高速DSP與PC實現(xiàn)串口通信的方法

數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor，DSP)在圖形圖像處理、高精度測量控制、高性能儀器儀表等眾多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，實際運用中，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)行存儲和處理。

　　T1公司的TMS320VC33微處理器具有性價比高，同時，該芯片的I/O電平、字長、運行速度、串口功能具有大多數(shù)DSP的共同特點。本文針對TMS320VC33與PC RS-232的通訊，分析三種具體的接口電路和軟件設(shè)計方法，實現(xiàn)高速DSP與低速設(shè)備的通訊：①通過TMS320VC33的通用I/O口實現(xiàn)通信;②通過TMS320VC33中可設(shè)置為通用I/O的串行引腳實現(xiàn)通信;③直接利用TMS320VC33的串口功能實現(xiàn)通信，在硬件和軟件設(shè)計的基礎(chǔ)上，完成相關(guān)試驗和調(diào)試，并達(dá)到預(yù)期的效果。

　　采用通用I/O口實現(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)校驗位、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引腳實現(xiàn)串行通信時，須依據(jù)RS232的通信協(xié)議并結(jié)合DSP硬件資源編寫相應(yīng)的DSP程序。

　　1.硬件設(shè)計

　　TMS320VC33微處理器共有10個引腳可配置為通用I/O口，其中XFO、XFl為專用的通用I/O口，通過軟件設(shè)計可實現(xiàn)XFO、XFl專用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TTL電平，TMS320VC33微處理器的INT2引腳為外部中斷腳，R10ut同時連接到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

　　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，一個起始位(0)、8位數(shù)據(jù)位、一個終止位(1)。數(shù)據(jù)傳輸時對起始位定時半位的時間，數(shù)據(jù)位第一位以后的定時周期設(shè)置為一個位的時間，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，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)傳輸錯誤，重新接收下一個數(shù)據(jù);若XF=0，則表示數(shù)據(jù)開始正常傳輸;然后將Rx-1，同步刷新Rx中的內(nèi)容，即Rx=Rx-1;同時，在TIMER0的周期寄存器和計數(shù)寄存器中存入定時整個位的時間常數(shù)，開定時器0的中斷，定時時間一到，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，則開始繼續(xù)接收新的數(shù)據(jù)，打開INT2，將TIMER0周期寄存器和計數(shù)寄存器中存放半位的時間參數(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口實現(xiàn)

　　1.硬件設(shè)計

　　TMS320VC33微處理器的串口引腳也可作為通用I/O口，通過對I/0口的操作即可實現(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

　　軟件設(shè)計與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。

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

　　串口功能實現(xiàn) 該方法直接利用TMS320VC33微處理器的串口功能實現(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)速率兩種類型，每種類型又分連續(xù)、標(biāo)準(zhǔn)和爆發(fā)三種方式。

　　1.硬件設(shè)計

　　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，每個字的傳送都由幀同步(FSX/FSR)信號開始，后面開始為數(shù)據(jù)位，其時序如圖4所示。TMS320VC33微處理器在爆發(fā)方式接收數(shù)據(jù)時，從幀同步信號后開始接收數(shù)據(jù)，并不再考慮FSR信號，在一幀信號傳輸?shù)淖詈笠晃粫r，F(xiàn)SR必須為低電平，否則將會被作為下一幀的幀同步信號位。

　　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信號經(jīng)一反相器后，再連接到DSP的DR和FSR引腳，同時加反相器后，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。

　　2.軟件設(shè)計

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

　?、僭贒SP接收時，接收信號同時連接到接收引腳DR和接收幀同步引腳FSR，故PC發(fā)送1幀信號的起始位是被用作接收幀同步信號，然后才開始接收數(shù)據(jù)，而且FSR引腳在接收幀的最后一位時必須為低電平，以滿足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，正好滿足FSR的要求。

　　②在DSP發(fā)送時，TMS320VC33微處理器的字長只能是8、16、24或32位，且不需要起始位、結(jié)束位;RS232的字長只能是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，同時空閑位不影響數(shù)據(jù)通信，同時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實現(xiàn)串口通信的方法可以為其它型號的高速DSP與PC之間實現(xiàn)通信提供參考。

　　另外，將MAX3232E芯片換成MAX485可實現(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，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸中抗干擾能力，對復(fù)雜環(huán)境的數(shù)據(jù)傳輸通訊有重要的應(yīng)用意義。