基于PC/104模塊的多串口通信擴展設計與工程實現

2005年2月A

摘要：應用PC/104模塊486DX和EMM-8M-XT實現多串口通信。擴展后，10個串口可以同時進行全雙工通信。結合工程實例，給出系統結構、軟硬件設計方法以及多串口通信在DOS平臺上的典型應用。
關鍵詞：多串口擴展；軟硬件設計；工程實現
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、信號線數量少等優點，因而倍受青睞。
基于PC/104模塊的嵌入式系統，串行通信是常用的通信方式之一。通過串行數據端口，可以實現PC/104與PC機以及PC/104模塊之間的通信。無人機飛控系統是一個典型的多外設平臺，因此工程設計中必須解決多串行口數據通信問題，完成數據采集或信號傳輸。在其它工程應用中，研究多串口數據通信也尤其重要。應用PC/104模塊在嵌入式系統中擴展8個以上的串行端口，并同時進行雙工數據通信是本文要重點討論。

系統結構及硬件設計
    隨著技術的進步，PC/104結構的嵌入式模塊可以根據實際的要求通過簡單的搭積木的方法進行系統擴展，其豐富的功能模塊為設計人員帶來了諸多方便。在無人機飛行控制系統中，部分傳感器、測控終端、任務設備通常采用串行數據接口。本文將結合某型無人機飛控系統開發平臺，介紹應用486DX和EMM-8M-XT嵌入式模塊，實現多串口數據通信擴展設計的方法和工程應用情況。

    某型無人機飛控系統結構如圖1所示。實際使用中，CPU板和串口板通過PC104總線棧接，根據使用需要還外擴了AD/DA、DIO等其它功能模塊。本文僅對與串口相關的模塊進行介紹。系統CPU板自帶兩個串行口（P9~P10），外擴的串口板提供8個串行口（P1~P8）,分別完成不同的數據通信功能。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
與測控設備數據通信用
P3
RS422
接收GPS信息，發送初始信息
P4
RS485
采集航向角數據
P5
RS485
采集高度、空速數據
P6~P8
RS422
與3臺任務設備進行數據通信
P9
RS232
CPU板電子盤程序更新用
P10
RS232
飛控系統監測、航路裝定
圖1  系統結構框圖
486DX模塊
    486DX是一種高度集成、具有自棧結構、與IBM-PC/AT兼容的PC/104 CPU模塊。采用增強型的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器，帶擴展的工業標準ROM-BIOS及鍵盤喇叭接口。在板的外部接口包括一個PC/AT兼容的標準雙向并行口、兩個16550兼容的RS232串行通訊接口、一個用外接后備電池支持實時時鐘，應用EEPROM存儲BIOS參數設置，省去了大多數硬件配置跳線。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。
    本文設計的系統主要應用該模塊的兩個串行端口，端口1（P9）用于實現模塊電子盤上用戶程序的在線改寫，端口2（P10）主要用于飛控系統參數的實時監測和航路裝定。考慮到實際設計的系統中串口設備多，需要外擴串口模塊實現多串口通信。這里選用DIAMOND公司的EMM-8M-XT串口通信模塊來實現。
EMM-8M-XT模塊擴展設計
    EMM-8M-XT串口通信模塊，在板集成了兩個單元高性能的16C554控制芯片（相當于8個16C550），可以達到更高的通訊速率而無需占用過多的CPU資源，模塊的主要特點如下：