大功率UPS中DSP與單片機(jī)的串行通訊設(shè)計(jì)

1　引 言

隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊設(shè)備的迅猛發(fā)展，不間斷電源UPS(uninterruptible power supply)的應(yīng)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(jī)的兩種串行通訊方式，實(shí)驗(yàn)證明：兩種通訊方式均可以使DSP和單片機(jī)順利通訊，并且使得算法控制和監(jiān)控順利實(shí)現(xiàn)，均是行之有效的DSP與單片機(jī)的通訊方式。

已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制，電機(jī)控制，航天宇航控制等諸多復(fù)雜控制系統(tǒng)中。在電力電子領(lǐng)域，由于各種開關(guān)功率器件開關(guān)頻率越來越高，開關(guān)損耗越來越小，所以普通的8位單片機(jī)并不能滿足要求，TI公司的TMS320F240系列單片機(jī)因其具有快速的處理能力在大功率開關(guān)管控制方面已經(jīng)得到實(shí)踐認(rèn)可，并在諸多復(fù)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(fù)雜，加之比較繁瑣的邏輯順序，所以分別需要一塊DSP對其進(jìn)行控制。如果將監(jiān)控程序加入DSP中，鍵盤顯示以及數(shù)據(jù)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(jī)對其進(jìn)行監(jiān)控、鍵盤顯示、以及一些重要數(shù)據(jù)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(jī)和TMS320F240的串行通訊

MCS51系列單片機(jī)內(nèi)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(jìn)行設(shè)置，由片內(nèi)定時/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生。串行口的接收發(fā)送數(shù)據(jù)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(shè)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(jù)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(shè)備之間的通訊，跟SPI不同的是SCI僅僅需要兩個I/O口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即發(fā)送端和接收端，所以在外圍硬件電路設(shè)計(jì)方面更容易實(shí)現(xiàn)。雖然外圍電路設(shè)計(jì)簡單可行，但是SCI數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣容^SPI要差很多，因?yàn)镾PI具有的時鐘線可以使得兩塊芯片達(dá)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(dá)64kb/s),有些應(yīng)用場所在傳輸距離很短(15m以內(nèi))的情況下通常使用較為容易實(shí)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(jìn)行通訊，同時給出SPI設(shè)計(jì)方法，通過對照比較達(dá)到靈活運(yùn)用DSP串行通訊接口的效果。

3　SCI接口實(shí)現(xiàn)DSP與單片機(jī)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(jīng)由MAX232A與單片機(jī)相連的，如圖1所示：

圖1 利用SCI實(shí)現(xiàn)的單片機(jī)與DSP通訊原理圖

MAX232A由監(jiān)控板上的普通+5V電壓供電，內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)換。

3.1 初始化設(shè)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(jù)的格式，二是采用波特率及時鐘頻率和波特率的關(guān)系。這些規(guī)定是通過初始化設(shè)置與串行通訊有關(guān)的寄存器來實(shí)現(xiàn)的。在TMS320F240中本系統(tǒng)中SYSCLK=24MHz，現(xiàn)選擇波特率為9600bps進(jìn)行RS-232通信，確定波特率選擇寄存器的值BRR方法如下：

當(dāng)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(dāng) 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(jù)上面公式計(jì)算得BRR=24 10 /(9600 8)-1=311.5 138H所以波特率選擇寄存器設(shè)置為SCIHBAUD=01H，SCILBAUD=38H