TMS320VC5402和PC機(jī)的UART研究與設(shè)計(jì)

1  引言

    TMS320VC5402以其低成本、低功耗、資源多的特點(diǎn)在通信、控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。片上集成了最大192kB存儲(chǔ)空間(64kB RAM、64kB ROM、64kB I/O)，具有時(shí)分多路串口TMD，2個(gè)緩沖串口BSP、8位并行主機(jī)接口HPI、可編程等待狀態(tài)發(fā)生器等，完全可以滿足數(shù)據(jù)處理及控制要求?；?5402構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的是各種數(shù)據(jù)通信接口的設(shè)計(jì)。與并口相比，串行接口的特點(diǎn)是減少器件引腳數(shù)目，節(jié)省了硬件系統(tǒng)的體積，降低了接口設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。實(shí)際應(yīng)用中，各系統(tǒng)之間需要實(shí)現(xiàn)異步串行數(shù)據(jù)傳輸和通信，而DSP5402具有同步串口，與標(biāo)準(zhǔn)的異步串行接口不同，本文針對(duì)這種應(yīng)用，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了DSP5402和PC機(jī)的異步串行通信。

2  串行通信和DSP5402串口

    在工業(yè)控制和實(shí)際應(yīng)用中，串行通信的應(yīng)用已非常普遍，圖1示出常見的三種232通信方式，在此筆者選用短距離有線傳輸方式。目前，大多數(shù)PC機(jī)的串口采用 RS-232標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25腳的DB25連接器，實(shí)際上RS-232的25條引線有許多是很少用的，所以目前較為常用的串口有9針和25 針，在普通電路設(shè)計(jì)中最為簡(jiǎn)單且常用的是三線制接法，即在通信中不需要RS-232的控制聯(lián)絡(luò)信號(hào)，采用發(fā)送數(shù)據(jù)(TXD)、接收數(shù)據(jù)(RXD)、地 (GND)三腳相連，便可實(shí)現(xiàn)全雙工異步串行通信，本文即采用此法實(shí)現(xiàn)PC與DSP的串行通信。

                        圖1     三種RS-232通信方式

    由于RS-232中沒有時(shí)鐘信號(hào)，所以按照設(shè)定的固定波特率傳送。在一信號(hào)中包括開始位、停止位和數(shù)據(jù)位，校驗(yàn)位可以選擇。其中數(shù)據(jù)位為5-8bits，奇偶校驗(yàn)位共有5種方式可選:奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)、始終為1、始終為0以及空;停止位也有三種選擇:1位、11/2位以及2位。串口傳數(shù)時(shí)低位優(yōu)先，由開始位表示數(shù)據(jù)傳輸。

    DSP5402有2個(gè)多緩沖的同步串口，通過幀信號(hào)來控制數(shù)據(jù)流。每一個(gè)串口有6個(gè)信號(hào):CLKR/X:接收、發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，DR/DX:接收、發(fā)送串行數(shù)據(jù)信號(hào)，F(xiàn)SR/FSX:接收、發(fā)送幀同步信號(hào);串行接口有5個(gè)寄存器:數(shù)據(jù)接收寄存器(DRR)、數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器(DXR)、串行接口控制寄存器 (SPC)、數(shù)據(jù)接收移位寄存器(RSR)、數(shù)據(jù)發(fā)送移位寄存器(XSR)，其中3個(gè)存儲(chǔ)器映射寄存器(SPC、DXR和DRR)和2個(gè)程序不能直接訪問的寄存器(RSR和XSR)來操作，RSR和XSR在執(zhí)行雙緩沖功能時(shí)很有用。發(fā)送數(shù)據(jù)寫到DXR中，而接收數(shù)據(jù)從DRR中讀取。其各寄存器配置及控制請(qǐng)參考文獻(xiàn)[2]。

3  DSP和PC機(jī)串口通信的軟硬件實(shí)現(xiàn)

3.1  DSP和PC機(jī)UART硬件連接

    由上所述，PC機(jī)的異步串口和DSP5402的同步串口在數(shù)據(jù)格式以及傳送控制上有區(qū)別，但是通過必要的硬件控制和軟件模擬就可實(shí)現(xiàn)DSP5402與標(biāo)準(zhǔn)串口間的通信。DSP5402和PC機(jī)的UART實(shí)現(xiàn)主要有二種硬件方法和二種軟件模擬方法。硬件方法如下:基于MAX3100的同步轉(zhuǎn)異步實(shí)現(xiàn)和利用 DSP5402 I/O模擬時(shí)序法。

     MAX3110E內(nèi)部集成了全功能UART和內(nèi)置電泵電容以及土15kV ESD保護(hù)的RS-232收發(fā)器。其中，UART部分采用兼容SPITM/QSPITM/MICROWIRETM的串行接口，因而可節(jié)省線路板空間和微控制器的I／0引腳。由于RS-232部分使用了特有的低壓差輸出級(jí)，從而使雙接收/發(fā)送接口能夠在高速通信、正常電源下提供真正的RS-232特性，而功耗僅600μA。通過MAX3110E可實(shí)現(xiàn)同步串行數(shù)據(jù)接口到異步串行通信口(RS-232)的轉(zhuǎn)換，它可直接與PC機(jī)的串行口(COM)相連。 MAX3110E具有尺寸小，價(jià)格低，功耗少，通信速率高等特點(diǎn)，因此有著較好的應(yīng)用前景。MAX3110E包括UART與RS-232兩個(gè)獨(dú)立的部分。其中，UART部分包括兼容于SPI的串行接口、可編程波特率發(fā)生器、發(fā)送緩沖器及發(fā)送移位寄存器、接收緩沖器及接收移位寄存器、8字節(jié)接收FIFO以及有四種可屏蔽中斷源的中斷產(chǎn)生器。而RS-232部分包括自帶電容的電泵，以及可由SHDN對(duì)其進(jìn)行硬件關(guān)斷的。

    MAX3110E通過SPI接口與DSP5402進(jìn)行16位數(shù)據(jù)的全雙工通信。DSP5402通過BDX線向MAX3110發(fā)送的16位串行數(shù)據(jù)序列中包括傳輸格式控制字，如波特率設(shè)置、中斷屏蔽、奇偶校驗(yàn)位等。DSP5402的McBSP串行接口工作于SPI模式時(shí)可直接與MAX3110進(jìn)行連接。 DSP5402的BDX1與MAX3110的DIN連接作為發(fā)送數(shù)據(jù)線，BDR1與DOUT連接作為接收數(shù)據(jù)線，發(fā)送同步脈沖信號(hào)BFSX1作為片選信號(hào)，發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)BCLKX1作為MAX3110的串行時(shí)鐘輸入，硬件接口圖如圖2所示:

           圖2     DSP5402和MAX3110硬件接口圖

    同時(shí)必須根據(jù)時(shí)序設(shè)置DSP5402的McBSP寄存器，此種UART方式才得以實(shí)現(xiàn)，時(shí)序圖如圖3所示:

                     圖3     MAX3110和DSP5402配合時(shí)序

     利用DSP5402 I/O模擬時(shí)序法分析如下:用定時(shí)器中斷來處理數(shù)據(jù)，用I/O口來配置作為輸入輸出，由于DSP5402單獨(dú)I/O引腳較少，節(jié)省資源，這里使用DSP5402的標(biāo)志位引腳XF和配合軟件得到實(shí)現(xiàn)，硬件原理圖如圖4所示:

                         圖4     硬件原理圖

3.2  DSP和PC機(jī)UART軟件實(shí)現(xiàn)

    對(duì)于基于MAX3100的同步轉(zhuǎn)異步實(shí)現(xiàn)DSP5402編程如下:

stm SPCR11，SPSA1   ; 配置SPCR11
stm #1800h，MCBSP1 
stm SPCR21，SPSA1 ; 配置SPCR21
stm #0000h，MCBSP1
stm PCR1， SPSA1  ; 配置PCR1
stm #0a0ch，MCBSP1
stm RCR11，SPSA1 ; 配置RCR11
stm #0040h，MCBSP1
… …       ; 配置RCR21
stm XCR11，SPSA1 ; 配置XCR11
stm #0040h，MCBSP1
… …    ; 配置XCR21
stm SRGR11，SPSA1   ; 配置SRGR11
stm #0027h，MCBSP1 
… …    ; 配置SRGR21
rpt #20 ; 等待2個(gè)CLKSRG時(shí)鐘周期
nop
stm SPCR21，SPSA1 ; 配置SPCR21
stm #0040h，MCBSP1
; 啟動(dòng)MCBSP1采樣率發(fā)生器
rpt #20 ; 等待2個(gè)CLKG時(shí)鐘周期
nop  
stm SPCR11，SPSA1
stm #1801h，MCBSP1 ; 啟動(dòng)接收
stm SPCR21，SPSA1 ; 配置SPCR21
stm #0041h，MCBSP1 ; 啟動(dòng)MCBSP1發(fā)送端
stm SPCR21，SPSA1 ; 配置SPCR21
stm #00c1h，MCBSP1 ; 啟動(dòng)幀同步脈沖
rpt #80 ; 等待8個(gè)CLKG時(shí)鐘周期
nop
ld  #0h，A
stm #0c042h，DXR11   
; 配置MAX3110，2個(gè)停止位
 
    配置完成即可發(fā)送數(shù)據(jù)，接收程序只需依據(jù)模式配置相應(yīng)的接收寄存器。圖5示出測(cè)試界面。

                  圖5     串口調(diào)試助手測(cè)試界面

    對(duì)于I/O模擬方式軟件編程可以通過定時(shí)器中斷來設(shè)置通信波特率，對(duì)于DSP5402定時(shí)需設(shè)置TIM0、PRD0、TCR0三個(gè)寄存器，

    定時(shí)時(shí)間＝TX(1+TDDR)X(1+PRD)。

    同時(shí)還可以通過軟件延時(shí)來設(shè)置通信波特率，方法如下:

DELAY: stm #1004h，AR6    ;通信速率:1200bps
  banz $，*AR6-
  nop
  ret 

    其軟件模擬程序如圖6所示。

    二種軟件模擬在PC機(jī)上均需運(yùn)用串口調(diào)試助手測(cè)試，作者實(shí)現(xiàn)測(cè)試界面如圖6，為了滿足實(shí)際應(yīng)用需要，可以運(yùn)用VC編寫自己的軟件。

                   圖6     軟件模擬程序
 
4 結(jié)束語

    主要討論了TMS320VC5402和PC之間實(shí)現(xiàn)UART的方法，利用同步串口實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、易行、穩(wěn)定; 利用軟件模擬不需專用硬件，靈活、方便、成本低，各自滿足自己的需求，二種方法均已測(cè)試通過，此思想對(duì)研究DSP5402和串口有一定的參考價(jià)值。