一种基于MAX3232的TMS320F2812异步串行通信系统研究和实现

摘要：采用TI公司MAX3232芯片实现TMS320F2812数字信号处理芯片与PC机的通信，研究了SCI模块发送和接收数据的方式，完成了SCI模块的初始化程序设计和发送与接收数据的流程。经过实验测试，该系统结构简单、传输可靠，可直接用于油田勘探开发的测井和多种数据采集与传输。
关键词：TMS320F2812；SCI；异步串行通信

    数字信号处理器自20世纪80年代诞生以来，在短短的二十几年里得到了飞速发展，在通信、航空航天、医疗、工业控制方面得到了广泛应用，美国德州仪器公司是DSP研发和生产的领先者，也是世界上最大的DSP供应商。TMS320F2812是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片，最高可以工作在150MHz主频下，片内集成了众多资源。目前，串行通信在各行各业发挥着重要作用，它可以将各种数据发送给计算饥以便我们实时监控。由于中国海洋石油国家科技重大专项“随钻地层压力测量系统研制”项目需要，作者设计了一种基于MAX3232的TMS320F2812异步串行通信系统，经过实验测试，该系统结构简单、传输可靠，达到了要求，可直接用于油田勘探开发的测井和多种数据采集与传输。

1 硬件电路
    采用符合RS-232协议的MAX232芯片来实现F2812与PC之间的通信。MAX3232采用专有的低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3．0～
5．5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能，器件仅需四个0．1μF的外部小尺寸电荷泵电容，具有两路接收器和两路驱动器，提供1μA关断模式，有效降低功耗并延长便携式产品的电池寿命。在关断模式下，接收器保持有效状态，对外部设备进行监测，仅消耗1μA电源电流，原理电路如图1所示。

    从图中我们可以看出MAX3232具有两路接收和驱动器，本次设计中仅用了其中一路，而另一路采取悬空方式。其引脚连接方式为：T1IN
与 F2812的SCITXDA相连，R1OUT与SCIRXDA相连，T1OUT和R1IN分别于DB9的2和3号引脚相连，其余引脚分别接4个0．1μF的电容。该电路设计简单，易于实现。

2 工作原理简述
    异步串行通信接口(SCI)是一个采用发送、接收双线制的异步串行通信接口，即通常所说的UART口。所谓异步传输就是将比特分成组进行传送，组可以是8位的一个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方不知道它们会在什么时候到达。因此，每次异步传输的信息都需要以一个起始位开头，它通知接收方数据已经到达了。在传输结束时，一个停止位表示这次传输信息的终止。异步传输实现容易，通常用于低速设备。
    TMS320F2812的SCI模块具有很强大的功能。它包括两个外部引脚SCITXD和SCIRXD，分别复用到通用I／O口上，通过设置GPIO口为特殊功能口可以使能这两个外部引脚，可以编程配置多种的不同的通信速率和可编程的数据格式，具有四个错误检测标志位，可以工作在半双工或全双工通信模式，发送和接收可以采用中断和查询的方式进行，采用NRZ格式并且拥有13个寄存器来完成整个模块的控制，它还具有自动波特率检测和16级发送／接收等增强功能一本设计正是利用SCI模块的两个外部引脚SCITXD和SCIRXD分别连接MAX3232的一路接收发驱动器并通过DB9计算机接口来实现TMS320F2812和PC之间的相互通信。

3 软件设计
3．1 SCI模块的初始化
    对DSP芯片的控制是通过对它的寄存器的读写来完成的，TMS320F2812的SCI模块包括13个寄存器。要使SCI模块能够正常工作，必须对它进行初始化。其中设置主要包括：运行模式、协议、波特率、字符长度、奇／偶校验、停止位个数、中断使能及级别确定等。下面为本设计中对SCI模块的初始化程序：
    void InitSciA ()
     {
    ／／配置SCITXD和SCIRXD
    EALLOW：
    GpioMuxRegs．CPFMUX．bit．SCITXDA_GPIOF4=1；
    GpioMuxRegs．CPFMUX．bit．SCIRXDA_GPIOF5=1；
    EDIS：
    ／／软件复位SCI
    SciaRegs．SCIGTL1．bit．SWRESET=0；
    ／／设置字符格式、通信协议、通信模式
    SciaRegs．SCICCR. bit. SCICHAR=7；
    SciaRegs．SCICCR．bit．PARITYENA=0；
    SciaRegs．SCICCR．bit．LOOPBKENA=0；
    SciaRegs．SCICCR．bit．STOPBITS=0；
    SciaRegs．SCICCR. bit．ADDRIDLE. MODE=0；
    ／／设置波特率为9600，LSPCLK=30MHz
    SciaRegs．SCIHBAUD=0x0001；
    SciaRegs．SCILBAUD=0x0085；
    ／／使能发送和接收器
    SciaRegs．SCICTL1．bit．TXENA=1；
    SciaRegs．SCICTL1．bit．RXENA=1；
    ／／使能中断
    PieCtrl．PIEIER9. bit．INTx1=1；
    PieCtrl．PIEIER9. bit．INTx2=1；
    ／／退出复位状态
    SciaRegs．SCICTL1．bit．SWRESET=1；
  }
3．2 SCI模块发送和接收数据的机制
    SCI模块发送和接收数据有两种方式：一种是查询方式，另一种是中断方式。
    查询方式：就是程序不断去查询各自的状态标志位。对于发送数据，需要查询的是TXRDY位，如果该位为1，说明SCITXBUF已经准备好接收下一个发送数据。当数据写入SCITXBUF后，该位会自动清零，此时如果TXENA=1，发送移位寄存器就会将SCITXBUF中的数据发送出去。而接收数据时需要查询RXRDY位，当SCIRXBUF已经准备好一个等待CPU读取的数据时，就会将该位置1，当数据被CPU读走后，RXRDY会自动清零。
    中断方式：在该种方式下，需要我们首先使能外设级、PIE级和CPU级中断。此时TXRDY和RXRDY变成了中断标志位，当TXRDY为1时，就会产生中断事件，如果各级中断都已经使能，则程序会进入相应的中断处理函数，完成数据的发送。而当RXRDY置位时，就会产生接收中断，如果各级中断都已经使能，则程序进入相应的中断处理函数，完成数据的接收。这里值得注意的是，2812的外设的中断标志位一定要手动复位，但是SCI模块是个例外，它的中断标志位会在响应中断后自动复位。
    通过对查询和中断方式程序的分析可以看出，查询函数位于主函数的for循环内，通过for循环不断查询TXRDY和RXRDY的状态，因此，程序的运行效率比较低，但是程序比较简单，易于实现。对于中断方式，只要相应的中断标志位置位，并且所有中断级都已被使能，就能直接进入中断处理函数，实现相应的功能。因此，程序的运行效率高，但程序比较复杂。综合考虑，最终选取数据接收采用中断方式，数据发送采用查询方式。图2和图3分别为查询方式和中断方式的程序流程图。

4 实验与测试结果
    将串口调试工具做如下设置：将波特率设置为程序中的波特率19200bps，数据位8位，无极性校验，停止位1位，然后打开串口，将16进制复选框上的勾去掉，这样数据将按照ASCII码进行发送。在这里我们输入swpu，点击发送后，接收框马上显示swpu，说明SCI与PC通信成功。具体结果如图4所示。

    除此之外，我们还可以通过CCS中的watchwindow来观察2812接收到的数据，如图5所示。

    通过查ASCII码表我们可以得到表1所列。
    由表1我们也可以看出2812与PC通信成功，发送和接收的数据一致。
    通过硬件设计和软件调试，已经达到了项目要求。该系统结构简单、易于实现。