基于多串口擴展技術的定點剖面觀測系統設計

摘要：為了滿足定點剖面測量系統多個串口通信的需要，設計了一種基于ATmegal28L的多串口擴展電路。詳細介紹了該電路的硬件設計和部分軟件代碼。該電路將TI公司的異步串口芯片TLl6C754用于ATmegal128L的串口擴展，可以擴展4路串口。擴展的串口分別與海流計、CTD、浮力調節系統、水聲通信系統連接，進行串口通信，傳送控制指令和測試數據。實際應用證明，該電路設計可靠，穩定性好，解決了ATmegal128L在串行通信系統中的串口數量的局限性。

關鍵詞：ATmegal28L； 串口擴展； TLl6C754； 定點剖面

中圖分類號：TN71034文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2012)04019802

Design of fixed point section measuring system based on multiserialport expansion technology

XU Liangbo

(710 Institute， CSIC， Yichang 443003， China)

Abstract： In order to provide the communication of multiple serialports for the fixed point section measuring system， the multiserialport expansion circuit based on ATmegal128L is designed. The hardware design and partial software codes is introduced in detail. The asynchronous serialport chip TLl6C754 of TI Corporation is adopted in the circuit expansion for Tmegal128L， which can be extend to four serial ports. The ATmegal128L connects and communicates with the ocean current meter，CTD， buoyancy adjusting system， underwater sound communication system by the serial ports. The control orders and test data are transferred between ATmegal128L and the equipments. Practical application proves that the circuit is stable and reliable， and overcomes the limitation of serialport quantity of ATmegal128L.

Keywords： ATmegal128LL; serial port expansion; TLl6C754; fixed point section

收稿日期：20110926

基金項目：國家“863”計劃資助項目（2006AA09A308）定點剖面測量系統是一種具備自動升降功能的錨系剖面觀測系統［1］，測量平臺可沿系留鋼索任意移動、進行剖面數據的循環采集，通過串口控制CTD［2］、海流計［3］、浮力調節系統、水聲通信系統協調工作，獲取海洋水體中不同剖面參數，并將測量結果存儲在存儲器中［4］，打撈出水后通過串口通信將測量數據讀出。定點垂直剖面測量系統串口通信框圖［5］如圖1所示，由于該系統集成了較多的測試設備，用到的串口較多，需要進行串口擴展，系統選用TI公司的TL16C754芯片來擴展系統的串口，TL16C754芯片由4路異步通信單元構成，每個通路都可以執行從外設接收數據的串/并行轉換和CPU發送數據的并/串轉換［6］。

1硬件設計

TLl6C754是T1公司生產的通用異步通信芯片，包含4個增強的TLl6C750異步通信單元［2］；每個通道具有獨立控制發送和接收；每個通道具有16 B先進先出存儲器FIFO［7］；具有可編程的串行數據發送格式；最高可達1 MBoud/s的波特率，波特率發生器可編程。主要引腳功能如下：A0～A2為片內寄存器的選擇信號；DO～D7為雙向8位數據線；CSA，CSB，CSC，CSD為片選信號，分別使能4個串行口讀/寫操作；INTA～INTD為4個串行口中斷輸出；RXA～RXD為串行數據輸入引腳；TXA～TXD為串行數據輸出引腳；TLl6C754內部共有12個寄存器，這些寄存器分別用來實現通信參數的設置、數據的發送和接收以及中斷管理等。

圖1定點剖面測量系統串口通信框圖單片機ATmega128L［3］與TLl6C754的硬件接口如圖2所示。TLl6C754的數據口與ATmega128L數據口相連，TLl6C754的片內寄存器的選擇信號A0，A1，A2分別與ATmega128L的地址線A0，A1，A2相連，ATmega128L的地址線和讀/寫信號通過CPLD的經過邏輯轉換后分別連接TL16C754的片選信號和讀/寫信號［8］，TL16C754中斷信號INTA，INTB，INTC，INTD分別接ATmega128L的中斷口INT0，INT1，INT2，INT3。在定點剖面測量系統中［9］，擴展的4個串口分別與CTD、海流計、浮力調節系統和水聲通信系統相連［10］。

圖2Atmegal28L串口擴展電路框圖2軟件設計

（1） TL16C554初始化。系統上電后需對TL16C554進行初始化，設置波特率、傳輸數據的幀格式、中斷允許位以及FIFO的控制等。以串口A為例串口的初始化程序如下：

void RS232AInit() /* 串口A初始化 */

（2） 系統軟件流程。系統軟件流程如圖3所示，布放到達設定的水深后，系統上電工作，進入工作流程，控制系統通過串口指令控制浮力調節減小浮力，測量平臺開始下降，在下降過程中，控制系統通過串口指令控制海洋設備測量海洋剖面參數并將數據記錄到大容量FLASH中，測量平臺到達設定海水深度后，增加浮力直到系統上浮，在上浮過程中，控制系統控制海洋設備測量海洋剖面參數［4］，測試結束后系統斷電。

3結語

在實際的應用中，串行通信在智能儀器系統數據通信中一直扮演極重要的角色具有線路簡單，應用靈活，可靠性高等優點，它不僅沒有因為技術的進步而被淘汰，反而呈現向速度等極限挑戰的趨勢，定點剖面測量系統使用異步串行芯片TLl6C554A完成了對ATmega128L的4路串口擴展，實踐證明，該硬件接口簡單、性能穩定、功耗小，可以推廣到其他的低功耗嵌入式系統中。

圖3定點剖面測量系統軟件框圖參考文獻

［1］徐良波，朱旭.定點剖面測量系統［J］．數據采集和處理，2008（23）：205207．

［2］趙進平．發展海洋監測技術的發展與思考［M］．北京：海洋出版社，2001．

［3］Nobska Development Corporation. MAVS3 operations manual \\[M\\]. \\[S.l.\\]: Nobska Development Corporation 2006.

［4］Falmouth Scientific， INC．Low power CTD operation manual \\[M\\]: \\[S.l.\\]: Falmouth Scientific， INC， 2003.

［5］RBR Corporation. Submersible data logger user's manual \\[M\\]. \\[S.l.\\]: RBR Corporation， 2007.

［6］Atmel Corporation. Highperformance， lowpower AVRR 8bit microcontroller datasheet \\[M\\]. \\[S.l.\\]: Atmel Corporation， 2003.

［7］International Rectifier， Inc．IR2110/IR2113 datasheet \\[M\\]. \\[S.l.\\]: International Rectifier， Inc， 2002．

［8］SAMSUNG Electronics Corporation. 256M×8bit / 128 M×16 Bit / 512M×8bit NAND flash memory datasheet \\[M\\]. \\[S.l.\\]: SAMSUNG Electronics Corporation， 2003.

［9］TI Inc. NE555 datasheet \\[M\\]. USA: TI Inc， 2005.

［10］Analog Devices Inc. 16bit， 1 MSPS CMOS ADC AD7671 datasheet \\[M\\]. USA: Analog Devices Inc， 2003．