高速DSP與PC實(shí)現(xiàn)串口通信的方法

    數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)在圖形圖像處理、高精度測(cè)量控制、高性能儀器儀表等眾多領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，實(shí)際運(yùn)用中，通常須將DSP采集處理后的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)，然后進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。

    T1公司的TMS320VC33微處理器具有性?xún)r(jià)比高，同時(shí)，該芯片的I/O電平、字長(zhǎng)、運(yùn)行速度、串口功能具有大多數(shù)DSP的共同特點(diǎn)。

    本文針對(duì)TMS320VC33與PC RS-232的通訊，分析三種具體的接口電路和軟件設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)高速DSP與低速設(shè)備的通訊：

       ①通過(guò)TMS320VC33的通用I/O口實(shí)現(xiàn)通信；

       ②通過(guò)TMS320VC33中可設(shè)置為通用I/O的串行引腳實(shí)現(xiàn)通信;

       ③直接利用TMS320VC33的串口功能實(shí)現(xiàn)通信，在硬件和軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完成相關(guān)試驗(yàn)和調(diào)試，并達(dá)到預(yù)期的效果。 

    采用通用I/O口實(shí)現(xiàn)

    PC的RS-232接口按照設(shè)定的固定波特率傳送，RS-232串行口進(jìn)行通信采用三線式接法，即RX(數(shù)據(jù)接收)、TX(數(shù)據(jù)發(fā)送)、GND(地)三個(gè)引腳，PC機(jī)按幀格式發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，一幀通常包括1位起始位("0"電平)、5-8位數(shù)據(jù)位、1位(或無(wú))校驗(yàn)位、1位或1位半停止位("1"電平)，起始位表示數(shù)據(jù)傳送開(kāi)始，數(shù)據(jù)位為低位在前、高位在后，停止位表示一幀數(shù)據(jù)結(jié)束。

      TMS320VC33微處理器的串口幀格式?jīng)]有起始位和停止位，只有數(shù)據(jù)位，且數(shù)據(jù)位為高位在前、低位在后。利用TMS320VC33微處理器的通用I/O引腳實(shí)現(xiàn)串行通信時(shí)，須依據(jù)RS232的通信協(xié)議并結(jié)合DSP硬件資源編寫(xiě)相應(yīng)的DSP程序。

    1．硬件設(shè)計(jì) 
    TMS320VC33微處理器共有10個(gè)引腳可配置為通用I/O口，其中XFO、XFl為專(zhuān)用的通用I/O口，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)XFO、XFl專(zhuān)用I/O口與RS232的串行通信，電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。
  

    本文選用MAX3232E作為RS232C電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換芯片，R1in、T1out為RS232C電平，R1out、T1in為T(mén)TL電平，TMS320VC33微處理器的INT2引腳為外部中斷腳，R10ut同時(shí)連接到INT2和XF0，即可利用傳輸?shù)牡谝晃挥|發(fā)TMS320VC33微處理器的外部中斷。

     2．軟件設(shè)計(jì)

    假設(shè)系統(tǒng)已經(jīng)完成初始化，數(shù)據(jù)接收流程如圖2所示，設(shè)傳輸速率為9600bit/s，一個(gè)起始位("0")、8位數(shù)據(jù)位、一個(gè)終止位("1")。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)對(duì)起始位定時(shí)半位的時(shí)間，數(shù)據(jù)位第一位以后的定時(shí)周期設(shè)置為一個(gè)位的時(shí)間，保證每一位數(shù)據(jù)都在中間采樣，與傳統(tǒng)RS232串口傳輸方式不同，有利于降低傳輸?shù)恼`碼率。 
  

    數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，先判斷Rx是否為OAh，即判斷是不是傳輸起始位，若Rx=OAh，表明數(shù)據(jù)開(kāi)始傳輸；接著判斷XF0管腳的狀態(tài)是否為"O"，若XF0=1，則數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，重新接收下一個(gè)數(shù)據(jù)；若XF=0，則表示數(shù)據(jù)開(kāi)始正常傳輸；然后將Rx-1，同步刷新Rx中的內(nèi)容，即Rx=Rx-1；同時(shí)，在TIMER0的周期寄存器和計(jì)數(shù)寄存器中存入定時(shí)整個(gè)位的時(shí)間常數(shù)，開(kāi)定時(shí)器0的中斷，定時(shí)時(shí)間一到，程序進(jìn)入TIMER0的中斷服務(wù)子程序，再判斷Rx是不是終止位，若Rx為終止位，則開(kāi)始繼續(xù)接收新的數(shù)據(jù)，打開(kāi)INT2，將TIMER0周期寄存器和計(jì)數(shù)寄存器中存放半位的時(shí)間參數(shù)；若Rx不是終止位，則繼續(xù)接收數(shù)據(jù)位，直到Rx接收到終止位。

    數(shù)據(jù)發(fā)送程序與數(shù)據(jù)接收程序原理相同，此處略。

    串口引腳作為通用I/O口實(shí)現(xiàn)

    1．硬件設(shè)計(jì) 

    TMS320VC33微處理器的串口引腳也可作為通用I/O口，通過(guò)對(duì)I/0口的操作即可實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，將微處理器的數(shù)據(jù)接收引腳DR作為RS232的數(shù)據(jù)接收端，數(shù)據(jù)發(fā)送引腳DX作為RS232的數(shù)據(jù)發(fā)送端，電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖中MAX3232E的R2out與TMS320VC33微處理器的lNT1和DR相連。

  

    2．軟件設(shè)計(jì) 

    軟件設(shè)計(jì)與I/O口軟件原理相似，TMS320VC33微處理器串口寄存器將串口功能引腳DR、DX設(shè)置為通用I/O口功能，不實(shí)施串口功能，即DR、DX引腳的功能與圖1中XF0和XF1的功能相同，接收數(shù)據(jù)的流程與圖2原理相同。 

    需要說(shuō)明兩點(diǎn)：①將圖1和圖3硬件電路相組合，即可實(shí)現(xiàn)一片TMS320VC33微處理器與兩臺(tái)微機(jī)的同時(shí)通信；②TMS320VC33微處理器共有10個(gè)引腳可配置為通用I/O口，因此，利用TMS320VC33微處理器的內(nèi)部和外部中斷源、2個(gè)定時(shí)器、1個(gè)串口定時(shí)器和軟件定時(shí)等方式，可巧妙地實(shí)現(xiàn)1片TMS320VC33微處理器與多臺(tái)微機(jī)同時(shí)通信。

    串口功能實(shí)現(xiàn) 該方法直接利用TMS320VC33微處理器的串口功能實(shí)現(xiàn)通信。TMS320VC33微處理器的串行通信有固定數(shù)據(jù)速率和可變數(shù)據(jù)速率兩種類(lèi)型，每種類(lèi)型又分連續(xù)、標(biāo)準(zhǔn)和爆發(fā)三種方式。

    1．硬件設(shè)計(jì)

    本文與RS232接口的通信方式采用固定速率的爆發(fā)方式，在該方式下，每個(gè)字的傳送都由幀同步(FSX/FSR)信號(hào)開(kāi)始，后面開(kāi)始為數(shù)據(jù)位，其時(shí)序如圖4所示。TMS320VC33微處理器在爆發(fā)方式接收數(shù)據(jù)時(shí)，從幀同步信號(hào)后開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，并不再考慮FSR信號(hào)，在一幀信號(hào)傳輸?shù)淖詈笠晃粫r(shí)，F(xiàn)SR必須為低電平，否則將會(huì)被作為下一幀的幀同步信號(hào)位。

    TMS320VC33微處理器與標(biāo)準(zhǔn)串口間的通信硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示，同樣采用三線連接的電路。因PC起始位為低電平，TMS320VC33微處理器幀同步位為高電平，為使兩者統(tǒng)一，MAX3232E的R10ut信號(hào)經(jīng)一反相器后，再連接到DSP的DR和FSR引腳，同時(shí)加反相器后，數(shù)據(jù)相位和停止位都相應(yīng)變反，但是很容易用軟件方法還原數(shù)據(jù)信號(hào)。

    2．軟件設(shè)計(jì)

    軟件設(shè)計(jì)比前兩種方法更為簡(jiǎn)單，只需將串口的相應(yīng)寄存器位設(shè)置好，然后開(kāi)啟相應(yīng)中斷即可完成與PC的通信，此方法在接收時(shí)采用幀同步信號(hào)，誤碼率較低，是一種比較實(shí)用的方法。

        ①在DSP接收時(shí)，接收信號(hào)同時(shí)連接到接收引腳DR和接收幀同步引腳FSR，故PC發(fā)送1幀信號(hào)的起始位是被用作接收幀同步信號(hào)，然后才開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，而且FSR引腳在接收幀的最后一位時(shí)必須為低電平，以滿(mǎn)足TMS320VC33微處理器爆發(fā)方式串行通信的要求。PC采用上述發(fā)送幀格式，停止位反相后，正好滿(mǎn)足FSR的要求。

        ②在DSP發(fā)送時(shí)，TMS320VC33微處理器的字長(zhǎng)只能是8、16、24或32位，且不需要起始位、結(jié)束位；RS232的字長(zhǎng)只能是8位，且需要起始位和結(jié)束位。由圖5知，TMS320VC33微處理器的FSX采用內(nèi)部同步，DX引腳上為數(shù)據(jù)位，為符合PC接收的幀格式，需將數(shù)據(jù)位設(shè)置為16位，將最高位作為起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、6位空閑位，即符合PC幀格式為10位的通信要求，同時(shí)空閑位不影響數(shù)據(jù)通信，同時(shí)也正是由于有空閑位，所以采用固定速率的爆發(fā)方式。

  

    結(jié)論

    本文的TMS320VC33微處理器與PC實(shí)現(xiàn)串口通信的方法可以為其它型號(hào)的高速DSP與PC之間實(shí)現(xiàn)通信提供參考。

    另外，將MAX3232E芯片換成MAX485可實(shí)現(xiàn)DSP與RS-485接口的通信，即提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，增加了傳輸距離，同時(shí)，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸中抗干擾能力，對(duì)復(fù)雜環(huán)境的數(shù)據(jù)傳輸通訊有重要的應(yīng)用意義。