基于多串口扩展技术的定点剖面观测系统设计
摘要：为了满足定点剖面测量系统多个串口通信的需要，设计了一种基于ATmegal28L的多串口扩展电路。详细介绍了该电路的硬件设计和部分软件代码。该电路将TI公司的异步串口芯片TLl6C754用于ATmegal128L的串口扩展，可以扩展4路串口。扩展的串口分别与海流计、CTD、浮力调节系统、水声通信系统连接，进行串口通信，传送控制指令和测试数据。实际应用证明，该电路设计可靠，稳定性好，解决了ATmegal128L在串行通信系统中的串口数量的局限性。
关键词：ATmegal28L； 串口扩展； TLl6C754； 定点剖面
中图分类号：TN71034文献标识码：A文章编号：1004373X(2012)04019802
Design of fixed point section measuring system based on multiserialport expansion technology
XU Liangbo
(710 Institute, CSIC, Yichang 443003, China)
Abstract： In order to provide the communication of multiple serialports for the fixed point section measuring system, the multiserialport expansion circuit based on ATmegal128L is designed. The hardware design and partial software codes is introduced in detail. The asynchronous serialport 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 serialport quantity of ATmegal128L.
Keywords： ATmegal128LL; serial port expansion; TLl6C754; fixed point section
收稿日期：20110926
基金项目：国家“863”计划资助项目（2006AA09A308）定点剖面测量系统是一种具备自动升降功能的锚系剖面观测系统［1］，测量平台可沿系留钢索任意移动、进行剖面数据的循环采集，通过串口控制CTD［2］、海流计［3］、浮力调节系统、水声通信系统协调工作，获取海洋水体中不同剖面参数，并将测量结果存储在存储器中［4］，打捞出水后通过串口通信将测量数据读出。定点垂直剖面测量系统串口通信框图［5］如图1所示，由于该系统集成了较多的测试设备，用到的串口较多，需要进行串口扩展，系统选用TI公司的TL16C754芯片来扩展系统的串口，TL16C754芯片由4路异步通信单元构成，每个通路都可以执行从外设接收数据的串/并行转换和CPU发送数据的并/串转换［6］。
1硬件设计
TLl6C754是T1公司生产的通用异步通信芯片，包含4个增强的TLl6C750异步通信单元［2］；每个通道具有独立控制发送和接收；每个通道具有16 B先进先出存储器FIFO［7］；具有可编程的串行数据发送格式；最高可达1 MBoud/s的波特率，波特率发生器可编程。主要引脚功能如下：A0～A2为片内寄存器的选择信号；DO～D7为双向8位数据线；CSA，CSB，CSC，CSD为片选信号，分别使能4个串行口读/写操作；INTA～INTD为4个串行口中断输出；RXA～RXD为串行数据输入引脚；TXA～TXD为串行数据输出引脚；TLl6C754内部共有12个寄存器，这些寄存器分别用来实现通信参数的设置、数据的发送和接收以及中断管理等。
图1定点剖面测量系统串口通信框图单片机ATmega128L［3］与TLl6C754的硬件接口如图2所示。TLl6C754的数据口与ATmega128L数据口相连，TLl6C754的片内寄存器的选择信号A0，A1，A2分别与ATmega128L的地址线A0，A1，A2相连，ATmega128L的地址线和读/写信号通过CPLD的经过逻辑转换后分别连接TL16C754的片选信号和读/写信号［8］，TL16C754中断信号INTA，INTB，INTC，INTD分别接ATmega128L的中断口INT0，INT1，INT2，INT3。在定点剖面测量系统中［9］，扩展的4个串口分别与CTD、海流计、浮力调节系统和水声通信系统相连［10］。
图2Atmegal28L串口扩展电路框图2软件设计
（1） TL16C554初始化。系统上电后需对TL16C554进行初始化，设置波特率、传输数据的帧格式、中断允许位以及FIFO的控制等。以串口A为例串口的初始化程序如下：
void RS232AInit() /* 串口A初始化 */
（2） 系统软件流程。系统软件流程如图3所示，布放到达设定的水深后，系统上电工作，进入工作流程，控制系统通过串口指令控制浮力调节减小浮力，测量平台开始下降，在下降过程中，控制系统通过串口指令控制海洋设备测量海洋剖面参数并将数据记录到大容量FLASH中，测量平台到达设定海水深度后，增加浮力直到系统上浮，在上浮过程中，控制系统控制海洋设备测量海洋剖面参数［4］，测试结束后系统断电。
3结语
在实际的应用中，串行通信在智能仪器系统数据通信中一直扮演极重要的角色具有线路简单，应用灵活，可靠性高等优点，它不仅没有因为技术的进步而被淘汰，反而呈现向速度等极限挑战的趋势，定点剖面测量系统使用异步串行芯片TLl6C554A完成了对ATmega128L的4路串口扩展，实践证明，该硬件接口简单、性能稳定、功耗小，可以推广到其他的低功耗嵌入式系统中。
图3定点剖面测量系统软件框图参考文献
［1］徐良波，朱旭.定点剖面测量系统［J］．数据采集和处理，2008（23）：205207．
［2］赵进平．发展海洋监测技术的发展与思考［M］．北京：海洋出版社，2001．
［3］Nobska Development Corporation. MAVS3 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. Highperformance, lowpower AVRR 8bit 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×8bit / 128 M×16 Bit / 512M×8bit 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. 16bit, 1 MSPS CMOS ADC AD7671 datasheet \[M\]. USA: Analog Devices Inc, 2003．
