基于微處理器實(shí)現(xiàn)一對(duì)異步串口連接的接口設(shè)計(jì)

引言

美國(guó)TI（Texas Instruments）公司的系列DSP芯片采用哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用硬件乘法器、快速DSP指令，使其在數(shù)字信號(hào)處理，通信和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。TMS320C32是32位浮點(diǎn)處理器。它除了上述特點(diǎn)外，還具有增強(qiáng)型存儲(chǔ)器接口、靈活的啟動(dòng)裝載（boot loader）、可重定位的中斷矢量表、靈活的中斷方式和其他外設(shè)；其通信功能只包括片上集成的一個(gè)串口，但在設(shè)計(jì)中此串口一般被串行A/D或D/A芯片占用，或者被用于與另一片DSP芯片在“握手模式”（handshake mode）下直接連接。

雖然TMS320C32串口有多種工作方式。但通過串口相應(yīng)的寄存器并不能直接配置出符合RS232標(biāo)準(zhǔn)的通信串口，而RS通信串口是自動(dòng)化控制設(shè)備的一種基本通信方式，如PC機(jī)或其他各種基于微處理器的控制裝置。RS232標(biāo)準(zhǔn)在1991年被標(biāo)準(zhǔn)化組織EIA（Electronic Industries Association）重命名為EIA232標(biāo)準(zhǔn)，是一種異步串行通信標(biāo)準(zhǔn)，包括機(jī)械連接、信號(hào)功能、電壓特性和通信協(xié)議等幾個(gè)方面的規(guī)定。

采用1片SC16C750B UART芯片來完成TMS320C32的RS232串口的設(shè)計(jì)。此UART最高的串行數(shù)據(jù)速率可達(dá)3Mbps，引腳與TL16C750兼容，并且具有64字節(jié)接收和發(fā)送FIFOs以及自動(dòng)硬件流量功能。這些特征使串口通信更加高效、可靠。

1、 TMS320C32的RS232串口硬件設(shè)計(jì)

在基于微處理器開發(fā)的自動(dòng)控制裝置設(shè)計(jì)中，一般并不需要串行通信的長(zhǎng)距離傳輸，故普遍采用“零－Modem”方式（Null－Modem or Zero－Modem）實(shí)現(xiàn)一對(duì)異步串口連接。圖1為一種“零－Modem”連接方式（具體信號(hào)的意義可見RS232標(biāo)準(zhǔn)）。

由于RS232標(biāo)準(zhǔn)的異步通信規(guī)約數(shù)據(jù)幀都帶起始位和停止位，并且SC16C750B UART芯片具有自動(dòng)硬件流量控制功能，因此可以進(jìn)一步忽略與Modem相關(guān)的控制信號(hào)（DTR、DSR、CD、RTS、CTS），簡(jiǎn)化連接。

1.1 SC16C7550B UART芯片

SC16C750B為異步串行通信芯片，帶標(biāo)準(zhǔn)Modem接口，它具有以下主要特點(diǎn)：

（1）標(biāo)準(zhǔn)異步錯(cuò)誤位和幀格式位（起始位、停止位、奇偶校驗(yàn)位），并且?guī)袷娇?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/1315/" target="_blank">編程；

（2）軟件可選擇波特率；

（3）發(fā)送和接收各64字節(jié)FIFOs；

（4）發(fā)送、接收、線路狀態(tài)等中斷可獨(dú)立控制，并且中斷優(yōu)先級(jí)可額編程；

（5）獨(dú)立的接收時(shí)鐘。

（6）在5V工作電壓下，發(fā)送或接收速率可達(dá)5Mbps；

（7）自動(dòng)硬件流量控制

（8）4種可選擇接收中斷級(jí)別；

（9）標(biāo)準(zhǔn)Modem接口；

（10）引腳與ST16C450/550、TL16C450/550、PC16C450/550，軟件與SC16C750及TL16C750兼容。其他一些特點(diǎn)不再贅述。

SC16C750B主要引腳的功能如表1所列 。

1.2 硬件原理

硬件設(shè)計(jì)的總體思路：

（1）UART的地址被分配到TMS320C32的IOSTRB外部存儲(chǔ)器空間，片選信號(hào)對(duì)應(yīng)的地址即為UART的基地址。

（2）RXRDY、TXRDY分別作為接收、發(fā)送中斷信號(hào)，分別接C32的中斷外部引腳INT0、INT1、并且C32的中斷觸發(fā)方式設(shè)為低電平觸發(fā)。

（3）UART的TX、RX引腳均為CMOS電平，而RS232采用的是“負(fù)邏輯電平”。本設(shè)計(jì)采用1片MAX3232完成它們之間的電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)，其數(shù)據(jù)傳輸速率最高達(dá)1Mbps。

（4）使接收部分和發(fā)送部分的波特率相同，此時(shí)RCLK接BAUDOUT引腳。

（5）外部參考時(shí)鐘頻率為1.8432MHz。

1.3 UART擴(kuò)展RS232串口原理

依據(jù)上面的整體思路設(shè)計(jì)出硬件電路，如圖2所示。

圖2中的端口信號(hào)，如數(shù)據(jù)和地址總線、復(fù)位信號(hào)、中斷信號(hào)，完成與TMS320C32之間的連接。本設(shè)計(jì)中片選信號(hào)對(duì)應(yīng)TMS320C32的IOSTRB空間中的0x810100h，即SC16C750B的內(nèi)部寄存器的基地址。

2、 TMS320C32的RS232串口軟件功能設(shè)計(jì)

串口工作模式控制和數(shù)據(jù)收發(fā)都是通過TMS320C32對(duì)UART內(nèi)部相關(guān)寄存器的讀寫操作來完成的。因此，首先分析一下SC16C750B片內(nèi)寄存器的功能，然后確定在本設(shè)計(jì)中SC16C750B的工作模式，并且給出該串口的初始化程序、中斷發(fā)送程序和中斷接收程序。程序以C語言寫成。?

2.1 SC16C750B片內(nèi)寄存器

表2給出SC16C750B內(nèi)部寄存器的功能描述。寄存器各位意義可參見該芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

2.2 程序設(shè)計(jì)

首先初始化編程，以確定TMS320C32與SC16C750B之間的操作方式、數(shù)據(jù)傳輸幀格式、SC16C750B自身的工作模式、數(shù)據(jù)傳輸波特率的設(shè)置等工作。設(shè)定：

（1）SC16C750B工作DMA模式0（DMA mode 0）。在此模式下，每當(dāng)發(fā)送寄存器THR為空，TXRDY信號(hào)會(huì)降為邏輯低電平。只要接收寄存器RHR被裝載了一個(gè)字符，RXRDY會(huì)立刻降為邏輯低電平。

（2）TMS320C32與SC16C750B UART之間的操作方式采用中斷操作方式，中斷方式相對(duì)于查詢方式可以提高TMS3320C32的工作效率。TMS320C32的INT0中斷引腳接UART的RXRDY信號(hào)，INT1接TXRDY信號(hào)。這樣，由INT0、INT1對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)例程完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

（3）數(shù)據(jù)傳輸幀格式：數(shù)據(jù)字長(zhǎng)8位、2位停止位、偶校驗(yàn)。

（4）設(shè)置波特率。

在RS232電平邏輯中，串行數(shù)據(jù)速率（serial data rate）就在等于波特率（baud rate）。如果外部時(shí)鐘頻率（XTAL1 clock frequency）為1.8432MHz、波特率19 200bps時(shí)，對(duì)應(yīng)的波特率除數(shù)（divisor）為6。

用C語言開發(fā)［8］TMS320C32的串口通信程序。初始化程序如下：

＃include＜stdlib.h＞

＃include＜ioports.h＞ ［page］

//聲明SC16C750B寄存器的結(jié)構(gòu)

typedef struct{

uNSigned RHR；//接收保持寄存器

unsigned THR；//發(fā)送保持寄存器

unsigned IER；//中斷使能寄存器

unsigned FCR；//FIFO控制寄存器

unsigned ISR；//中斷服務(wù)狀態(tài)寄存器

unsigned LCR；//線路控制寄存器

unsigned MCR；//Modem控制寄存器

unsigned LSR；//線路狀態(tài)寄存器

unsigned MSR；//Modem狀態(tài)寄存器

unsigned SPR；//便箋寄存器

unsigned DLL；//波特率除數(shù)低字節(jié)鎖存器

unsigned DLM；//波特率除數(shù)高字節(jié)鎖存器

}SerialPort；

//SC16C750B的寄存器基地址為0x810100h

serialPort sp＝{

0x810100h，0x810100h，0x810101h，

0x810102h，0x810102h，0x810103h，

0x810104h，0x810105h，0x810106h，

0x810107h，0x810100h，0x810101h，

}；

void main（void）{　…

//波特率設(shè)置

outport（sp.LCR，0x80）； //LCR［7］＝0

outport（sp.DLL，0x06）； //波特率19 200bps

outport（sp.DLM，0x00）；

outport（sp.LCR，0x1F）； //數(shù)據(jù)幀格式

outport（sp.FCR，0xA1）； //DMA mode 0 outport（sp.IER，0x07）； //中斷使能

…

}

//INT0中斷服務(wù)例程——數(shù)據(jù)接收

unsigned char recvdata；

void c_int01（void）{

recvdata＝inport（sp，RHR）；

…

}

//INT1中斷服務(wù)例程——數(shù)據(jù)發(fā)送

void c_int02（void）{

outport（sp.THR，transdata）；

…

}

3 、結(jié)論

TMS320C32是一種高性價(jià)比的32位浮點(diǎn)DSP芯片，但其通信功能相對(duì)較弱。采用SC16C750B UART芯片擴(kuò)展TMS320C32的RS232串行口，用于實(shí)際溫度和壓力測(cè)控裝置中，經(jīng)驗(yàn)證，數(shù)據(jù)通信可靠。

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