TMS320VC5402和PC机的UART研究与设计

1  引言

    TMS320VC5402以其低成本、低功耗、资源多的特点在通信、控制领域得到了广泛的应用。片上集成了最大192kB存储空间(64kB RAM、64kB ROM、64kB I/O)，具有时分多路串口TMD，2个缓冲串口BSP、8位并行主机接口HPI、可编程等待状态发生器等，完全可以满足数据处理及控制要求。基于 5402构建的应用系统中必不可少的是各种数据通信接口的设计。与并口相比，串行接口的特点是减少器件引脚数目，节省了硬件系统的体积，降低了接口设计的复杂性。实际应用中，各系统之间需要实现异步串行数据传输和通信，而DSP5402具有同步串口，与标准的异步串行接口不同，本文针对这种应用，设计实现了DSP5402和PC机的异步串行通信。

2  串行通信和DSP5402串口

    在工业控制和实际应用中，串行通信的应用已非常普遍，图1示出常见的三种232通信方式，在此笔者选用短距离有线传输方式。目前，大多数PC机的串口采用 RS-232标准，该标准规定采用一个25脚的DB25连接器，实际上RS-232的25条引线有许多是很少用的，所以目前较为常用的串口有9针和25 针，在普通电路设计中最为简单且常用的是三线制接法，即在通信中不需要RS-232的控制联络信号，采用发送数据(TXD)、接收数据(RXD)、地 (GND)三脚相连，便可实现全双工异步串行通信，本文即采用此法实现PC与DSP的串行通信。

              

                        图1     三种RS-232通信方式

    由于RS-232中没有时钟信号，所以按照设定的固定波特率传送。在一信号中包括开始位、停止位和数据位，校验位可以选择。其中数据位为5-8bits，奇偶校验位共有5种方式可选:奇校验、偶校验、始终为1、始终为0以及空;停止位也有三种选择:1位、11/2位以及2位。串口传数时低位优先，由开始位表示数据传输。

    DSP5402有2个多缓冲的同步串口，通过幀信号来控制数据流。每一个串口有6个信号:CLKR/X:接收、发送时钟信号，DR/DX:接收、发送串行数据信号，FSR/FSX:接收、发送幀同步信号;串行接口有5个寄存器:数据接收寄存器(DRR)、数据发送寄存器(DXR)、串行接口控制寄存器 (SPC)、数据接收移位寄存器(RSR)、数据发送移位寄存器(XSR)，其中3个存储器映射寄存器(SPC、DXR和DRR)和2个程序不能直接访问的寄存器(RSR和XSR)来操作，RSR和XSR在执行双缓冲功能时很有用。发送数据写到DXR中，而接收数据从DRR中读取。其各寄存器配置及控制请参考文献[2]。

3  DSP和PC机串口通信的软硬件实现

3.1  DSP和PC机UART硬件连接

    由上所述，PC机的异步串口和DSP5402的同步串口在数据格式以及传送控制上有区别，但是通过必要的硬件控制和软件模拟就可实现DSP5402与标准串口间的通信。DSP5402和PC机的UART实现主要有二种硬件方法和二种软件模拟方法。硬件方法如下:基于MAX3100的同步转异步实现和利用 DSP5402 I/O模拟时序法。

     MAX3110E内部集成了全功能UART和内置电泵电容以及土15kV ESD保护的RS-232收发器。其中，UART部分采用兼容SPITM/QSPITM/MICROWIRETM的串行接口，因而可节省线路板空间和微控制器的I／0引脚。由于RS-232部分使用了特有的低压差输出级，从而使双接收/发送接口能够在高速通信、正常电源下提供真正的RS-232特性，而功耗仅600μA。通过MAX3110E可实现同步串行数据接口到异步串行通信口(RS-232)的转换，它可直接与PC机的串行口(COM)相连。 MAX3110E具有尺寸小，价格低，功耗少，通信速率高等特点，因此有着较好的应用前景。MAX3110E包括UART与RS-232两个独立的部分。其中，UART部分包括兼容于SPI的串行接口、可编程波特率发生器、发送缓冲器及发送移位寄存器、接收缓冲器及接收移位寄存器、8字节接收FIFO以及有四种可屏蔽中断源的中断产生器。而RS-232部分包括自带电容的电泵，以及可由SHDN对其进行硬件关断的。

    MAX3110E通过SPI接口与DSP5402进行16位数据的全双工通信。DSP5402通过BDX线向MAX3110发送的16位串行数据序列中包括传输格式控制字，如波特率设置、中断屏蔽、奇偶校验位等。DSP5402的McBSP串行接口工作于SPI模式时可直接与MAX3110进行连接。 DSP5402的BDX1与MAX3110的DIN连接作为发送数据线，BDR1与DOUT连接作为接收数据线，发送同步脉冲信号BFSX1作为片选信号，发送时钟信号BCLKX1作为MAX3110的串行时钟输入，硬件接口图如图2所示:

           图2     DSP5402和MAX3110硬件接口图

    同时必须根据时序设置DSP5402的McBSP寄存器，此种UART方式才得以实现，时序图如图3所示:

                   

                     图3     MAX3110和DSP5402配合时序

     利用DSP5402 I/O模拟时序法分析如下:用定时器中断来处理数据，用I/O口来配置作为输入输出，由于DSP5402单独I/O引脚较少，节省资源，这里使用DSP5402的标志位引脚XF和配合软件得到实现，硬件原理图如图4所示:

                 

                         图4     硬件原理图

3.2  DSP和PC机UART软件实现

    对于基于MAX3100的同步转异步实现DSP5402编程如下:

stm SPCR11，SPSA1   ; 配置SPCR11
stm #1800h，MCBSP1 
stm SPCR21，SPSA1 ; 配置SPCR21
stm #0000h，MCBSP1
stm PCR1， SPSA1  ; 配置PCR1
stm #0a0ch，MCBSP1
stm RCR11，SPSA1 ; 配置RCR11
stm #0040h，MCBSP1
… …       ; 配置RCR21
stm XCR11，SPSA1 ; 配置XCR11
stm #0040h，MCBSP1
… …    ; 配置XCR21
stm SRGR11，SPSA1   ; 配置SRGR11
stm #0027h，MCBSP1 
… …    ; 配置SRGR21
rpt #20 ; 等待2个CLKSRG时钟周期
nop
stm SPCR21，SPSA1 ; 配置SPCR21
stm #0040h，MCBSP1
; 启动MCBSP1采样率发生器
rpt #20 ; 等待2个CLKG时钟周期
nop  
stm SPCR11，SPSA1
stm #1801h，MCBSP1 ; 启动接收
stm SPCR21，SPSA1 ; 配置SPCR21
stm #0041h，MCBSP1 ; 启动MCBSP1发送端
stm SPCR21，SPSA1 ; 配置SPCR21
stm #00c1h，MCBSP1 ; 启动帧同步脉冲
rpt #80 ; 等待8个CLKG时钟周期
nop
ld  #0h，A
stm #0c042h，DXR11   
; 配置MAX3110，2个停止位
 
    配置完成即可发送数据，接收程序只需依据模式配置相应的接收寄存器。图5示出测试界面。

                 

                  图5     串口调试助手测试界面

    对于I/O模拟方式软件编程可以通过定时器中断来设置通信波特率，对于DSP5402定时需设置TIM0、PRD0、TCR0三个寄存器，

    定时时间＝TX(1+TDDR)X(1+PRD)。

    同时还可以通过软件延时来设置通信波特率，方法如下:

DELAY: stm #1004h，AR6    ;通信速率:1200bps
  banz $，*AR6-
  nop
  ret 

    其软件模拟程序如图6所示。

    二种软件模拟在PC机上均需运用串口调试助手测试，作者实现测试界面如图6，为了满足实际应用需要，可以运用VC编写自己的软件。

              

                   图6     软件模拟程序
 
4 结束语

    主要讨论了TMS320VC5402和PC之间实现UART的方法，利用同步串口实现简单、易行、稳定; 利用软件模拟不需专用硬件，灵活、方便、成本低，各自满足自己的需求，二种方法均已测试通过，此思想对研究DSP5402和串口有一定的参考价值。