DSP芯片基于SC16C750B的RS232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[1]。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)[2]；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。[3]

雖然tms320c32串口有多種工作方式[3,4]。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)[5]，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[6]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[6]，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)袷娇删幊蹋?

（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，更具體的資料可見文獻(xiàn) [6] 。

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[7]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＞

//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。