TMS320F24x與PC機(jī)串行通信接口設(shè)計(jì)及應(yīng)用
引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/156778.htmTMS320F24x是美國ti公司tms320系列定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)之一,tms320f240是f24x系列面向數(shù)字控制芯片的典型代表。由于tms320f240并不具備人機(jī)界面,在實(shí)際使用過程中,需要為它提供一個(gè)人機(jī)接口或上層控制接口,以便于觀察控制效果或傳遞必要的控制信息。因此,實(shí)現(xiàn)tms320f240與pc之間串行通信接口的設(shè)計(jì)方法,具有較高的實(shí)用價(jià)值。
串行通信接口的硬件設(shè)計(jì)
f240芯片內(nèi)部集成了一個(gè)串行通信接口(sci)模塊,該模塊是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通用異步接收/發(fā)送(uart)通信接口,通信接口有scitxd(sci發(fā)送輸出引腳)和scirxd(sci接收輸入引腳)兩個(gè)外部引腳,引腳的信號(hào)電平為ttl類型。而pc機(jī)串口的異步串行通信基于rs232c標(biāo)準(zhǔn),兩者的信號(hào)邏輯電平不一致,必須進(jìn)行信號(hào)電平轉(zhuǎn)換。選用內(nèi)部含有電壓倍增電路的電平變換芯片max232,max232有兩對(duì)收/發(fā)單元,實(shí)現(xiàn)dsp與pc之間的串口通信只需一對(duì)收/發(fā)單元即可,在完成dsp與pc的正常通信任務(wù)的基礎(chǔ)上,利用另外一對(duì)收/發(fā)單元,擴(kuò)展了實(shí)現(xiàn)pc與dsp的雙向復(fù)位功能。當(dāng)dsp控制器程序出錯(cuò)、監(jiān)控對(duì)象異常或需要控制程序重新運(yùn)行時(shí),可以直接從上位pc發(fā)控制指令,達(dá)到復(fù)位下位機(jī)的功能。同樣,也可以從dsp端復(fù)位pc或給pc發(fā)特定的命令信號(hào)。dsp與pc串行通信接口的硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。
以rs232c通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信,在保證通信準(zhǔn)確性的前提下,通信距離一般以不超過12m為宜,在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)很受限制。為保證硬件設(shè)計(jì)的兼容性和易擴(kuò)展性,能夠應(yīng)用于不同場(chǎng)合,在dsp硬件電路板端還采用了一個(gè)max489芯片,添加了一個(gè)rs485/rs422通信接口。
實(shí)際使用過程中,系統(tǒng)在選擇不同的通信標(biāo)準(zhǔn)時(shí),切換十分方便。如圖1所示,當(dāng)跳線端子jump2與jump3的2、3腳短接時(shí),scitxd接通max232芯片的t1i引腳,scirxd接通max232芯片的r1o引腳,即dsp的通信接口與max232芯片相連,此時(shí)系統(tǒng)采用rs232c的通信標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)跳線端子jump2與jump3的1、2腳短接時(shí),scitxd接通max489芯片的di引腳,scirxd接通max489芯片的ro引腳,即dsp的通信接口與max489芯片相連,此時(shí)系統(tǒng)采用rs485/422的通信標(biāo)準(zhǔn),pc端只需添加一個(gè)rs232c/rs485轉(zhuǎn)換器即可進(jìn)行通信接口電平轉(zhuǎn)換。
通信接口的軟件設(shè)計(jì)
● 通信協(xié)議的設(shè)定
uart通信對(duì)噪音比較敏感,特別是脈沖邊沿抖動(dòng)。所以,為了確保uart能夠正確工作,必須能夠檢測(cè)它的開始和結(jié)束字節(jié)。也就是說,需要一定的數(shù)據(jù)包格式,即使是使用一個(gè)uart端口,在這個(gè)數(shù)據(jù)包中的每一個(gè)字節(jié)也都要編成uart格式。因此在異步串行通信中,收、發(fā)雙方必須事先規(guī)定字符格式、采用的波特率,以及時(shí)鐘頻率和波特率的關(guān)系。
這些規(guī)定是通過初始化設(shè)置與串行通信有關(guān)的寄存器來實(shí)現(xiàn)的。本通信系統(tǒng)中,規(guī)定字符格式為:每一幀的數(shù)據(jù)占10位,一位奇校驗(yàn)位,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位。中間的8位數(shù)據(jù)位即為有效的通信傳輸字節(jié)。雙方的波特率設(shè)置為19200bps。同時(shí),為了增強(qiáng)通信的可靠性,減少通信的誤碼率,規(guī)定了通信雙方收發(fā)數(shù)據(jù)包的協(xié)議如表1所示。
特征碼選用0xff、0xaa、0x55這3字節(jié)為發(fā)送數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)數(shù)據(jù),這是因?yàn)檫@幾字節(jié)在傳輸噪聲中同時(shí)出現(xiàn)的幾率很小,特征碼起到向接收方表明有數(shù)據(jù)發(fā)送過來的作用,通知接收方可以開始接收有效數(shù)據(jù);字節(jié)數(shù)是數(shù)據(jù)包中除了字節(jié)數(shù)這一項(xiàng)之外,其他所有項(xiàng)字節(jié)的長(zhǎng)度;有效數(shù)據(jù)字符串是通信發(fā)送方要傳送的有效數(shù)據(jù);校驗(yàn)和是數(shù)據(jù)包中除了校驗(yàn)和這一項(xiàng)之外所有項(xiàng)字節(jié)的無進(jìn)位累加和,用于校驗(yàn)通信是否正確。
同時(shí),在通信過程中約定了雙方的軟件握手方法。為了不使通信過于復(fù)雜,提高通信速度,可以直接將握手信號(hào)0xff嵌入到數(shù)據(jù)包中。軟件握手協(xié)議規(guī)定如下:pc定時(shí)發(fā)送符合通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)包,dsp接收到的第四字節(jié)若為握手信號(hào)0xff,則將校驗(yàn)正確后的有效數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并從中分解有效字節(jié)信息,然后回送相同格式的數(shù)據(jù)包。若pc接收到的數(shù)據(jù)包的第四字節(jié)不是0xff,則摒棄該數(shù)據(jù)包。dsp與pc的通信流程圖如圖2所示。
● dsp端下位機(jī)sci通信程序的編制
在dsp端的軟件程序設(shè)計(jì)中,通過中斷方式接收pc發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包,握手并校驗(yàn)確認(rèn)后接收有效數(shù)據(jù),再將pc所需的數(shù)據(jù)打包回送?;赿sp功能模塊化的特點(diǎn),其串行通信匯編程序的編制主要分三個(gè)步驟:
(1)初始化設(shè)置時(shí)鐘源模塊,得到所需的cpuclk和sysclk(因?yàn)橛?jì)算波特率時(shí)與之有關(guān));
(2)設(shè)置sci模塊,初始化各sci控制寄存器;
(3)編寫串行通信中斷服務(wù)子程序,即可完成dsp與pc之間的串行通信。
在串行通信中斷服務(wù)子程序的編制過程中,參考圖2所示的dsp與pc串行通信流程圖,即可完成正常的數(shù)據(jù)通信任務(wù)。如果需要利用軟件來實(shí)現(xiàn)dsp與pc的雙向復(fù)位,則可將圖1中的跳線端子jump1的1、2腳短接,串口的dtr引腳通過上拉電阻接通電源,將jump4的2、3腳短接,max232的第二路收/發(fā)單元的發(fā)送引腳接通dsp的復(fù)位端hostrest。系統(tǒng)上電之后,dtr呈現(xiàn)高電平狀態(tài),若系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)dsp控制器的程序出錯(cuò)、監(jiān)控對(duì)象異常時(shí),可以通過在上位機(jī)端執(zhí)行特定的復(fù)位操作,在程序中使pc串口的dtr引腳狀態(tài)產(chǎn)生由低到高的電平變化,通過max232芯片的第二路通信收/發(fā)單元,將輸出電平傳遞給hostrest,最后提供給dsp的復(fù)位引腳rs,使得復(fù)位引腳rs上同樣出現(xiàn)低到高的電平變化,從而使dsp復(fù)位,下位機(jī)dsp控制程序得以重新運(yùn)行。同樣的,當(dāng)dsp端自行檢測(cè)到通信數(shù)據(jù)不正常時(shí),可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,自行發(fā)送復(fù)位信號(hào)。通過指令clr xf,置位xf引腳為低電平,經(jīng)由max232芯片的第二路通信收/發(fā)單元,串口的cts引腳接收到低電平信號(hào),pc端程序若查詢到cts電平出現(xiàn)由高到低的電平變化時(shí)(觸發(fā)comevcts事件),自動(dòng)改變程序運(yùn)行流程,使得pc端的通信程序重新開始,以期恢復(fù)通信的正常。當(dāng)然,也可以通過在dsp端改變xf引腳電平狀態(tài),作為給pc發(fā)送的特定命令信號(hào),相當(dāng)于在dsp與pc之間預(yù)留了一個(gè)相互聯(lián)系的通信接口。
● pc端上位機(jī)通信程序的編制
上位pc串行通信程序在windows 2000平臺(tái)下采用visual c++ 6.0實(shí)現(xiàn)。vc自帶的activex控件microsoft communications control,即mscomm控件,提供了對(duì)windows通信驅(qū)動(dòng)程序的api函數(shù)接口,為應(yīng)用程序提供了通過串行口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法。因此直接在應(yīng)用程序中嵌入mscomm控件,可以方便地進(jìn)行計(jì)算機(jī)串口的通信管理。即只需設(shè)置mscomm控件的相應(yīng)屬性,調(diào)用控件的相應(yīng)方法和事件,按照通信協(xié)議的要求定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包,上位機(jī)即可完成相應(yīng)功能,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信任務(wù)。
mscomm控件提供下列兩種處理通信的方式:事件驅(qū)動(dòng)方式和查詢方式。表2列出了mscomm控件的主要屬性并給出了這些屬性在程序中的設(shè)定值。上位pc一般采取事件驅(qū)動(dòng)的方式接收來自于下位機(jī)dsp的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。事件驅(qū)動(dòng)方式的工作原理類似于中斷,當(dāng)有通信事件發(fā)生時(shí)(如發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)等),就會(huì)觸發(fā)oncomm事件,在該事件的處理函數(shù)中調(diào)用getcommevent()函數(shù),通過返回值即可確定是哪類事件,再做出相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理,完成雙方之間的通信。
結(jié)束語
通過串行口完成dsp與pc之間的通信,具有硬件接口簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)傳送距離遠(yuǎn)以及開發(fā)周期短、成本低的特點(diǎn),已經(jīng)成功應(yīng)用到研制的機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)中。本文介紹tms320f240與pc串行通信接口的設(shè)計(jì)方法具有一定的通用性,對(duì)tms320f241/f243/c242以及tms320lf2406/lf2407等tms320f24x系列芯片具有很好的參考作用。
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評(píng)論