关于如何实现高速DSP与PC串口通信的方法

只看该作者 · 2014-9-22 11:57

数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)在图形图像处理、高精度测量控制、高性能仪器仪表等众多领域得到越来越广泛的应用，实际运用中，通常须将DSP采集处理后的数据传送到PC机，然后进行存储和处理。　　T1公司的TMS320VC33微处理器具有性价比高，同时，该芯片的I/O电平、字长、运行速度、串口功能具有大多数DSP的共同特点。本文针对TMS320VC33与PC RS-232的通讯，分析三种具体的接口电路和软件设计方法，实现高速DSP与低速设备的通讯：①通过TMS320VC33的通用I/O口实现通信；②通过TMS320VC33中可设置为通用I/O的串行引脚实现通信;③直接利用TMS320VC33的串口功能实现通信，在硬件和软件设计的基础上，完成相关试验和调试，并达到预期的效果。
　采用通用I/O口实现
　　PC的RS-232接口按照设定的固定波特率传送，RS-232串行口进行通信采用三线式接法，即RX(数据接收)、TX(数据发送)、GND(地)三个引脚，PC机按帧格式发送、接收数据，一帧通常包括1位起始位("0"电平)、5-8位数据位、1位(或无)校验位、1位或1位半停止位("1"电平)，起始位表示数据传送开始，数据位为低位在前、高位在后，停止位表示一帧数据结束。
　　TMS320VC33微处理器的串口帧格式没有起始位和停止位，只有数据位，且数据位为高位在前、低位在后。利用TMS320VC33微处理器的通用I/O引脚实现串行通信时，须依据RS232的通信协议并结合DSP硬件资源编写相应的DSP程序。
　　1．硬件设计
　　TMS320VC33微处理器共有10个引脚可配置为通用I/O口，其中XFO、XFl为专用的通用I/O口，通过软件设计可实现XFO、XFl专用I/O口与RS232的串行通信，电路结构如图1所示。

　　本文选用MAX3232E作为RS232C电平与TTL电平的转换芯片，R1in、T1out为RS232C电平，R1out、T1in为TTL电平，TMS320VC33微处理器的INT2引脚为外部中断脚，R10ut同时连接到INT2和XF0，即可利用传输的第一位触发TMS320VC33微处理器的外部中断

只看该作者 · 2014-9-22 11:58

　2．软件设计
　　假设系统已经完成初始化，数据接收流程如图2所示，设传输速率为9600bit/s，一个起始位("0")、8位数据位、一个终止位("1")。数据传输时对起始位定时半位的时间，数据位第一位以后的定时周期设置为一个位的时间，保证每一位数据都在中间采样，与传统RS232串口传输方式不同，有利于降低传输的误码率。

　　数据传输时，先判断Rx是否为OAh，即判断是不是传输起始位，若Rx=OAh，表明数据开始传输；接着判断XF0管脚的状态是否为"O"，若XF0=1，则数据传输错误，重新接收下一个数据；若XF=0，则表示数据开始正常传输；然后将Rx-1，同步刷新Rx中的内容，即Rx=Rx-1；同时，在TIMER0的周期寄存器和计数寄存器中存入定时整个位的时间常数，开定时器0的中断，定时时间一到，程序进入TIMER0的中断服务子程序，再判断Rx是不是终止位，若Rx为终止位，则开始继续接收新的数据，打开INT2，将TIMER0周期寄存器和计数寄存器中存放半位的时间参数；若Rx不是终止位，则继续接收数据位，直到Rx接收到终止位。
　　数据发送程序与数据接收程序原理相同，此处略。
　　串口引脚作为通用I/O口实现
　　1．硬件设计
　　TMS320VC33微处理器的串口引脚也可作为通用I/O口，通过对I/0口的操作即可实现串行数据的接收和发送，将微处理器的数据接收引脚DR作为RS232的数据接收端，数据发送引脚DX作为RS232的数据发送端，电路结构如图3所示，图中MAX3232E的R2out与TMS320VC33微处理器的lNT1和DR相连。

只看该作者 · 2014-9-22 11:59

2．软件设计
　　软件设计与I/O口软件原理相似，TMS320VC33微处理器串口寄存器将串口功能引脚DR、DX设置为通用I/O口功能，不实施串口功能，即DR、DX引脚的功能与图1中XF0和XF1的功能相同，接收数据的流程与图2原理相同。
　　需要说明两点：①将图1和图3硬件电路相组合，即可实现一片TMS320VC33微处理器与两台微机的同时通信；②TMS320VC33微处理器共有10个引脚可配置为通用I/O口，因此，利用TMS320VC33微处理器的内部和外部中断源、2个定时器、1个串口定时器和软件定时等方式，可巧妙地实现1片TMS320VC33微处理器与多台微机同时通信。
　　串口功能实现
　　该方法直接利用TMS320VC33微处理器的串口功能实现通信。TMS320VC33微处理器的串行通信有固定数据速率和可变数据速率两种类型，每种类型又分连续、标准和爆发三种方式。
2．软件设计
　　软件设计比前两种方法更为简单，只需将串口的相应寄存器位设置好，然后开启相应中断即可完成与PC的通信，此方法在接收时采用帧同步信号，误码率较低，是一种比较实用的方法。
　　①在DSP接收时，接收信号同时连接到接收引脚DR和接收帧同步引脚FSR，故PC发送1帧信号的起始位是被用作接收帧同步信号，然后才开始接收数据，而且FSR引脚在接收帧的最后一位时必须为低电平，以满足TMS320VC33微处理器爆发方式串行通信的要求。PC采用上述发送帧格式，停止位反相后，正好满足FSR的要求。
　　②在DSP发送时，TMS320VC33微处理器的字长只能是8、16、24或32位，且不需要起始位、结束位；RS232的字长只能是8位，且需要起始位和结束位。由图5知，TMS320VC33微处理器的FSX采用内部同步，DX引脚上为数据位，为符合PC接收的帧格式，需将数据位设置为16位，将最高位作为起始位、8位数据位、1位停止位、6位空闲位，即符合PC帧格式为10位的通信要求，同时空闲位不影响数据通信，同时也正是由于有空闲位，所以采用固定速率的爆发方式。
　　结论
　　本文的TMS320VC33微处理器与PC实现串口通信的方法可以为其它型号的高速DSP与PC之间实现通信提供参考。
　　另外，将MAX3232E芯片换成MAX485可实现DSP与RS-485接口的通信，即提高了数据传输速率，增加了传输距离，同时，增强了数据传输中抗干扰能力，对复杂环境的数据传输通讯有重要的应用意义。

　1．硬件设计
　　本文与RS232接口的通信方式采用固定速率的爆发方式，在该方式下，每个字的传送都由帧同步(FSX/FSR)信号开始，后面开始为数据位，其时序如图4所示。TMS320VC33微处理器在爆发方式接收数据时，从帧同步信号后开始接收数据，并不再考虑FSR信号，在一帧信号传输的最后一位时，FSR必须为低电平，否则将会被作为下一帧的帧同步信号位。

　　TMS320VC33微处理器与标准串口间的通信硬件结构如图5所示，同样采用三线连接的电路。因PC起始位为低电平，TMS320VC33微处理器帧同步位为高电平，为使两者统一，MAX3232E的R10ut信号经一反相器后，再连接到DSP的DR和FSR引脚，同时加反相器后，数据相位和停止位都相应变反，但是很容易用软件方法还原数据信号。