DSP與PC機(jī)串行通信接口設(shè)計及應(yīng)用

引言

tms320f24x是美國ti公司tms320系列定點(diǎn)數(shù)字信號處理器(dsp)之一，tms320f240是f24x系列面向數(shù)字控制芯片的典型代表。由于tms320f240并不具備人機(jī)界面，在實(shí)際使用過程中，需要為它提供一個人機(jī)接口或上層控制接口，以便于觀察控制效果或傳遞必要的控制信息。因此，實(shí)現(xiàn)tms320f240與pc之間串行通信接口的設(shè)計方法，具有較高的實(shí)用價值。

串行通信接口的硬件設(shè)計

f240芯片內(nèi)部集成了一個串行通信接口(sci)模塊，該模塊是一個標(biāo)準(zhǔn)的通用異步接收/發(fā)送(uart)通信接口，通信接口有scitxd(sci發(fā)送輸出引腳)和scirxd(sci接收輸入引腳)兩個外部引腳，引腳的信號電平為ttl類型。而pc機(jī)串口的異步串行通信基于rs232c標(biāo)準(zhǔn)，兩者的信號邏輯電平不一致，必須進(jìn)行信號電平轉(zhuǎn)換。選用內(nèi)部含有電壓倍增電路的電平變換芯片max232，max232有兩對收/發(fā)單元，實(shí)現(xiàn)dsp與pc之間的串口通信只需一對收/發(fā)單元即可，在完成dsp與pc的正常通信任務(wù)的基礎(chǔ)上，利用另外一對收/發(fā)單元，擴(kuò)展了實(shí)現(xiàn) pc與dsp的雙向復(fù)位功能。當(dāng)dsp控制器程序出錯、監(jiān)控對象異常或需要控制程序重新運(yùn)行時，可以直接從上位pc發(fā)控制指令，達(dá)到復(fù)位下位機(jī)的功能。同樣，也可以從dsp端復(fù)位pc或給pc發(fā)特定的命令信號。dsp與pc串行通信接口的硬件設(shè)計如圖1所示。

以rs232c通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，在保證通信準(zhǔn)確性的前提下，通信距離一般以不超過12m為宜，在工業(yè)控制現(xiàn)場很受限制。為保證硬件設(shè)計的兼容性和易擴(kuò)展性，能夠應(yīng)用于不同場合，在dsp硬件電路板端還采用了一個max489芯片，添加了一個rs485/rs422通信接口。

實(shí)際使用過程中，系統(tǒng)在選擇不同的通信標(biāo)準(zhǔn)時，切換十分方便。如圖1所示，當(dāng)跳線端子jump2與jump3的2、3腳短接時，scitxd接通 max232芯片的t1i引腳，scirxd接通max232芯片的r1o引腳，即dsp的通信接口與max232芯片相連，此時系統(tǒng)采用rs232c的通信標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)跳線端子jump2與jump3的1、2腳短接時，scitxd接通max489芯片的di引腳，scirxd接通max489芯片的ro引腳，即dsp的通信接口與max489芯片相連，此時系統(tǒng)采用rs485/422的通信標(biāo)準(zhǔn)，pc端只需添加一個rs232c/rs485轉(zhuǎn)換器即可進(jìn)行通信接口電平轉(zhuǎn)換。

通信接口的軟件設(shè)計

● 通信協(xié)議的設(shè)定

uart通信對噪音比較敏感，特別是脈沖邊沿抖動。所以，為了確保uart能夠正確工作，必須能夠檢測它的開始和結(jié)束字節(jié)。也就是說，需要一定的數(shù)據(jù)包格式，即使是使用一個uart端口，在這個數(shù)據(jù)包中的每一個字節(jié)也都要編成uart格式。因此在異步串行通信中，收、發(fā)雙方必須事先規(guī)定字符格式、采用的波特率，以及時鐘頻率和波特率的關(guān)系。

這些規(guī)定是通過初始化設(shè)置與串行通信有關(guān)的寄存器來實(shí)現(xiàn)的。本通信系統(tǒng)中，規(guī)定字符格式為：每一幀的數(shù)據(jù)占10位，一位奇校驗(yàn)位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。中間的8位數(shù)據(jù)位即為有效的通信傳輸字節(jié)。雙方的波特率設(shè)置為19200bps。同時，為了增強(qiáng)通信的可靠性，減少通信的誤碼率，規(guī)定了通信雙方收發(fā)數(shù)據(jù)包的協(xié)議如表1所示。

特征碼選用0xff、0xaa、0x55這3字節(jié)為發(fā)送數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)數(shù)據(jù)，這是因?yàn)檫@幾字節(jié)在傳輸噪聲中同時出現(xiàn)的幾率很小，特征碼起到向接收方表明有數(shù)據(jù)發(fā)送過來的作用，通知接收方可以開始接收有效數(shù)據(jù);字節(jié)數(shù)是數(shù)據(jù)包中除了字節(jié)數(shù)這一項(xiàng)之外，其他所有項(xiàng)字節(jié)的長度;有效數(shù)據(jù)字符串是通信發(fā)送方要傳送的有效數(shù)據(jù);校驗(yàn)和是數(shù)據(jù)包中除了校驗(yàn)和這一項(xiàng)之外所有項(xiàng)字節(jié)的無進(jìn)位累加和，用于校驗(yàn)通信是否正確。

同時，在通信過程中約定了雙方的軟件握手方法。為了不使通信過于復(fù)雜，提高通信速度，可以直接將握手信號0xff嵌入到數(shù)據(jù)包中。軟件握手協(xié)議規(guī)定如下：pc定時發(fā)送符合通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)包，dsp接收到的第四字節(jié)若為握手信號0xff，則將校驗(yàn)正確后的有效數(shù)據(jù)存儲，并從中分解有效字節(jié)信息，然后回送相同格式的數(shù)據(jù)包。若pc接收到的數(shù)據(jù)包的第四字節(jié)不是0xff，則摒棄該數(shù)據(jù)包。dsp與pc的通信流程圖如圖2所示。

● dsp端下位機(jī)sci通信程序的編制

在dsp端的軟件程序設(shè)計中，通過中斷方式接收pc發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包，握手并校驗(yàn)確認(rèn)后接收有效數(shù)據(jù)，再將pc所需的數(shù)據(jù)打包回送。基于dsp功能模塊化的特點(diǎn)，其串行通信匯編程序的編制主要分三個步驟：

(1)初始化設(shè)置時鐘源模塊，得到所需的cpuclk和sysclk(因?yàn)橛嬎悴ㄌ芈蕰r與之有關(guān));

(2)設(shè)置sci模塊，初始化各sci控制寄存器;

(3)編寫串行通信中斷服務(wù)子程序，即可完成dsp與pc之間的串行通信。

在串行通信中斷服務(wù)子程序的編制過程中，參考圖2所示的dsp與pc串行通信流程圖，即可完成正常的數(shù)據(jù)通信任務(wù)。如果需要利用軟件來實(shí)現(xiàn)dsp與pc的雙向復(fù)位，則可將圖1中的跳線端子jump1的1、2 腳短接，串口的dtr引腳通過上拉電阻接通電源，將jump4的2、3腳短接，max232的第二路收/發(fā)單元的發(fā)送引腳接通dsp的復(fù)位端 hostrest。系統(tǒng)上電之后，dtr呈現(xiàn)高電平狀態(tài)，若系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)dsp控制器的程序出錯、監(jiān)控對象異常時，可以通過在上位機(jī)端執(zhí)行特定的復(fù)位操作，在程序中使pc串口的dtr引腳狀態(tài)產(chǎn)生由低到高的電平變化，通過max232芯片的第二路通信收/發(fā)單元，將輸出電平傳遞給hostrest，最后提供給dsp的復(fù)位引腳rs，使得復(fù)位引腳rs上同樣出現(xiàn)低到高的電平變化，從而使dsp復(fù)位，下位機(jī)dsp控制程序得以重新運(yùn)行。同樣的，當(dāng)dsp 端自行檢測到通信數(shù)據(jù)不正常時，可以根據(jù)檢測結(jié)果，自行發(fā)送復(fù)位信號。通過指令clr xf，置位xf引腳為低電平，經(jīng)由max232芯片的第二路通信收/發(fā)單元，串口的cts引腳接收到低電平信號，pc端程序若查詢到cts電平出現(xiàn)由高到低的電平變化時(觸發(fā)comevcts事件)，自動改變程序運(yùn)行流程，使得pc端的通信程序重新開始，以期恢復(fù)通信的正常。當(dāng)然，也可以通過在dsp端改變xf引腳電平狀態(tài)，作為給pc發(fā)送的特定命令信號，相當(dāng)于在dsp與pc之間預(yù)留了一個相互聯(lián)系的通信接口。

● pc端上位機(jī)通信程序的編制

上位pc串行通信程序在windows 2000平臺下采用visual c++ 6.0實(shí)現(xiàn)。vc自帶的activex控件microsoft communications control，即mscomm控件，提供了對windows通信驅(qū)動程序的api函數(shù)接口，為應(yīng)用程序提供了通過串行口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法。因此直接在應(yīng)用程序中嵌入mscomm控件，可以方便地進(jìn)行計算機(jī)串口的通信管理。即只需設(shè)置mscomm控件的相應(yīng)屬性，調(diào)用控件的相應(yīng)方法和事件，按照通信協(xié)議的要求定時發(fā)送數(shù)據(jù)包，上位機(jī)即可完成相應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信任務(wù)。

mscomm控件提供下列兩種處理通信的方式：事件驅(qū)動方式和查詢方式。表2列出了mscomm控件的主要屬性并給出了這些屬性在程序中的設(shè)定值。上位pc一般采取事件驅(qū)動的方式接收來自于下位機(jī)dsp的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。事件驅(qū)動方式的工作原理類似于中斷，當(dāng)有通信事件發(fā)生時(如發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)等)，就會觸發(fā)oncomm事件，在該事件的處理函數(shù)中調(diào)用getcommevent()函數(shù)，通過返回值即可確定是哪類事件，再做出相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，完成雙方之間的通信。

結(jié)束語

通過串行口完成dsp與pc之間的通信，具有硬件接口簡單、數(shù)據(jù)傳送距離遠(yuǎn)以及開發(fā)周期短、成本低的特點(diǎn)，已經(jīng)成功應(yīng)用到研制的機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)中。本文介紹tms320f240與pc串行通信接口的設(shè)計方法具有一定的通用性，對tms320f241/f243/c242以及tms320lf2406 /lf2407等tms320f24x系列芯片具有很好的參考作用。

參考文獻(xiàn)

1 張雄偉.dsp芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用.電子工業(yè)出版社. 1997

2 tms320c2xx users guide. america. texas instruments. 1997

3 李朝青.pc機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社. 2001

4 向先波,張琴.tms320f24x的實(shí)時多中斷任務(wù)處理.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2003.12