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摘要：本文介绍了车辆行驶记录仪中串口扩展模块和倒车雷达模块的设计方案，提供两种简单适用的设计方案。
关键词：汽车电子；车辆行驶记录仪；串口扩展；倒车雷达
现今，汽车电子技术日益进步，GPS、倒车雷达几乎已成中高档汽车的标准配置，而且传统汽车中的很多传感器和控制方式都已使用电子电路，这就为实现车辆行驶记录仪提供了必要的条件。以下简要介绍国腾微电子公司的GM8125串口扩展IC和GM3101倒车雷达IC在车辆行驶记录仪中的应用。
车辆行驶记录通讯电路
本记录仪中，与通讯相关的主要包括以下几个部分：GPS全球定位模块、GPRS通讯模块、倒车雷达、打印机、文本／语音转换模块以及上位机通讯模块，它们都需要通过串口与ARM主控制器连接。因为主控制器串口数量有限，没有足够串口与各个子模块分别连接，故系统必须由串口扩展模块来完成串口扩展功能，本文利用GM8125实现串口扩展，它把主控制器的一个串口扩成5个。考虑到系统与上位机通讯的时候相对较少，所以与通讯量不多的倒车雷达共用一个串口，由主控制器的一个GPIO口来控制切换，使主控制器能同时与6个设备通讯。通讯电路框图如图1所示(图中省略了ARM与GM8125之间的控制信号连线)。
GM8125与ARM主控制器的连接
GM8125有两种工作模式：单通道模式和多通道模式。
当采用单通道模式工作时，GM8125等效于两组四选一多路选择器，它按照STADD0_2的设定把它从Rxd0收到的数据按相同波特率送到相应的Txd1_5引脚，同时按照SRADD0_2的设定把从它从Rxd1_5收到的数据按相同波特率送到Txd0主控制器。单通道模式不需要进行波特率和数据帧长的设置，主串口和子串口采用一对一通讯，每次只允许一个子串口与主串口通讯。单通道模式适合于以下场合：
A、系统运行过程中可以准确预见、或者可以准确设定从机发送数据给主控制器的时间；
B、呼叫／应答系统中从机不会主动向主机发送数据，只有在主机向从机请求数据时才有数据发送给主控制器；
C、从机需要通讯波特率非常高时，多通道模式下，主串口和各子串口采用一对多通讯，各子串口可以同时工作，自动响应接收数据，不需要主机控制接收，因此多通道模式主要用在从机发送数据时间不可控和要求实时收发数据的应用中。
在多通道模式下，在初始化时主控制器需要先向GM8125写配置寄存器来选择帧数据格式和波特率。每次要向一个子串口写数据前，先在STADD0_2引脚上设置好发送子串口地址，然后向GM8125写入串口数据，GM8125会自动把数据从相应的Txd引脚发送出去。需要注意的是，主控制器在向同一子串口写入两连续数据时，子串口至少要隔按照配置寄存器设定的格式和波特率发送完上一字节所需的时间，这可以通过延时来实现，也可以通过把STADD0 2设成000，然后连续发送5字节0来实现。
当GM8125的任意一个子串口接收到数据时，它将主动从Txd0引脚发送出来，同时在SRADD0_2引脚上输出相应的数据表明该数据对应的子串口序号。由于地址线在TXD0送出下一字节的第5位时改变，因此当主控制器的串口接收到了该数据后，应该立即去读取SRADD0_2的值以确定子串口号，否则有可能会造成数据与子串口号张冠李戴。
主控制器与GM8125的硬件连接方式如图2所示，主控制器通过8个GPIO分别与GM8125的Reset、MS和其它引脚相连。系统刚开始工作时，为了确保GM8125处理一个可知的波特率和数据格式，必须由主控制器主动对GM8125进行复位。
使用GM8125进行串口扩展具有以下优势：
·控制简单。芯片利用软件设置工作方式，最大限度地减少控制线，不需要占用太多主机的系统资源。
·应用灵活。芯片具备两种工作模式、多种工作波特率、10位或11位数据帧长可灵活选择。
·通用性强。芯片设计时充分考虑各种用户的需求，只需提供标准UART和10口即可与GM8125通讯，对控制器没有特殊要求，适用于大多数串口通讯系统。
·工作波特率高。芯片子串口在单通道模式下波特率支持20Mbps，多通道模式下支持38．4kbps。
·性能稳定。硬件实现串口比软件实现串口更能保证串行通讯的稳定性，同时每位数字采样16次，保证了数据的正确性。
·波特率误差小。输出波特率误差小于0．2％，输入波特率误差小于2．8％。
倒车雷达系统的集成
目前车载设备越来越趋向于将各子系统集成化，提高控制器和显示屏的利用率，因此各种车辆附加装置如胎压检测系统、倒车雷达系统等不再独立工作，而是和其他系统集成在一起以节约系统资源。例如本汽车行驶记录仪方案就将倒车雷达集成在本系统中。
GM3101倒车雷达专用控制芯片，用纯硬件ASIC方式实现倒车雷达主机功能，将倒车雷达需要的主要元件(控制器、运放电路、滤波电路等)都集成在了单一芯片中，外围只需接上超声波传感器和功率器件就可以实现整个系统功能，提高了系统集成度，也不需要软件编程，是目前最简单的一种倒车雷达实现方案。该芯片主要工作原理为定时向超声波探头发送驱动信号，同时接收超声探头回送的检测信号，根据发送和接收的时间差计算障碍物的距离，输出相应报警信号。该芯片主要特性包括：
·四路超声波探头接口，探头发送驱动信号5V@2mA。
·检测结果采用信号编码输出，报警信号包括：各探头检测到的障碍物距离危险等级信号、最近障碍物方位信号、最近障碍物距离信号及附加消息，信号电平5V。
·检测结果输出周期80ms。
·具有防声波衍射误报处理，提高报警信号的准确性。
·具有环境适应功能，提高报警功能的实用性。
·具有智能识别功能，可以忽略小物体，防止误报警。
·检测结果输出采用双线差分方式，提高数据传输的抗干扰性。
·工作环境温度：－40℃～+85℃。
用该芯片实现倒车雷达的电路设计可在国腾微电子公司网站查询，本文不再详细介绍。
作为车辆行驶记录仪中的一个模块，由于GM3101的检测结果是以标准异步串行方式输出，因此可以非常方便地用UART方式实现与主机系统的通讯，利用GM8125的扩展串口接收GM3101的检测结果，并将检测结果送回主控制器，由主控器负责解码并送给LCD模块显示，完成了多功能系统的集成。
参考文献
1．成都国腾微电子有限公司，GM3101数据手册
2．成都国腾微电子有限公司，GM8125数据手册
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
关键词：汽车电子；车辆行驶记录仪；串口扩展；倒车雷达
现今，汽车电子技术日益进步，GPS、倒车雷达几乎已成中高档汽车的标准配置，而且传统汽车中的很多传感器和控制方式都已使用电子电路，这就为实现车辆行驶记录仪提供了必要的条件。以下简要介绍国腾微电子公司的GM8125串口扩展IC和GM3101倒车雷达IC在车辆行驶记录仪中的应用。
车辆行驶记录通讯电路
本记录仪中，与通讯相关的主要包括以下几个部分：GPS全球定位模块、GPRS通讯模块、倒车雷达、打印机、文本／语音转换模块以及上位机通讯模块，它们都需要通过串口与ARM主控制器连接。因为主控制器串口数量有限，没有足够串口与各个子模块分别连接，故系统必须由串口扩展模块来完成串口扩展功能，本文利用GM8125实现串口扩展，它把主控制器的一个串口扩成5个。考虑到系统与上位机通讯的时候相对较少，所以与通讯量不多的倒车雷达共用一个串口，由主控制器的一个GPIO口来控制切换，使主控制器能同时与6个设备通讯。通讯电路框图如图1所示(图中省略了ARM与GM8125之间的控制信号连线)。
GM8125与ARM主控制器的连接
GM8125有两种工作模式：单通道模式和多通道模式。
当采用单通道模式工作时，GM8125等效于两组四选一多路选择器，它按照STADD0_2的设定把它从Rxd0收到的数据按相同波特率送到相应的Txd1_5引脚，同时按照SRADD0_2的设定把从它从Rxd1_5收到的数据按相同波特率送到Txd0主控制器。单通道模式不需要进行波特率和数据帧长的设置，主串口和子串口采用一对一通讯，每次只允许一个子串口与主串口通讯。单通道模式适合于以下场合：
A、系统运行过程中可以准确预见、或者可以准确设定从机发送数据给主控制器的时间；
B、呼叫／应答系统中从机不会主动向主机发送数据，只有在主机向从机请求数据时才有数据发送给主控制器；
C、从机需要通讯波特率非常高时，多通道模式下，主串口和各子串口采用一对多通讯，各子串口可以同时工作，自动响应接收数据，不需要主机控制接收，因此多通道模式主要用在从机发送数据时间不可控和要求实时收发数据的应用中。
在多通道模式下，在初始化时主控制器需要先向GM8125写配置寄存器来选择帧数据格式和波特率。每次要向一个子串口写数据前，先在STADD0_2引脚上设置好发送子串口地址，然后向GM8125写入串口数据，GM8125会自动把数据从相应的Txd引脚发送出去。需要注意的是，主控制器在向同一子串口写入两连续数据时，子串口至少要隔按照配置寄存器设定的格式和波特率发送完上一字节所需的时间，这可以通过延时来实现，也可以通过把STADD0 2设成000，然后连续发送5字节0来实现。
当GM8125的任意一个子串口接收到数据时，它将主动从Txd0引脚发送出来，同时在SRADD0_2引脚上输出相应的数据表明该数据对应的子串口序号。由于地址线在TXD0送出下一字节的第5位时改变，因此当主控制器的串口接收到了该数据后，应该立即去读取SRADD0_2的值以确定子串口号，否则有可能会造成数据与子串口号张冠李戴。
主控制器与GM8125的硬件连接方式如图2所示，主控制器通过8个GPIO分别与GM8125的Reset、MS和其它引脚相连。系统刚开始工作时，为了确保GM8125处理一个可知的波特率和数据格式，必须由主控制器主动对GM8125进行复位。
使用GM8125进行串口扩展具有以下优势：
·控制简单。芯片利用软件设置工作方式，最大限度地减少控制线，不需要占用太多主机的系统资源。
·应用灵活。芯片具备两种工作模式、多种工作波特率、10位或11位数据帧长可灵活选择。
·通用性强。芯片设计时充分考虑各种用户的需求，只需提供标准UART和10口即可与GM8125通讯，对控制器没有特殊要求，适用于大多数串口通讯系统。
·工作波特率高。芯片子串口在单通道模式下波特率支持20Mbps，多通道模式下支持38．4kbps。
·性能稳定。硬件实现串口比软件实现串口更能保证串行通讯的稳定性，同时每位数字采样16次，保证了数据的正确性。
·波特率误差小。输出波特率误差小于0．2％，输入波特率误差小于2．8％。
倒车雷达系统的集成
目前车载设备越来越趋向于将各子系统集成化，提高控制器和显示屏的利用率，因此各种车辆附加装置如胎压检测系统、倒车雷达系统等不再独立工作，而是和其他系统集成在一起以节约系统资源。例如本汽车行驶记录仪方案就将倒车雷达集成在本系统中。
GM3101倒车雷达专用控制芯片，用纯硬件ASIC方式实现倒车雷达主机功能，将倒车雷达需要的主要元件(控制器、运放电路、滤波电路等)都集成在了单一芯片中，外围只需接上超声波传感器和功率器件就可以实现整个系统功能，提高了系统集成度，也不需要软件编程，是目前最简单的一种倒车雷达实现方案。该芯片主要工作原理为定时向超声波探头发送驱动信号，同时接收超声探头回送的检测信号，根据发送和接收的时间差计算障碍物的距离，输出相应报警信号。该芯片主要特性包括：
·四路超声波探头接口，探头发送驱动信号5V@2mA。
·检测结果采用信号编码输出，报警信号包括：各探头检测到的障碍物距离危险等级信号、最近障碍物方位信号、最近障碍物距离信号及附加消息，信号电平5V。
·检测结果输出周期80ms。
·具有防声波衍射误报处理，提高报警信号的准确性。
·具有环境适应功能，提高报警功能的实用性。
·具有智能识别功能，可以忽略小物体，防止误报警。
·检测结果输出采用双线差分方式，提高数据传输的抗干扰性。
·工作环境温度：－40℃～+85℃。
用该芯片实现倒车雷达的电路设计可在国腾微电子公司网站查询，本文不再详细介绍。
作为车辆行驶记录仪中的一个模块，由于GM3101的检测结果是以标准异步串行方式输出，因此可以非常方便地用UART方式实现与主机系统的通讯，利用GM8125的扩展串口接收GM3101的检测结果，并将检测结果送回主控制器，由主控器负责解码并送给LCD模块显示，完成了多功能系统的集成。
参考文献
1．成都国腾微电子有限公司，GM3101数据手册
2．成都国腾微电子有限公司，GM8125数据手册
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”