基于DB25連接器實現(xiàn)和PC機(jī)的全雙工異步串行通信的軟硬件設(shè)計

1、引言

TMS320VC5402以其低成本、低功耗、資源多的特點在通信、控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。片上集成了最大192kB存儲空間（64kB RAM、64kB ROM、64kB I/O），具有時分多路串口TMD，2個緩沖串口BSP、8位并行主機(jī)接口HPI、可編程等待狀態(tài)發(fā)生器等，完全可以滿足數(shù)據(jù)處理及控制要求?；?5402構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的是各種數(shù)據(jù)通信接口的設(shè)計。與并口相比，串行接口的特點是減少器件引腳數(shù)目，節(jié)省了硬件系統(tǒng)的體積，降低了接口設(shè)計的復(fù)雜性。實際應(yīng)用中，各系統(tǒng)之間需要實現(xiàn)異步串行數(shù)據(jù)傳輸和通信，而DSP5402具有同步串口，與標(biāo)準(zhǔn)的異步串行接口不同，本文針對這種應(yīng)用，設(shè)計實現(xiàn)了DSP5402和PC機(jī)的異步串行通信。

2、 串行通信和DSP5402串口

在工業(yè)控制和實際應(yīng)用中，串行通信的應(yīng)用已非常普遍，圖1示出常見的三種232通信方式，在此選用短距離有線傳輸方式。目前，大多數(shù)PC機(jī)的串口采用 RS-232標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25腳的DB25連接器，實際上RS-232的25條引線有許多是很少用的，所以目前較為常用的串口有9針和25 針，在普通電路設(shè)計中最為簡單且常用的是三線制接法，即在通信中不需要RS-232的控制聯(lián)絡(luò)信號，采用發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）、接收數(shù)據(jù)（RXD）、地 （GND）三腳相連，便可實現(xiàn)全雙工異步串行通信，本文即采用此法實現(xiàn)PC與DSP的串行通信。

圖1　 三種RS-232通信方式

由于RS-232中沒有時鐘信號，所以按照設(shè)定的固定波特率傳送。在一信號中包括開始位、停止位和數(shù)據(jù)位，校驗位可以選擇。其中數(shù)據(jù)位為5-8bits，奇偶校驗位共有5種方式可選：奇校驗、偶校驗、始終為1、始終為0以及空;停止位也有三種選擇：1位、11/2位以及2位。串口傳數(shù)時低位優(yōu)先，由開始位表示數(shù)據(jù)傳輸。

DSP5402有2個多緩沖的同步串口，通過幀信號來控制數(shù)據(jù)流。每一個串口有6個信號：CLKR/X：接收、發(fā)送時鐘信號，DR/DX：接收、發(fā)送串行數(shù)據(jù)信號，F(xiàn)SR/FSX：接收、發(fā)送幀同步信號;串行接口有5個寄存器：數(shù)據(jù)接收寄存器（DRR）、數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器（DXR）、串行接口控制寄存器 （SPC）、數(shù)據(jù)接收移位寄存器（RSR）、數(shù)據(jù)發(fā)送移位寄存器（XSR），其中3個存儲器映射寄存器（SPC、DXR和DRR）和2個程序不能直接訪問的寄存器（RSR和XSR）來操作，RSR和XSR在執(zhí)行雙緩沖功能時很有用。發(fā)送數(shù)據(jù)寫到DXR中，而接收數(shù)據(jù)從DRR中讀取。

3、 DSP和PC機(jī)串口通信的軟硬件實現(xiàn)

3.1 DSP和PC機(jī)UART硬件連接

由上所述，PC機(jī)的異步串口和DSP5402的同步串口在數(shù)據(jù)格式以及傳送控制上有區(qū)別，但是通過必要的硬件控制和軟件模擬就可實現(xiàn)DSP5402與標(biāo)準(zhǔn)串口間的通信。DSP5402和PC機(jī)的UART實現(xiàn)主要有二種硬件方法和二種軟件模擬方法。硬件方法如下：基于MAX3100的同步轉(zhuǎn)異步實現(xiàn)和利用 DSP5402 I/O模擬時序法。

MAX3110E內(nèi)部集成了全功能UART和內(nèi)置電泵電容以及土15kV ESD保護(hù)的RS-232收發(fā)器。其中，UART部分采用兼容SPITM/QSPITM/MICROWIRETM的串行接口，因而可節(jié)省線路板空間和微控制器的I／0引腳。由于RS-232部分使用了特有的低壓差輸出級，從而使雙接收/發(fā)送接口能夠在高速通信、正常電源下提供真正的RS-232特性，而功耗僅600μA。通過MAX3110E可實現(xiàn)同步串行數(shù)據(jù)接口到異步串行通信口（RS-232）的轉(zhuǎn)換，它可直接與PC機(jī)的串行口（COM）相連。 MAX3110E具有尺寸小，價格低，功耗少，通信速率高等特點，因此有著較好的應(yīng)用前景。MAX3110E包括UART與RS-232兩個獨立的部分。其中，UART部分包括兼容于SPI的串行接口、可編程波特率發(fā)生器、發(fā)送緩沖器及發(fā)送移位寄存器、接收緩沖器及接收移位寄存器、8字節(jié)接收FIFO以及有四種可屏蔽中斷源的中斷產(chǎn)生器。而RS-232部分包括自帶電容的電泵，以及可由SHDN對其進(jìn)行硬件關(guān)斷的。

MAX3110E通過SPI接口與DSP5402進(jìn)行16位數(shù)據(jù)的全雙工通信。DSP5402通過BDX線向MAX3110發(fā)送的16位串行數(shù)據(jù)序列中包括傳輸格式控制字，如波特率設(shè)置、中斷屏蔽、奇偶校驗位等。DSP5402的McBSP串行接口工作于SPI模式時可直接與MAX3110進(jìn)行連接。 DSP5402的BDX1與MAX3110的DIN連接作為發(fā)送數(shù)據(jù)線，BDR1與DOUT連接作為接收數(shù)據(jù)線，發(fā)送同步脈沖信號BFSX1作為片選信號，發(fā)送時鐘信號BCLKX1作為MAX3110的串行時鐘輸入，硬件接口圖如圖2所示：

圖2 DSP5402和MAX3110硬件接口圖

同時必須根據(jù)時序設(shè)置DSP5402的McBSP寄存器，此種UART方式才得以實現(xiàn)，時序圖如圖3所示：

圖3　MAX3110和DSP5402配合時序

利用DSP5402 I/O模擬時序法分析如下：用定時器中斷來處理數(shù)據(jù)，用I/O口來配置作為輸入輸出，由于DSP5402單獨I/O引腳較少，節(jié)省資源，這里使用DSP5402的標(biāo)志位引腳XF和配合軟件得到實現(xiàn)，硬件原理圖如圖4所示：

圖4　硬件原理圖

3.2 DSP和PC機(jī)UART軟件實現(xiàn)

對于基于MAX3100的同步轉(zhuǎn)異步實現(xiàn)DSP5402編程如下：

stm SPCR11，SPSA1　 ; 配置SPCR11

stm #1800h，MCBSP1

stm SPCR21，SPSA1 ; 配置SPCR21

stm #0000h，MCBSP1

stm PCR1， SPSA1 ; 配置PCR1

stm #0a0ch，MCBSP1

stm RCR11，SPSA1 ; 配置RCR11

stm #0040h，MCBSP1

… …　　　 ; 配置RCR21

stm XCR11，SPSA1 ; 配置XCR11

stm #0040h，MCBSP1

… …　　; 配置XCR21

stm SRGR11，SPSA1　; 配置SRGR11

stm #0027h，MCBSP1

… …　　 ; 配置SRGR21

rpt #20 ; 等待2個CLKSRG時鐘周期

nop

stm SPCR21，SPSA1 ; 配置SPCR21

stm #0040h，MCBSP1

; 啟動MCBSP1采樣率發(fā)生器

rpt #20 ; 等待2個CLKG時鐘周期

nop

stm SPCR11，SPSA1

stm #1801h，MCBSP1 ; 啟動接收

stm SPCR21，SPSA1 ; 配置SPCR21

stm #0041h，MCBSP1 ; 啟動MCBSP1發(fā)送端

stm SPCR21，SPSA1 ; 配置SPCR21

stm #00c1h，MCBSP1 ; 啟動幀同步脈沖

rpt #80 ; 等待8個CLKG時鐘周期

nop

ld？ #0h，A

stm #0c042h，DXR11

; 配置MAX3110，2個停止位

配置完成即可發(fā)送數(shù)據(jù)，接收程序只需依據(jù)模式配置相應(yīng)的接收寄存器。圖5示出測試界面。

圖5　 串口調(diào)試助手測試界面

對于I/O模擬方式軟件編程可以通過定時器中斷來設(shè)置通信波特率，對于DSP5402定時需設(shè)置TIM0、PRD0、TCR0三個寄存器，

定時時間＝TX（1+TDDR）X（1+PRD）。

同時還可以通過軟件延時來設(shè)置通信波特率，方法如下：

DELAY： stm #1004h，AR6　　 ;通信速率：1200bps

banz $，*AR6-

nop

ret

其軟件模擬程序如圖6所示。

二種軟件模擬在PC機(jī)上均需運用串口調(diào)試助手測試，作者實現(xiàn)測試界面如圖6，為了滿足實際應(yīng)用需要，可以運用VC編寫自己的軟件。

圖6　 軟件模擬程序

4、 結(jié)束語

主要討論了TMS320VC5402和PC之間實現(xiàn)UART的方法，利用同步串口實現(xiàn)簡單、易行、穩(wěn)定; 利用軟件模擬不需專用硬件，靈活、方便、成本低，各自滿足自己的需求，二種方法均已測試通過，此思想對研究DSP5402和串口有一定的參考價值。

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