用TL16C752B实现DSP和PC机的串行通信

摘要：介绍了TL16C752B的特点、性能和相关寄存器，给出了通过TL16C752B实现TMS320VC5421和PC机实时通信的方法。同时给出了串口通信部分的硬件应用电路图以及对TL16C752B进行初始化的软件实现程序。 关键词：数字信号处理;通信接口;异步通信;TL16C752B;TMS320VC5421 1　引言 美国德州仪器公司(TI)的TMS320VC54XX系列DSP芯片与PC机实现异步通信通常有两种方法：第一种是使用通用I/O信号XF和BIO作为串口发送和接收信号，用软件逐位发送和接收数据，即软件异步通信方法，这种方法需要占用很多CPU时间，因此，只能在DSP不太忙、实时性要求不高的情况下采用;第二种是通过扩展异步通信芯片来实现高速串行通信，本文选用的就是此方法。 在笔者设计数字调幅广播系统中的基带处理子系统时，复用器与信道编码器之间的通信采用的是异步串行通讯方案。复用器则使用通用PC机来实现，信道编码器使用TI公司生产的DSP芯片TMS320VC5421来设计实现。

2　UART芯片TL16C752B简介[1] 2.1 主要特点 TL16C752B是TI公司推出的新型UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter )收发器。该器件的主要特点如下： ●引脚和ST16C2550兼容，内置两套UART系统，可独立工作; ●工作时，最高波特率可以达到1.5Mbps(使用24MHz晶体时)或3Mbps(使用48MHz振荡器或时钟源时); ●具有64字节发送/接收FIFO(接收FIFO包含错误标志)。由于收、发FIFO的触发等级可通过软件编程实现，因而减少了CPU的中断次数; ●接收FIFO的启动和停止等级可以通过软件编程来实现; ●具有两种控制模式：其中软件流控制模式可通过编程Xon/Xoff字符来实现;而硬件流控制模式则可通过设置RTS和CTS引脚及相应的寄存器来实现; ●波特率可编程; ●可编程下列串行数据格式： ——5、6、7、8 四种字符; ——数据奇偶校验或者无校验; ——1、1.5、2bits 停止位; ●内部闭环。

2.2 TL16C752B的引脚功能 TL16C752B内含双UART，并自带64字节收发FIFO，可自动进行软件流和硬件流控制，最大波特率可达3Mbps。此外，TL16C752B还提供了其它一些增强功能，可通过设定EFR寄存器的相关位来实现。通过FIFO RDY 寄存器可读取TXRDY/RXRDY引脚的状态;而通过片内寄存器则可为使用者提供接收数据的错误识别、操作状态以及MODEM的接口控制信号。 TL16C752B的引脚排列如图1所示，各主要引脚的功能如下： A0～A2：地址线，通过这几个引脚以及读写信号IOR和IOW可以访问及设定片内寄存器? D0～D7：双向8位数据线? CSA、CSB：两套UART的片选信号? TXA/RXA、TXB/RXB：分别表示所要发送和接收的数据端口? INTA/INTB：中断信号? RESET：芯片复位信号? XIN/XOUT：时钟输入/输出信号。 2.3 TL16C752B的内部寄存器 图2所示是TL16C752B的内部功能模块图，该器件内部共有20个寄存器，这些寄存器可分别用于实现通信参数的设置、对线路及MODEM状态的访问、数据的发送和接收以及中断管理等功能。其地址可分别通过A0～A2地址线和某些寄存器的特定位来确定，由于有些寄存器的地址是重叠的，所以还必须通过读/写信号加以区分。TL16C752B内部寄存器的映射如表1所列。表中： “*” 表示仅当LCR的第7位为1时，访问DLL/DLH。 “** ”表示仅当LCR为0xBF时，访问EFR以及Xon1/2，Xoff1/2。 “+” 表示当EFR[4]为1，且MCR[6]为1时，访问TCR/TLR。 “++”表示当片选信号有效、MCR[2]为1且处于非闭环模式时，访问 FIFO RDY。 此外，对于MCR[7]，只有当EFR[4]为1时才可以更改。在上述说明中，[]表示该寄存器的第几位。 表1 TL16C752B的内部寄存器映射表 A[2] A[1] A[0] 读 模 式写 模 式 0 0 0 接收保持寄存器(RHR)发送保持寄存器(THR) 0 0 1 中断使能寄存器(IER) IER 0 1 0 中断标示寄存器(IIR) FIFO控制寄存器(FCR) 0 1 1 线路控制寄存器(LCR) LCR 1 0 0 MODEM控制寄存器(MCR) MCR 1 0 1 线路状态寄存器(LSR) LSR 1 1 0 MODEM状态寄存器(MSR) MSR 1 1 1 临时寄存器(SPR) SPR 0 0 0 *除数锁存低位(DLL) DLL 0 0 1 *除数锁存高位(DLH) DLH 0 1 0 **增强功能寄存器(EFR) EFR 1 0 0 ** Xon-1字符值 Xon-1字符值 1 0 1 ** Xon-2字符值 Xon-2字符值 1 1 0 ** Xoff-1字符值 Xoff-1字符值 1 1 1 ** Xoff-2字符值 Xoff-2字符值 1 1 1 +传输控制寄存器(TCR) TCR 1 1 0 +触发等级寄存器(TLR) TLR 1 1 1 ++FOFO状态寄存器(FIFO RDY) FIFO RDY 2.4 TL16C752B工作流控制模式 TL16C752B有2种工作流控制模式：硬件流控制和软件流控制。使用前者可降低软件消耗，通过RTS和CTS引脚信号的硬件连接可自动控制串行数据流，从而提高系统的有效性;后者则通过使用可编程的Xon/Xoff字符来自动控制数据传输。本文主要介绍软件流控制模式。 软件流控制模式的使能可通过EFR和MCR这2个寄存器来实现。不同流模式的组合如表2所列(可通过设定EFR的低4位实现)。 表2 软件流控制模式 EFR[3] EFR[2] EFR[1] EFR[0] TX RX软件流控制组合模式 0 0 X X 无发送流控制 1 0 X X 发送Xon1,Xoff1 0 1 X X 发送Xon2,Xoff2 1 1 X X 发送Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 X X 0 0 无接收流控制 X X 1 0 接收器比较Xon1,Xoff1 X X 0 1 接收器比较Xon2,Xoff2 1 0 1 1 发送Xon1,Xoff1;接收器比较Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 0 1 1 1 发送Xon2,X0ff2;接收器比较Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 1 1 1 1 发送Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2;接收器比较Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 0 0 1 1 无发送流控制;接收器比较Xon1,Xoff1;Xon2，Xoff2 具体工作流程(从接收的角度)为：接收时，若操作达到接收中断等级，则产生中断，但这时传输还在进行(这里假设中断有一定延时);而当RHR中的数据数目达到接收停止等级规定的数值时，接收端发送Xoff1/2，以通知发送端停止发送数据，这时接收端将读取RHR中的数据。当RHR中的数据数目降到接收启动等级规定的数值时，接收端发送Xon1/2，以通知发送端可以继续发送数据。 3　TL16C752B与PC的通信电路 TL16C752B与PC的串行通信部分的硬件连接电路如图3所示。图中，地址线A0～A2、数据线D0～D7分别和DSP的地址总线A0～A2、外部数据线D0～D7直接相连，而选通信号CSA/CSB、读写信号IOR/IOW、复位信号RESET以及中断信号INTA/B则接入CPLD并由CPLD处理。同时DSP端的PS、DS、IS、IOSTRB、R/ W、MSTRB也同时接入CPLD以用于生成控制信号。电路中使用CPLD一方面可以对UART的地址灵活配置，另一方面也可以灵活生成UART的复位、选通和读写信号，从而增强系统的灵活性，方便系统调试。 由于PC端串口采用RS232电平标准，因此UART之后需要连接MAX3221以完成电平转换。TL16C752B的数据发送引脚和数据接收引脚分别与MAX3221的数据输入引脚和数据输出引脚连接。这里只使用一套UART来完成TL16C752B和PC的通信。数据收、发采用中断方式，UART_INTA通过CPLD和TMS320VC5421的外部中断INT0相连接。而3.072MHz晶振则连接到XIN和XOUT两引脚。波特率设定为38400，故DLL/DLH分别为06和00h。 具体调试时，可先从查询方式开始，若没有问题，再使用中断方式。 图3 4　TL16C752B和PC通信的软件编程 该系统的软件设计部分主要包括PC机程序、DSP初始化、TL16C752B初始化和数据发送/接收以及双方的通信协议等。下面介绍TL16C752B的初始化程序。 TL16C752B初始化程序主要包括以下几部分： (1)波特率的设定; (2)增强功能的使能及设置EFR的相关位; (3)完成有关收、发FIFO的设定，主要是MCR/TCR/TLR 3个寄存器的设置; (4)软件流控制模式使能以及Xon/Xoff字符的设置; (5)传输数据格式设定，包括8位数据位、2位停止位、DMA传输模式1、偶校验、不使用强制校验模式、暂停控制位无效等; (6)设置FIFO控制以及中断控制寄存器。 此外，在完成设置前，还应注意以下几点： (1) 设定DLL和DLH前，LCR[7]应为1。 (2) 设定MCR前，EFR[4]应为1,LCR应为00h。地址相重叠的寄存器不能同时使能。 (3) 读写RHR和THR时，由于DSP的读写速度很快，故最好不要连续读写，而是在每读、写一次后延时一段时间，然后再进行下一次读写。 (4) 这里，DMA只是一个名称，而并非是 “直接存储器访问”。 TL16C752B的地址分配在I/O空间的0020h～0027h，读写通过PORTR和PORTW指令完成。TL16C752B初始化程序如下： ini_uart_start: ;设置 baud rate=38400 ; divi-sor=0006h stm #temp1_reg,ar1 nop st #80h;*ar1 ;除数锁存使能 LCR=bfh portw *ar1，#k_LCR_addr st #k_DLL_value,*ar1 portw *ar1,#k_DLL_addr st #k_DLH_value，*ar1 portw *ar1,#k_DLH_addr ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; st #k_LCR_value?*ar1 ;LCR=bfh portw *ar1，#k_LCR_addr st #k1 EFR value?*ar1 ;增强功能使能 portw *ar1，#k_EFR_addr st #0，*ar1 ;设定LCR= 0 portw *ar1?#k LCR addr st #k_FCR_value，*ar1 ;设定FIFO控制寄存器 portw *ar1，#k_FCR_addr st #k_MCR_value，*ar1 ;设定MCR/TCR/TLR寄存器 portw *ar1，#k_MCR_addr st #k_TCR_value，*ar1 portw *ar1，#k_TCR_addr st #k_TLR_value，*ar1 portw *ar1，#k_TLR_addr st #k1_MCR_value，*ar1 portw *ar1，#k_MCR_addr st #k_LCR_value，*ar1 ;为访问Xon/Xoff/EFR，LCR重设定为BFh portw *ar1，#k_LCR_addr st #k_Xoff1_value，*ar1 ;设置软件流控制 portw *ar1，#k_Xoff1_addr st #k_Xon1_value，*ar1 portw *ar1，#k_Xon1_addr st #k_Xoff2_value，*ar1 portw *ar1，#k_Xoff2_addr st #k_Xon2_value，*ar1 portw *ar1，#k_Xon2_addr st #k_EFR_value，*ar1 ;设置软件流控制组合方式 portw *ar1，#k_EFR_addr st #k_LCR_dlatch_disable，*ar1 portw *ar1，#k_LCR_addr ;设定传输数据格式 st #k_IER_value，*ar1 ;设置中断 portw *ar1，#k_IER_addr 5　结束语 通过扩展串口完成TMS320VC5421与PC机串行通信硬件接口比较简单、数据传送距离远、使用经济。该电路及其软件经与微机的通信实验证明，在波特率为38400时，能够可靠地实现与PC机的通信。