一種DSP通信接口的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

　　隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，過程控制領(lǐng)域在過去的兩個世紀(jì)里發(fā)生了巨大的變革。微處理器的普遍應(yīng)用和計(jì)算機(jī)可靠性的提高，使分布式控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，由多臺計(jì)算機(jī)和一些智能儀表以及智能部件實(shí)現(xiàn)的分布式控制是其最主要的特征，而數(shù)字傳輸信號也在逐步取代模擬傳輸信號。隨著微處理器的快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場成為可能，產(chǎn)生了以微處理器為核心，使用集成電路代替常規(guī)電子線路，實(shí)施信息采集、顯示、處理、傳輸以及優(yōu)化控制等功能的智能設(shè)備。設(shè)備之間彼此通信、控制，在精度、可操作性以及可靠性、可維護(hù)性等都有更高的要求。由此，導(dǎo)致了現(xiàn)場總線的產(chǎn)生。

　　現(xiàn)場總線是指以工廠內(nèi)的測量和控制機(jī)器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，也稱現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進(jìn)行特化的網(wǎng)絡(luò)。原來這些機(jī)器間的主體配線是ON/OFF、接點(diǎn)信號和模擬信號，通過通訊的數(shù)字化，使時間分割、多重化、多點(diǎn)化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化、節(jié)省配線（配線的共享）。

　　TI公司的TMS320LF2407型DSP微控制器以其處理能力強(qiáng)，外設(shè)功能模塊集成度高及存儲器容量大等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于數(shù)字化控制與通信領(lǐng)域。CAN總線控制器與TMS320LF2407微控制器連接，可以實(shí)現(xiàn)CAN總線的通信。TMS320LF2407微控制器內(nèi)嵌的異步串行口（SCI）支持CPU與其它使用標(biāo)準(zhǔn)格式的異步外設(shè)之間的數(shù)字通訊，通過RS-485接口可以方便地進(jìn)行DSP之間或DSP與PC機(jī)之間的異步串行通信。

　　RS-485是一種多發(fā)送器的接口標(biāo)準(zhǔn)，它擴(kuò)展了RS-422A的性能，允許雙絞線上一個發(fā)送器驅(qū)動32個負(fù)載設(shè)備，負(fù)載設(shè)備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器，RS-485最大傳輸距離為1200m，最大傳送速率可達(dá)10Mb/s。因此，RS-485在遠(yuǎn)程通信和多機(jī)總線系統(tǒng)中具有很大的吸引力，在實(shí)際設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。

　　本設(shè)計(jì)以PC機(jī)為主機(jī)，以TMS320LF2407為從機(jī)，實(shí)現(xiàn)了主從機(jī)之間的基于RS-485的串行通信，以及TMS320LF2407與CAN總線的通信。其中PC機(jī)與TMS320LF2407的RS-485通信，采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX48X/49X系列收發(fā)器芯片，完成RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口通信。由于PC機(jī)上提供的是標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C串行接口，因此，需要RS-232C/RS-485轉(zhuǎn)換器進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換。如圖1所示。應(yīng)用TMS320LF2407內(nèi)嵌的CAN模塊和總線接口芯片PCA82C250，實(shí)現(xiàn)了TMS320LF2407與CAN總線的串行通信。

　　CAN 是Controller Area Network 的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)"減少線束的數(shù)量"、"通過多個LAN,進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信"的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

　　2.TMS320LF2407的RS-485通信設(shè)計(jì)

　　TMS320F2407有較強(qiáng)的串行通信能力，設(shè)計(jì)到的控制類寄存器較多，這使系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較靈活。設(shè)計(jì)時，首先對控制類寄存器進(jìn)行初始化，包括數(shù)據(jù)格式、中斷使能、中斷優(yōu)先級、波特率等參數(shù)的設(shè)置。初始化完成以后，就可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)了。如果要發(fā)送數(shù)據(jù)，只要把數(shù)據(jù)寫入SCITXBUF即可，由串行通信SCI模塊自動完成發(fā)送數(shù)據(jù)。如果要接收數(shù)據(jù)，只要把SCIRXBUF的內(nèi)容讀出即可（從引腳SCIRXD/IO移位來的信息由串行通信SCI模塊本身自動去掉起始位、停止位、校驗(yàn)位，并將數(shù)據(jù)放到SCIRXBUF中）。代碼如下：

　　初始化TMS320LF2407的SCI模塊

　　3.上位機(jī)PC串行通信軟件設(shè)計(jì)

　　串行通信是指 使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時間長度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別使用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。串行通信是指計(jì)算機(jī)主機(jī)與外設(shè)之間以及主機(jī)系統(tǒng)與主機(jī)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的串行傳送。使用串口通信時，發(fā)送和接收到的每一個字符實(shí)際上都是一次一位的傳送的，每一位為1或者為0.

　　上位機(jī)PC采用高級語言VB的通信控件，實(shí)現(xiàn)串行通信。在VB5.0及以上版本中，提供了一個名為MSComm的通信控件，它為應(yīng)用程序提供基本的串行通信功能，可以通過串行接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

　　PC串行口發(fā)送器輸出端和接收器輸入端的數(shù)據(jù)格式為幀信息格式，與TMS320LF2407的SCI格式相同。通信時，雙方預(yù)先約定通信數(shù)據(jù)傳輸格式、傳輸速率及各自工作方式等。本文設(shè)計(jì)中雙方約定：波特率為9600bps。1幀信息格式為1個起始位、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位。傳送方式：PC機(jī)采用查詢方式接收數(shù)據(jù)，TMS320F240采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。

　　4.TMS320LF2407的CAN通信設(shè)計(jì)

　　TMS320LF2407 內(nèi)嵌的CAN模塊，是一個16 位的外圍器件，其通信特性有：（1）完全支持CAN2.0B協(xié)議;（2）具有6個郵箱，其中mailbox2與mailbox3可按工程需求配置為接收或發(fā)送郵箱，數(shù)據(jù)長度為0—8字節(jié);（3）當(dāng)發(fā)送出錯或仲裁過程中數(shù)據(jù)丟失時，該控制器具有自動重發(fā)功能;（4）能夠通過軟件編程實(shí)現(xiàn)自檢測功能。

　　4.1硬件設(shè)計(jì)

　　應(yīng)用TMS320LF2407微控制器組成一個CAN總線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行實(shí)時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。CAN控制器接口用于提供CAN協(xié)議控制器與物理總線之間的接口，總線接口芯片使用PHILIPS公司生產(chǎn)的PCA82C250，它可以方便的將CAN控制器連接到CAN總線網(wǎng)絡(luò)上。硬件系統(tǒng)分為兩層，第一層是CAN總線與TMS320LF2407的接口電路，實(shí)現(xiàn)CAN總線和TMS320LF2407的物理接口，第二層是TMS320LF2407與CAN總線的信息處理層。如圖2所示。

　　PCA82C250提供差分發(fā)送和對CAN控制器的差分接收，由于PCA82C250是5V電源供電，TMS320LF2407是用3.3V電源供電，因此采用電阻分壓來實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。其中R2，R3分別取1KΩ和2KΩ，R1取10KΩ。對于二極管D1選用具有快速恢復(fù)能力的肖特基二極管IN5819。

　　4.2軟件設(shè)計(jì)

　　4.2.1初始化CAN模塊

　　CAN模塊的初始化包括初始化位時間和初始化郵箱。

　　初始化位時間可按如下步驟進(jìn)行（如圖3所示）：

　?。?）在MCR寄存器中設(shè)置改變配置請求位：CANMCR=1000H;

　?。?）配置BCR寄存器：CANBCR2=0000H; CANBCR1=0157H;

　?。?）請求正常模式：CANMCR=0000H;

　　初始化郵箱可以按照如下步驟配置郵箱（如圖4所示）：

　?。?）禁止郵箱寫0到CANMDER：CANMDER=0000H;

　?。?）在CANMCR中設(shè)置改變數(shù)據(jù)域請求：CANMCR=0100H;

　　（3）改變郵箱內(nèi)容：數(shù)據(jù)可以只在發(fā)送郵箱中設(shè)置;

　?。?）返回正常模式：CANMCR=0000H;

　　（5）使能郵箱：CANMDER=0004H;

　　4.2.2 發(fā)送消息

　　為了實(shí)現(xiàn)CAN模塊的消息發(fā)送，需要按照以下步驟配置發(fā)送過程：

　?。?）對發(fā)送郵箱進(jìn)行初始化

　　禁止郵箱對CANMDER寫0：CANMDER=0000H;

　　在CANMCR中設(shè)置改變數(shù)據(jù)域請求：CANMCR=0100H;

　　對發(fā)送郵箱設(shè)置消息ID: CANMSGIDnH="0E00H";CANMSGIDnL=000FH;

　　設(shè)置消息控制域,即對CANMSGCTRLn進(jìn)行寫操作: CANMSGCTRLn="0008H";

　　創(chuàng)建消息并寫到CANMBXnA、CANMBXnB、CANMBXnC和CANMBXnD中：

　　CANMBXnA=0ABCDH;CANMBXnB=0123H;CANMBXnC=0EF32H;CANMBXnD=6789H;

　　重新設(shè)置CANMCR的第8位，請求正常操作：CANMCR=0000H;

　　允許郵箱對CANMDER寄存器進(jìn)行寫操作：CANMDER=0004H;

　?。?）設(shè)置TCR寄存器的TRS位，請求發(fā)送消息：TCR=0010H;

　?。?）等待發(fā)送確認(rèn)（TCR寄存器的TA=1）;

　　（4）重新設(shè)置TA和發(fā)送標(biāo)志：TCR=1000H;

　　4.2.3 接收消息

應(yīng)用CAN模塊接收外界消息時，需要對CAN控制器進(jìn)行如下設(shè)置：

　　（1）設(shè)置局部接收屏蔽寄存器。 LAM1H=8000H;

　?。?）設(shè)置郵箱標(biāo)識符和控制。

　　禁止郵箱對MDER寫0：CANMDER=0000H;

　　寫MCR寄存器申請改變數(shù)據(jù)域請求：CANMCR=0100H;

　　對發(fā)送郵箱設(shè)置消息ID: CANMSGIDnH="0E00H";CANMSGIDnL=000EH;

　　設(shè)置消息控制域：CANMSGCTRLn=0008H;

　　重置MCR第8位，請求正常操作：CANMCR=0000H;

　　允許郵箱寫MDER寄存器：CANMDER=0044H;

　?。?）等待接收確認(rèn)和CANIFR的郵箱中斷標(biāo)志。

　?。?）重置RMP和接收標(biāo)志，必須對RMP寫1: CANRCR="0040H";

圖3 初始化位時間編程流程圖

　　5.結(jié)論

　　本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)是：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，往往是由一臺主機(jī)控制多臺從機(jī)，上位機(jī)和下位機(jī)的遠(yuǎn)距離通信通過串行通信實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)綜合實(shí)現(xiàn)了PC主機(jī)與DSP從機(jī)的RS-485遠(yuǎn)距離通信接口和DSP從機(jī)與CAN現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)傳輸接口設(shè)計(jì)，同時具備主從機(jī)的遠(yuǎn)距離通信和CAN現(xiàn)場總線設(shè)備的實(shí)時通信功能，具有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮了DSP的CAN模塊和SCI模塊的作用,使得接口設(shè)計(jì)簡單，工作更加可靠。