基于DSP和单片机通信的液晶显示设计

2万 · 2012-10-21 23:41

引言
　　随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术得到了迅速的发展。数字控制使得电力电子变换控制更为灵活，在CPU 计算速度允许的情况下，可实现模拟控制难以做到的复杂控制算法，设计者可以根据自己的系统需求，方便地更改控制器参数，即便是在控制对象改变的情况下，也无需对控制器硬件做修改，只要改变某些软件参数即可，从而大大增强了系统的兼容性。随着DSP 的应用逐渐普及，用DSP 取代模拟电路中的专用PWM 集成电路，已广泛应用于UPS 和逆变器控制中。

　　作为智能化设备，液晶屏和键盘等人机交互装置是数字化电源系统所必不可少的。而DSP 的工作频率较高，读写周期很短，主要用于处理实时性要求苛刻、算法复杂的关键性任务，例如对功率开关管的控制，数据采集、分析、处理等，而液晶显示和键盘扫描的任务可由普通的51 系列单片机来完成，而DSP 和51 单片机间的数据交流可采用异步通信方式，即系统采用双CPU结构。
　　1 系统的结构原理
　　本文中所采用的DSP 和单片机型号分别是T I 公司的T MS320F2812 和MCS51 系列。在系统中， DSP实现与单片机的串口异步通信，单片机将用户的原始设置数据传输到DSP, 而DSP 将采集到的实时数据信息返回给单片机，单片机不断刷新液晶的显示。系统的基本结构如图1 所示。

图1 系统基本结构框图

　　1. 1 串口介绍
　　本文中DSP 是基于串行通信接口模块SCI 实现通信的。SCI 支持CPU 与其他使用标准格式的异步外设之间的数据通信。SCI 仅需要2 根数据线进行数据传输，虽然传输速度不快，但已经能满足一般的通信要求，而且外围接口电路非常简单。传输的数据长度在一定范围内也是可变的。
　　MCS51 系列单片机内部具有一个全双工串行口，该串行口有4 种工作方式，可以通过软件进行设置，由片内定时/ 计数器产生波特率。串行口的接收和发送数据均可以触发中断，并含有接收、发送缓冲器SBUF, 二者共用一个地址。
　　1. 2 单片机与DSP 的通信接口电路
　　SCI 接口分为RXD 和TXD 两个管脚，传统的2 个设备异步通信采用RS 232 或RS 485 的形式，须另配置对应的RS 232 和RS 485 驱动芯片。而本文所提及的采用双CPU 结构的数字化电源设备， DSP 和51 单片机位于同一设备内，距离较短，可省去RS 232 和RS 485驱动芯片，采用2 个CPU 的RXD 和TXD 直接交叉连接即可。但需注意的是，由于DSP 的工作电压为3. 3 V, 而MCS51 单片机的工作电压为5 V, 因此二者之间的通信电路需要进行电平转换，如图2 所示。

图2 电平转换电路

　　在该电路中，单片机的TXD 端电压高于DSP 的RXD 端，故仅需要使用分压电路，计算出合适的阻值即可满足要求，而从DSP 向单片机传送数据时，需要提升电平，因而采用了光耦电路，将电平提升到单片机的工作电平。这样就能以简单的电路实现电平的转换。需要注意的是，所采用的光耦速率要高于数据传输速率，这样才能保证数据准确高效的传输，以免出现数据丢失。 1. 3 单片机与DSP通信的软件实现
　　在异步通信中必须先规定3 件事：一是字符格式，即传输的每一帧数据的格式；二是通信双方要设置为相同的波特率，且该波特率能适应双方的时钟频率；三是通信双方要有约定的通信协议，也就是双方要互相确认后才能传输数据。
　　在本设计中， DSP 和单片机采用的数据帧格式是1 位起始位， 8 位数据位和1 位停止位。由于数据包采用校验和的方式进行校验，因而在数据帧格式中没有设置奇偶校验位。因而MCS51 单片机应设置工作在串口方式1 状态下，此时串行口为8 位异步通信接口。为了保证数据传输具有较高的速率，同时又有比较低的传输误码率，因而选择波特率为9600 b/ s。通过相应的波特率设置计算公式计算出DSP 和单片机的初始化时寄存器的初值，即可完成设置。这样就保证了通信双方帧格式的统一和波特率的统一，从而使数据通信正确、可靠[。
　　DSP 的串口初始化设置程序如下：
　　EALLOW;
　　GpioMuxReg s. GPGMUX. bit. SCIRXDB_GPIOG5 = 1;/ / 设置SCI??RX 引脚外设功能
　　GpioMuxReg s. GPGMUX. bit. SCIT XDB_GPIOG4 = 1;/ / 设置SCI??TX 引脚外设功能EDIS;
　　ScibRegs. SCICCR. all = 0x07; / / 1 位停止位，无奇偶校验，8 位字符长度，使用空闲线模式协议
　　ScibRegs. SCICTL1. all = 0x 03;/ / 使能发送和接收缓冲
　　ScibRegs. SCICTL2. all= 0x 02;/ / 使能RXRDY 中断，禁止T XRDY 中断
　　ScibRegs. SCIPRI. all = 0x0000;/ / 禁止接收错误中断和休眠模式
　　ScibRegs. SCIH BAUD= 0x01;/ / LSPCLK = 37. 5 MH z, 波特率设为9 600 b/ s
　　ScibRegs. SCILBAUD = 0xE1; ??
　　ScibRegs. SCICTL1. all = 0x 0023;/ / 重新使能SCI
　　51 单片机串口初始化程序如下：
　　TMOD= 0x 21;/ / 定时器1 工作在方式2, 用于产生0 串口的波特率

2万 · 2012-10-21 23:41

SCON= 0x 50;/ / 串行口0 工作在方式1, 允许接收，清标志位　　TH 0= 0xfd; / / 晶振12 MH z, 设置波特率为9 600 b/ s
　　TH 1= 0xfd; PS= 1; / / 串口中断优先
　　PCON| = 0x 00; / / 波特率不加倍
　　TR1= 1;
　　在本设计中，采用自己规定的通信协议，首先DSP发送出握手信号， C51 收到握手信号后，进入中断子程序，判断握手信号是否正确，若正确才握手成功，开始接收数据包，接收完成后对数据进行和校验，正确后刷新液晶的显示数据存储区；若错误则放弃本次数据，并将接收数据存储区清零，等待下一次通信。其程序流程图如图3 所示。

图3 DSP 和单片机的通信程序流程图

DSP 向单片机的定时发送程序如下：
　　ScibRegs. SCITXBUF = Sci_VarRx [ i] ;/ / 将数据包写入发送缓冲区
　　i+ + ; / / 依次发送数据包
　　if（ i= = 12） i= 0; / / 重新计数
　　IER | = M_INT1; / / 清除中断标志位
　　EINT;
　　PieCtr lReg s. PIEACK. all = PIEACK_GROUP1;
　　51 单片机串口中断服务程序如下：
　　Rx0_Buffer[ Rx0_Ptr] = SBUF; / / 读取数据到接收数组
　　RI= 0; / / 清除接收标志位
　　Rx0_Ptr+ + ; / / 计数加1
　　Rx_flag= 1;