電源：大功率UPS中DSP與單片機的串行通訊設計

標簽：不間斷電源 UPS 串行通信

1　引 言

隨著計算機系統(tǒng)、通訊設備的迅猛發(fā)展，不間斷電源UPS(uninterruptible power supply)的應用范圍越來越廣。銀行、證券、通信基站等等對于UPS的需求量也是與日俱增。本文主要介紹200KVAUPS中的DSP[1]與單片機的兩種串行通訊方式，實驗證明：兩種通訊方式均可以使DSP和單片機順利通訊，并且使得算法控制和監(jiān)控順利實現(xiàn)，均是行之有效的DSP與單片機的通訊方式。

目前，高速數(shù)字信號處理器(DSP，digital signal processor)

已經廣泛應用于工業(yè)控制，電機控制，航天宇航控制等諸多復雜控制系統(tǒng)中。在電力電子領域，由于各種開關功率器件開關頻率越來越高，開關損耗越來越小，所以普通的8位單片機并不能滿足要求，TI公司的TMS320F240系列單片機因其具有快速的處理能力在大功率開關管控制方面已經得到實踐認可，并在諸多復雜控制檢測系統(tǒng)中起到核心作用[4]。由于本系統(tǒng)中PFC整流電路以及逆變電路算法復雜，加之比較繁瑣的邏輯順序，所以分別需要一塊DSP對其進行控制。如果將監(jiān)控程序加入DSP中，鍵盤顯示以及數(shù)據存儲速度勢必要加入等待周期，同時會影響CPU的處理速度。所以，現(xiàn)大都采用另加一塊單片機對其進行監(jiān)控、鍵盤顯示、以及一些重要數(shù)據的備份。因此，在數(shù)字化UPS中串行通訊也顯得猶為重要。

2　MCS51單片機和TMS320F240的串行通訊

MCS51系列單片機內部具有一個全雙工串行口，該串行口有四種工作方式，可以利用軟件進行設置，由片內定時/計數(shù)器產生。串行口的接收發(fā)送數(shù)據均可以觸發(fā)中斷，并含有接收、發(fā)送緩沖器SBUF,兩個緩沖器共用一個字節(jié)地址。串行口是可編程的接口，對它的初始化只用兩個控制字分別寫入特殊功能寄存器SCON和電源控制寄存器PCON中即可。

TMS320F240中的串行外設接口(SPI)模塊，是一個高速、同步串行I/O口，它允許長度可編程的串行位流(1~8)位以可編程的位傳輸速度移入或移出器件。數(shù)據的傳輸需要三條線，即時鐘、發(fā)送和接收。串行通訊接口(SCI)模塊支持CPU和使用NRZ(Nonreturn-to-zero)的異步通訊設備之間的通訊，跟SPI不同的是SCI僅僅需要兩個I/O口進行數(shù)據傳輸，即發(fā)送端和接收端，所以在外圍硬件電路設計方面更容易實現(xiàn)。雖然外圍電路設計簡單可行，但是SCI數(shù)據傳輸?shù)乃俣容^SPI要差很多，因為SPI具有的時鐘線可以使得兩塊芯片達到真正意義上的同步，而通過SCI連接的兩塊芯片各自有自己的時鐘，這就使得傳輸速度受到影響(最高可達64kb/s),有些應用場所在傳輸距離很短(15m以內)的情況下通常使用較為容易實現(xiàn)的SCI異步串行通訊。但對傳輸速率要求較高，或傳輸距離要求較長的情況下通常使用SPI(1.2km,10Mb/s) 同步串行通訊。故雖本系統(tǒng)才用SCI進行通訊，同時給出SPI設計方法，通過對照比較達到靈活運用DSP串行通訊接口的效果。

3　SCI接口實現(xiàn)DSP與單片機的串行通訊

在利用SCI連接外圍芯片的時候通常需要外加接口芯片，常用的有MAXIUM公司的MAX232A和MAX485[3]等等。本文給出SCI經由MAX232A與單片機相連的，如圖1所示：

圖1 利用SCI實現(xiàn)的單片機與DSP通訊原理圖

MAX232A由監(jiān)控板上的普通+5V電壓供電，內部有一個電子槳電壓變換器，可以把輸入的+5V電源電壓變換成RS232C通訊的 10V電壓。這種芯片內部含有兩個發(fā)送器和兩個接收器，能夠滿足雙工發(fā)送器/接收器的電氣規(guī)范。并且此芯片可以完成RS232C電平到TTL/CMOS電平的轉換。

3.1 初始化設置

在異步通訊中必須先規(guī)定兩件事：一是字符格式，即規(guī)定每一陣數(shù)據的格式，二是采用波特率及時鐘頻率和波特率的關系。這些規(guī)定是通過初始化設置與串行通訊有關的寄存器來實現(xiàn)的。在TMS320F240中本系統(tǒng)中SYSCLK=24MHz，現(xiàn)選擇波特率為9600bps進行RS-232通信，確定波特率選擇寄存器的值BRR方法如下：

當BRR=1到65535時的串行通信接口異步波特率為：SCI異步波特率=SYSCLK/[(BRR+1) 8]其中BRR=SYSCLK/(SCI異步波特率 8)-1

當 BRR=0時的串行通信接口異步波特率為：SCI異步波特率=SYSCLK/16這里的BRR等于波特率選擇寄存器的16位值

根據上面公式計算得BRR=24 10 /(9600 8)-1=311.5 138H所以波特率選擇寄存器設置為SCIHBAUD=01H，SCILBAUD=38H

TMS320F240初始化程序如下：

LDP #00E0H 頁地址指針設置

SPLK #0017H,SCICCR;設定通訊格式每幀10數(shù)據

SPLK #0013H,SCICTL1;使能TX,RX

SPLK #0000H,SCICTL2;禁止RXINT,TXINT中斷

SPLK #0001H,SCIHBAUD;波特率設定為9600bit/s

SPLK #0038H,SCILBAUD;

SPLK #0033H,SCICTL1;使能SCI

MCS51單片機的特殊功能寄存器SCON定義了串行通信的方式選擇、接收和發(fā)送控制以及串行口的狀態(tài)標志等。初始化中將其設置成串口方式1，接收允許狀態(tài)。串口方式1收發(fā)的數(shù)據格式為1位起始位，8位數(shù)據位，1位停止位。SCON中的TI，RI位在初始化中置0，在發(fā)送、接收完一幀數(shù)據，硬件自動將其置1，中斷被響應后，TI、Ri不會自動清0，必須由軟件清0。其串行通信波特率由定時器T1溢出率獲得，

波特率的計算公式為：

上式中N是初值，SMOD是PCON中的位，

是時鐘頻率，則初始值

本系統(tǒng)中設定SMOD=1，

波特率為9600bit/s則計算

設定初始值為：(TH1)=(TL1)=0FCH。則MCS51單片機初始化程序如下：

MOV TMOD，#20H;T1工作于模式2

MOV TH1,#FCH;

MOV TL1,#FCH;賦計數(shù)初值，波特率為9600bit/s

MOV SCON,#50H;置串口方式1，每幀10數(shù)據，允許接收

MOV PCON，#80H;設SMOD=1

SETB TR1啟動定時器

3.2 TMS320F240利用SCI與MCS51單片機通信的軟件流程圖

圖2 TMS320F240利用SCI與MCS51單片機通信的軟件流程圖