用TL16C752B實(shí)現(xiàn)DSP和PC機(jī)的串行通信

摘要：介紹了TL16C752B的特點(diǎn)、性能和相關(guān)寄存器，給出了通過(guò)TL16C752B實(shí)現(xiàn)TMS320VC5421和PC機(jī)實(shí)時(shí)通信的方法。同時(shí)給出了串口通信部分的硬件應(yīng)用電路圖以及對(duì)TL16C752B進(jìn)行初始化的軟件實(shí)現(xiàn)程序。 關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理;通信接口;異步通信;TL16C752B;TMS320VC5421 1　引言 美國(guó)德州儀器公司(TI)的TMS320VC54XX系列DSP芯片與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)異步通信通常有兩種方法：第一種是使用通用I/O信號(hào)XF和BIO作為串口發(fā)送和接收信號(hào)，用軟件逐位發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，即軟件異步通信方法，這種方法需要占用很多CPU時(shí)間，因此，只能在DSP不太忙、實(shí)時(shí)性要求不高的情況下采用;第二種是通過(guò)擴(kuò)展異步通信芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)高速串行通信，本文選用的就是此方法。 在筆者設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)中的基帶處理子系統(tǒng)時(shí)，復(fù)用器與信道編碼器之間的通信采用的是異步串行通訊方案。復(fù)用器則使用通用PC機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，信道編碼器使用TI公司生產(chǎn)的DSP芯片TMS320VC5421來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

2　UART芯片TL16C752B簡(jiǎn)介[1] 2.1 主要特點(diǎn) TL16C752B是TI公司推出的新型UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter )收發(fā)器。該器件的主要特點(diǎn)如下： ●引腳和ST16C2550兼容，內(nèi)置兩套UART系統(tǒng)，可獨(dú)立工作; ●工作時(shí)，最高波特率可以達(dá)到1.5Mbps(使用24MHz晶體時(shí))或3Mbps(使用48MHz振蕩器或時(shí)鐘源時(shí)); ●具有64字節(jié)發(fā)送/接收FIFO(接收FIFO包含錯(cuò)誤標(biāo)志)。由于收、發(fā)FIFO的觸發(fā)等級(jí)可通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，因而減少了CPU的中斷次數(shù); ●接收FIFO的啟動(dòng)和停止等級(jí)可以通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn); ●具有兩種控制模式：其中軟件流控制模式可通過(guò)編程Xon/Xoff字符來(lái)實(shí)現(xiàn);而硬件流控制模式則可通過(guò)設(shè)置RTS和CTS引腳及相應(yīng)的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn); ●波特率可編程; ●可編程下列串行數(shù)據(jù)格式： ——5、6、7、8 四種字符; ——數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)或者無(wú)校驗(yàn); ——1、1.5、2bits 停止位; ●內(nèi)部閉環(huán)。

2.2 TL16C752B的引腳功能 TL16C752B內(nèi)含雙UART，并自帶64字節(jié)收發(fā)FIFO，可自動(dòng)進(jìn)行軟件流和硬件流控制，最大波特率可達(dá)3Mbps。此外，TL16C752B還提供了其它一些增強(qiáng)功能，可通過(guò)設(shè)定EFR寄存器的相關(guān)位來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)FIFO RDY 寄存器可讀取TXRDY/RXRDY引腳的狀態(tài);而通過(guò)片內(nèi)寄存器則可為使用者提供接收數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤識(shí)別、操作狀態(tài)以及MODEM的接口控制信號(hào)。 TL16C752B的引腳排列如圖1所示，各主要引腳的功能如下： A0～A2：地址線(xiàn)，通過(guò)這幾個(gè)引腳以及讀寫(xiě)信號(hào)IOR和IOW可以訪問(wèn)及設(shè)定片內(nèi)寄存器? D0～D7：雙向8位數(shù)據(jù)線(xiàn)? CSA、CSB：兩套UART的片選信號(hào)? TXA/RXA、TXB/RXB：分別表示所要發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)端口? INTA/INTB：中斷信號(hào)? RESET：芯片復(fù)位信號(hào)? XIN/XOUT：時(shí)鐘輸入/輸出信號(hào)。 2.3 TL16C752B的內(nèi)部寄存器 圖2所示是TL16C752B的內(nèi)部功能模塊圖，該器件內(nèi)部共有20個(gè)寄存器，這些寄存器可分別用于實(shí)現(xiàn)通信參數(shù)的設(shè)置、對(duì)線(xiàn)路及MODEM狀態(tài)的訪問(wèn)、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以及中斷管理等功能。其地址可分別通過(guò)A0～A2地址線(xiàn)和某些寄存器的特定位來(lái)確定，由于有些寄存器的地址是重疊的，所以還必須通過(guò)讀/寫(xiě)信號(hào)加以區(qū)分。TL16C752B內(nèi)部寄存器的映射如表1所列。表中： “*” 表示僅當(dāng)LCR的第7位為1時(shí)，訪問(wèn)DLL/DLH。 “** ”表示僅當(dāng)LCR為0xBF時(shí)，訪問(wèn)EFR以及Xon1/2，Xoff1/2。 “+” 表示當(dāng)EFR[4]為1，且MCR[6]為1時(shí)，訪問(wèn)TCR/TLR。 “++”表示當(dāng)片選信號(hào)有效、MCR[2]為1且處于非閉環(huán)模式時(shí)，訪問(wèn) FIFO RDY。 此外，對(duì)于MCR[7]，只有當(dāng)EFR[4]為1時(shí)才可以更改。在上述說(shuō)明中，[]表示該寄存器的第幾位。 表1 TL16C752B的內(nèi)部寄存器映射表 A[2] A[1] A[0] 讀 模 式寫(xiě) 模 式 0 0 0 接收保持寄存器(RHR)發(fā)送保持寄存器(THR) 0 0 1 中斷使能寄存器(IER) IER 0 1 0 中斷標(biāo)示寄存器(IIR) FIFO控制寄存器(FCR) 0 1 1 線(xiàn)路控制寄存器(LCR) LCR 1 0 0 MODEM控制寄存器(MCR) MCR 1 0 1 線(xiàn)路狀態(tài)寄存器(LSR) LSR 1 1 0 MODEM狀態(tài)寄存器(MSR) MSR 1 1 1 臨時(shí)寄存器(SPR) SPR 0 0 0 *除數(shù)鎖存低位(DLL) DLL 0 0 1 *除數(shù)鎖存高位(DLH) DLH 0 1 0 **增強(qiáng)功能寄存器(EFR) EFR 1 0 0 ** Xon-1字符值 Xon-1字符值 1 0 1 ** Xon-2字符值 Xon-2字符值 1 1 0 ** Xoff-1字符值 Xoff-1字符值 1 1 1 ** Xoff-2字符值 Xoff-2字符值 1 1 1 +傳輸控制寄存器(TCR) TCR 1 1 0 +觸發(fā)等級(jí)寄存器(TLR) TLR 1 1 1 ++FOFO狀態(tài)寄存器(FIFO RDY) FIFO RDY 2.4 TL16C752B工作流控制模式 TL16C752B有2種工作流控制模式：硬件流控制和軟件流控制。使用前者可降低軟件消耗，通過(guò)RTS和CTS引腳信號(hào)的硬件連接可自動(dòng)控制串行數(shù)據(jù)流，從而提高系統(tǒng)的有效性;后者則通過(guò)使用可編程的Xon/Xoff字符來(lái)自動(dòng)控制數(shù)據(jù)傳輸。本文主要介紹軟件流控制模式。 軟件流控制模式的使能可通過(guò)EFR和MCR這2個(gè)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同流模式的組合如表2所列(可通過(guò)設(shè)定EFR的低4位實(shí)現(xiàn))。 表2 軟件流控制模式 EFR[3] EFR[2] EFR[1] EFR[0] TX RX軟件流控制組合模式 0 0 X X 無(wú)發(fā)送流控制 1 0 X X 發(fā)送Xon1,Xoff1 0 1 X X 發(fā)送Xon2,Xoff2 1 1 X X 發(fā)送Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 X X 0 0 無(wú)接收流控制 X X 1 0 接收器比較Xon1,Xoff1 X X 0 1 接收器比較Xon2,Xoff2 1 0 1 1 發(fā)送Xon1,Xoff1;接收器比較Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 0 1 1 1 發(fā)送Xon2,X0ff2;接收器比較Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 1 1 1 1 發(fā)送Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2;接收器比較Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 0 0 1 1 無(wú)發(fā)送流控制;接收器比較Xon1,Xoff1;Xon2，Xoff2 具體工作流程(從接收的角度)為：接收時(shí)，若操作達(dá)到接收中斷等級(jí)，則產(chǎn)生中斷，但這時(shí)傳輸還在進(jìn)行(這里假設(shè)中斷有一定延時(shí));而當(dāng)RHR中的數(shù)據(jù)數(shù)目達(dá)到接收停止等級(jí)規(guī)定的數(shù)值時(shí)，接收端發(fā)送Xoff1/2，以通知發(fā)送端停止發(fā)送數(shù)據(jù)，這時(shí)接收端將讀取RHR中的數(shù)據(jù)。當(dāng)RHR中的數(shù)據(jù)數(shù)目降到接收啟動(dòng)等級(jí)規(guī)定的數(shù)值時(shí)，接收端發(fā)送Xon1/2，以通知發(fā)送端可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。 3　TL16C752B與PC的通信電路 TL16C752B與PC的串行通信部分的硬件連接電路如圖3所示。圖中，地址線(xiàn)A0～A2、數(shù)據(jù)線(xiàn)D0～D7分別和DSP的地址總線(xiàn)A0～A2、外部數(shù)據(jù)線(xiàn)D0～D7直接相連，而選通信號(hào)CSA/CSB、讀寫(xiě)信號(hào)IOR/IOW、復(fù)位信號(hào)RESET以及中斷信號(hào)INTA/B則接入CPLD并由CPLD處理。同時(shí)DSP端的PS、DS、IS、IOSTRB、R/ W、MSTRB也同時(shí)接入CPLD以用于生成控制信號(hào)。電路中使用CPLD一方面可以對(duì)UART的地址靈活配置，另一方面也可以靈活生成UART的復(fù)位、選通和讀寫(xiě)信號(hào)，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性，方便系統(tǒng)調(diào)試。 由于PC端串口采用RS232電平標(biāo)準(zhǔn)，因此UART之后需要連接MAX3221以完成電平轉(zhuǎn)換。TL16C752B的數(shù)據(jù)發(fā)送引腳和數(shù)據(jù)接收引腳分別與MAX3221的數(shù)據(jù)輸入引腳和數(shù)據(jù)輸出引腳連接。這里只使用一套UART來(lái)完成TL16C752B和PC的通信。數(shù)據(jù)收、發(fā)采用中斷方式，UART_INTA通過(guò)CPLD和TMS320VC5421的外部中斷INT0相連接。而3.072MHz晶振則連接到XIN和XOUT兩引腳。波特率設(shè)定為38400，故DLL/DLH分別為06和00h。 具體調(diào)試時(shí)，可先從查詢(xún)方式開(kāi)始，若沒(méi)有問(wèn)題，再使用中斷方式。 圖3 4　TL16C752B和PC通信的軟件編程 該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要包括PC機(jī)程序、DSP初始化、TL16C752B初始化和數(shù)據(jù)發(fā)送/接收以及雙方的通信協(xié)議等。下面介紹TL16C752B的初始化程序。 TL16C752B初始化程序主要包括以下幾部分： (1)波特率的設(shè)定; (2)增強(qiáng)功能的使能及設(shè)置EFR的相關(guān)位; (3)完成有關(guān)收、發(fā)FIFO的設(shè)定，主要是MCR/TCR/TLR 3個(gè)寄存器的設(shè)置; (4)軟件流控制模式使能以及Xon/Xoff字符的設(shè)置; (5)傳輸數(shù)據(jù)格式設(shè)定，包括8位數(shù)據(jù)位、2位停止位、DMA傳輸模式1、偶校驗(yàn)、不使用強(qiáng)制校驗(yàn)?zāi)Ｊ?、暫?？刂莆粺o(wú)效等; (6)設(shè)置FIFO控制以及中斷控制寄存器。 此外，在完成設(shè)置前，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： (1) 設(shè)定DLL和DLH前，LCR[7]應(yīng)為1。 (2) 設(shè)定MCR前，EFR[4]應(yīng)為1,LCR應(yīng)為00h。地址相重疊的寄存器不能同時(shí)使能。 (3) 讀寫(xiě)RHR和THR時(shí)，由于DSP的讀寫(xiě)速度很快，故最好不要連續(xù)讀寫(xiě)，而是在每讀、寫(xiě)一次后延時(shí)一段時(shí)間，然后再進(jìn)行下一次讀寫(xiě)。 (4) 這里，DMA只是一個(gè)名稱(chēng)，而并非是 “直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)”。 TL16C752B的地址分配在I/O空間的0020h～0027h，讀寫(xiě)通過(guò)PORTR和PORTW指令完成。TL16C752B初始化程序如下： ini_uart_start: ;設(shè)置 baud rate=38400 ; divi-sor=0006h stm #temp1_reg,ar1 nop st #80h;*ar1 ;除數(shù)鎖存使能 LCR=bfh portw *ar1，#k_LCR_addr st #k_DLL_value,*ar1 portw *ar1,#k_DLL_addr st #k_DLH_value，*ar1 portw *ar1,#k_DLH_addr ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; st #k_LCR_value?*ar1 ;LCR=bfh portw *ar1，#k_LCR_addr st #k1 EFR value?*ar1 ;增強(qiáng)功能使能 portw *ar1，#k_EFR_addr st #0，*ar1 ;設(shè)定LCR= 0 portw *ar1?#k LCR addr st #k_FCR_value，*ar1 ;設(shè)定FIFO控制寄存器 portw *ar1，#k_FCR_addr st #k_MCR_value，*ar1 ;設(shè)定MCR/TCR/TLR寄存器 portw *ar1，#k_MCR_addr st #k_TCR_value，*ar1 portw *ar1，#k_TCR_addr st #k_TLR_value，*ar1 portw *ar1，#k_TLR_addr st #k1_MCR_value，*ar1 portw *ar1，#k_MCR_addr st #k_LCR_value，*ar1 ;為訪問(wèn)Xon/Xoff/EFR，LCR重設(shè)定為BFh portw *ar1，#k_LCR_addr st #k_Xoff1_value，*ar1 ;設(shè)置軟件流控制 portw *ar1，#k_Xoff1_addr st #k_Xon1_value，*ar1 portw *ar1，#k_Xon1_addr st #k_Xoff2_value，*ar1 portw *ar1，#k_Xoff2_addr st #k_Xon2_value，*ar1 portw *ar1，#k_Xon2_addr st #k_EFR_value，*ar1 ;設(shè)置軟件流控制組合方式 portw *ar1，#k_EFR_addr st #k_LCR_dlatch_disable，*ar1 portw *ar1，#k_LCR_addr ;設(shè)定傳輸數(shù)據(jù)格式 st #k_IER_value，*ar1 ;設(shè)置中斷 portw *ar1，#k_IER_addr 5　結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)擴(kuò)展串口完成TMS320VC5421與PC機(jī)串行通信硬件接口比較簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)傳送距離遠(yuǎn)、使用經(jīng)濟(jì)。該電路及其軟件經(jīng)與微機(jī)的通信實(shí)驗(yàn)證明，在波特率為38400時(shí)，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通信。