DSP芯片基于SC16C750B的RS232接口设计

DSP芯片基于SC16C750B的RS232接口设计

美国ti（texas instruments）公司的系列dsp芯片采用哈佛结构、流水线操作、专用硬件乘法器、快速dsp指令,使其在数字信号处理,通信和工业自动化等领域得到广泛应用[1]。tms320c32是32位浮点处理器。它除了上述特点外,还具有增强型存储器接口、灵活的启动装载（boot loader）、可重定位的中断矢量表、灵活的中断方式和其他外设[2];其通信功能只包括片上集成的一个串口,但在设计中此串口一般被串行a/d或d/a芯片占用,或者被用于与另一片dsp芯片在“握手模式”（handshake mode）下直接连接。[3]

虽然tms320c32串口有多种工作方式[3,4]。但通过串口相应的寄存器并不能直接配置出符合rs232标准的通信串口,而rs通信串口是自动化控制设备的一种基本通信方式,如pc机或其他各种基于微处理器的控制装置。rs232标准在1991年被标准化组织eia（electronic industries association）重命名为eia232标准[5],是一种异步串行通信标准,包括机械连接、信号功能、电压特性和通信协议等几个方面的规定。

采用1片sc16c750b uart芯片[6]来完成tms320c32的rs232串口的设计。此uart最高的串行数据速率可达3mbps,引脚与tl16c750兼容,并且具有64字节接收和发送fifos以及自动硬件流量功能。这些特征使串口通信更加高效、可靠。

1 tms320c32的rs232串口硬件设计

在基于微处理器开发的自动控制装置设计中,一般并不需要串行通信的长距离传输,故普遍采用“零－modem”方式（null－modem or zero－modem）实现一对异步串口连接。图1为一种“零－modem”连接方式（具体信号的意义可见rs232标准）。

由于rs232标准的异步通信规约数据帧都带起始位和停止位,并且sc16c750b uart芯片具有自动硬件流量控制功能,因此可以进一步忽略与modem相关的控制信号（dtr、dsr、cd、rts、cts）,简化连接。

1.1 sc16c7550b uart芯片

sc16c750b为异步串行通信芯片[6],带标准modem接口,它具有以下主要特点：

（1）标准异步错误位和帧格式位（起始位、停止位、奇偶校验位）,并且帧格式可编程;

（2）软件可选择波特率;

（3）发送和接收各64字节fifos;

（4）发送、接收、线路状态等中断可独立控制,并且中断优先级可额编程;

（5）独立的接收时钟。

（6）在5v工作电压下,发送或接收速率可达5mbps;

（7）自动硬件流量控制

（8）4种可选择接收中断级别;

（9）标准modem接口;

（10）引脚与st16c450/550、tl16c450/550、pc16c450/550,软件与sc16c750及tl16c750兼容。其他一些特点不再赘述。

sc16c750b主要引脚的功能如表1所列,更具体的资料可见文献 [6] 。

1.2 硬件原理

硬件设计的总体思路：

（1）uart的地址被分配到tms320c32的iostrb外部存储器空间,片选信号对应的地址即为uart的基地址。

（2）rxrdy、txrdy分别作为接收、发送中断信号,分别接c32的中断外部引脚int0、int1、并且c32的中断触发方式设为低电平触发。

（3）uart的tx、rx引脚均为cmos电平,而rs232采用的是“负逻辑电平”。本设计采用1片max3232[7]完成它们之间的电平转换和驱动,其数据传输速率最高达1mbps。

（4）使接收部分和发送部分的波特率相同,此时rclk接baudout引脚。

（5）外部参考时钟频率为1.8432mhz。

1.3 uart扩展rs232串口原理

依据上面的整体思路设计出硬件电路,如图2所示。

图2中的端口信号,如数据和地址总线、复位信号、中断信号,完成与tms320c32之间的连接。本设计中片选信号对应tms320c32的iostrb空间中的0x810100h,即sc16c750b的内部寄存器的基地址。

2 tms320c32的rs232串口软件功能设计

串口工作模式控制和数据收发都是通过tms320c32对uart内部相关寄存器的读写操作来完成的。因此,首先分析一下sc16c750b片内寄存器的功能,然后确定在本设计中sc16c750b的工作模式,并且给出该串口的初始化程序、中断发送程序和中断接收程序。程序以c语言写成。

2.1 sc16c750b片内寄存器

表2给出sc16c750b内部寄存器的功能描述。寄存器各位意义可参见该芯片的数据手册。

2.2 程序设计

首先初始化编程,以确定tms320c32与sc16c750b之间的操作方式、数据传输帧格式、sc16c750b自身的工作模式、数据传输波特率的设置等工作。设定：

（1）sc16c750b工作dma模式0（dma mode 0）。在此模式下,每当发送寄存器thr为空,txrdy信号会降为逻辑低电平。只要接收寄存器rhr被装载了一个字符,rxrdy会立刻降为逻辑低电平。

（2）tms320c32与sc16c750b uart之间的操作方式采用中断操作方式,中断方式相对于查询方式可以提高tms3320c32的工作效率。tms320c32的int0中断引脚接uart的rxrdy信号,int1接txrdy信号。这样,由int0、int1对应的中断服务例程完成数据的接收和发送。

（3）数据传输帧格式：数据字长8位、2位停止位、偶校验。

（4）设置波特率。

在rs232电平逻辑中,串行数据速率（serial data rate）就在等于波特率（baud rate）。如果外部时钟频率（xtal1 clock frequency）为1.8432mhz、波特率19 200bps时,对应的波特率除数（divisor）为6。

用c语言开发[8]tms320c32的串口通信程序。初始化程序如下：

＃include＜stdlib.h＞

＃include＜ioports.h＞

//声明sc16c750b寄存器的结构

typedef struct{

unsigned rhr;//接收保持寄存器

unsigned thr;//发送保持寄存器

unsigned ier;//中断使能寄存器

unsigned fcr;//fifo控制寄存器

unsigned isr;//中断服务状态寄存器

unsigned lcr;//线路控制寄存器

unsigned mcr;//modem控制寄存器

unsigned lsr;//线路状态寄存器

unsigned msr;//modem状态寄存器

unsigned spr;//便笺寄存器

unsigned dll;//波特率除数低字节锁存器

unsigned dlm;//波特率除数高字节锁存器

}serialport;

//sc16c750b的寄存器基地址为0x810100h

serialport sp＝{

0x810100h,0x810100h,0x810101h,

0x810102h,0x810102h,0x810103h,

0x810104h,0x810105h,0x810106h,

0x810107h,0x810100h,0x810101h,

};

void main（void）{　…

//波特率设置

outport（sp.lcr,0x80）; //lcr[7]＝0

outport（sp.dll,0x06）; //波特率19 200bps

outport（sp.dlm,0x00）;

outport（sp.lcr,0x1f）; //数据帧格式

outport（sp.fcr,0xa1）; //dma mode 0 outport（sp.ier,0x07）; //中断使能

…
}

//int0中断服务例程——数据接收

unsigned char recvdata;

void c_int01（void）{

recvdata＝inport（sp,rhr）;

…
}

//int1中断服务例程——数据发送

void c_int02（void）{

outport（sp.thr,transdata）;

…
}

3 结论

tms320c32是一种高性价比的32位浮点dsp芯片,但其通信功能相对较弱。采用sc16c750b uart芯片扩展tms320c32的rs232串行口,用于实际温度和压力测控装置中,经验证,数据通信可靠。