C554來(lái)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(duì)外提供豐富的接口控制信號(hào)，用它來(lái)擴(kuò)展子板可使邏輯控制相對(duì)簡(jiǎn)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(hào)線路如圖3所示。其內(nèi)部有4個(gè)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(guò)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(hào)A0~A2、讀寫控制信號(hào)/IOR、/IOW、4通道片選信號(hào)/CSx、復(fù)位信號(hào)來(lái)控制；中斷邏輯單元輸出各通道的中斷請(qǐng)求信號(hào)INTx，并發(fā)送接收中斷準(zhǔn)備好信號(hào)/TXRDY、/RXRDY；時(shí)鐘電路由XTAL1及XTAL2外接晶振產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，或從外部輸入時(shí)鐘信號(hào)。

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(duì)設(shè)計(jì)的測(cè)試非常方便。其提供的3態(tài)輸出數(shù)據(jù)及控制信號(hào)具有TTL驅(qū)動(dòng)能力。

TL16C554對(duì)數(shù)據(jù)的收發(fā)及控制通過(guò)其內(nèi)部寄存器的操作來(lái)實(shí)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(lái)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(yàn)位或無(wú)奇偶校驗(yàn)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(hào)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(hào)；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(hào)；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(dòng)后的數(shù)據(jù)信號(hào)；ADDR[15：0]是PC/104的A[15：0]經(jīng)74AHC245驅(qū)動(dòng)后的地址信號(hào)，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(gè)串口通道的片選信號(hào)，譯碼器的片選信號(hào)由PC/104的AEN提供；INT_UARTA~D是來(lái)自4個(gè)串口的收發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)后送往PC/104的中斷請(qǐng)求端IRQx，同時(shí)，INT_UARTA~D通過(guò)4與門，輸出到PC/104與TL16C554之間的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(dòng)后的復(fù)位及讀寫控制信號(hào)；XTAL1、XTAL2接外部晶振，提供芯片工作所需的時(shí)鐘。RXRDY、TXRDY是接收及發(fā)送準(zhǔn)備好信號(hào)，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(tái)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(jì)完成并交付課題的合作單位－中科院，在RFID項(xiàng)目中使用。實(shí)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(diǎn)在于，通過(guò)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(wú)線通信能力，實(shí)現(xiàn)了與UHF和HF兩個(gè)頻段讀寫模塊的通信要求?！?/P>

參考文獻(xiàn):
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