高速DSP與PC實現串口通信的方法

數字信號處理器(Digital Signal Processor，DSP)在圖形圖像處理、高精度測量控制、高性能儀器儀表等眾多領域得到越來越廣泛的應用，實際運用中，通常須將DSP采集處理后的數據傳送到PC機，然后進行存儲和處理。

　　T1公司的TMS320VC33微處理器具有性價比高，同時，該芯片的I/O電平、字長、運行速度、串口功能具有大多數DSP的共同特點。本文針對TMS320VC33與PC RS-232的通訊，分析三種具體的接口電路和軟件設計方法，實現高速DSP與低速設備的通訊：①通過TMS320VC33的通用I/O口實現通信;②通過TMS320VC33中可設置為通用I/O的串行引腳實現通信;③直接利用TMS320VC33的串口功能實現通信，在硬件和軟件設計的基礎上，完成相關試驗和調試，并達到預期的效果。

　　采用通用I/O口實現

　　PC的RS-232接口按照設定的固定波特率傳送，RS-232串行口進行通信采用三線式接法，即RX(數據接收)、TX(數據發送)、GND(地)三個引腳，PC機按幀格式發送、接收數據，一幀通常包括1位起始位(0電平)、5-8位數據位、1位(或無)校驗位、1位或1位半停止位(1電平)，起始位表示數據傳送開始，數據位為低位在前、高位在后，停止位表示一幀數據結束。

　　TMS320VC33微處理器的串口幀格式沒有起始位和停止位，只有數據位，且數據位為高位在前、低位在后。利用TMS320VC33微處理器的通用I/O引腳實現串行通信時，須依據RS232的通信協議并結合DSP硬件資源編寫相應的DSP程序。

　　1.硬件設計

　　TMS320VC33微處理器共有10個引腳可配置為通用I/O口，其中XFO、XFl為專用的通用I/O口，通過軟件設計可實現XFO、XFl專用I/O口與RS232的串行通信，電路結構如圖1所示。

　　本文選用MAX3232E作為RS232C電平與TTL電平的轉換芯片，R1in、T1out為RS232C電平，R1out、T1in為TTL電平，TMS320VC33微處理器的INT2引腳為外部中斷腳，R10ut同時連接到INT2和XF0，即可利用傳輸的第一位觸發TMS320VC33微處理器的外部中斷。

　　2.軟件設計

　　假設系統已經完成初始化，數據接收流程如圖2所示，設傳輸速率為9600bit/s，一個起始位(0)、8位數據位、一個終止位(1)。數據傳輸時對起始位定時半位的時間，數據位第一位以后的定時周期設置為一個位的時間，保證每一位數據都在中間采樣，與傳統RS232串口傳輸方式不同，有利于降低傳輸的誤碼率。

　　數據傳輸時，先判斷Rx是否為OAh，即判斷是不是傳輸起始位，若Rx=OAh，表明數據開始傳輸;接著判斷XF0管腳的狀態是否為O，若XF0=1，則數據傳輸錯誤，重新接收下一個數據;若XF=0，則表示數據開始正常傳輸;然后將Rx-1，同步刷新Rx中的內容，即Rx=Rx-1;同時，在TIMER0的周期寄存器和計數寄存器中存入定時整個位的時間常數，開定時器0的中斷，定時時間一到，程序進入TIMER0的中斷服務子程序，再判斷Rx是不是終止位，若Rx為終止位，則開始繼續接收新的數據，打開INT2，將TIMER0周期寄存器和計數寄存器中存放半位的時間參數;若Rx不是終止位，則繼續接收數據位，直到Rx接收到終止位。

　　數據發送程序與數據接收程序原理相同，此處略。

　　串口引腳作為通用I/O口實現

　　1.硬件設計

　　TMS320VC33微處理器的串口引腳也可作為通用I/O口，通過對I/0口的操作即可實現串行數據的接收和發送，將微處理器的數據接收引腳DR作為RS232的數據接收端，數據發送引腳DX作為RS232的數據發送端，電路結構如圖3所示，圖中MAX3232E的R2out與TMS320VC33微處理器的lNT1和DR相連。

　　2.軟件設計

　　軟件設計與I/O口軟件原理相似，TMS320VC33微處理器串口寄存器將串口功能引腳DR、DX設置為通用I/O口功能，不實施串口功能，即DR、DX引腳的功能與圖1中XF0和XF1的功能相同，接收數據的流程與圖2原理相同。

　　需要說明兩點：①將圖1和圖3硬件電路相組合，即可實現一片TMS320VC33微處理器與兩臺微機的同時通信;②TMS320VC33微處理器共有10個引腳可配置為通用I/O口，因此，利用TMS320VC33微處理器的內部和外部中斷源、2個定時器、1個串口定時器和軟件定時等方式，可巧妙地實現1片TMS320VC33微處理器與多臺微機同時通信。

　　串口功能實現 該方法直接利用TMS320VC33微處理器的串口功能實現通信。TMS320VC33微處理器的串行通信有固定數據速率和可變數據速率兩種類型，每種類型又分連續、標準和爆發三種方式。

　　1.硬件設計

　　本文與RS232接口的通信方式采用固定速率的爆發方式，在該方式下，每個字的傳送都由幀同步(FSX/FSR)信號開始，后面開始為數據位，其時序如圖4所示。TMS320VC33微處理器在爆發方式接收數據時，從幀同步信號后開始接收數據，并不再考慮FSR信號，在一幀信號傳輸的最后一位時，FSR必須為低電平，否則將會被作為下一幀的幀同步信號位。

　　TMS320VC33微處理器與標準串口間的通信硬件結構如圖5所示，同樣采用三線連接的電路。因PC起始位為低電平，TMS320VC33微處理器幀同步位為高電平，為使兩者統一，MAX3232E的R10ut信號經一反相器后，再連接到DSP的DR和FSR引腳，同時加反相器后，數據相位和停止位都相應變反，但是很容易用軟件方法還原數據信號。

　　2.軟件設計

　　軟件設計比前兩種方法更為簡單，只需將串口的相應寄存器位設置好，然后開啟相應中斷即可完成與PC的通信，此方法在接收時采用幀同步信號，誤碼率較低，是一種比較實用的方法。

　?、僭贒SP接收時，接收信號同時連接到接收引腳DR和接收幀同步引腳FSR，故PC發送1幀信號的起始位是被用作接收幀同步信號，然后才開始接收數據，而且FSR引腳在接收幀的最后一位時必須為低電平，以滿足TMS320VC33微處理器爆發方式串行通信的要求。PC采用上述發送幀格式，停止位反相后，正好滿足FSR的要求。

　?、谠贒SP發送時，TMS320VC33微處理器的字長只能是8、16、24或32位，且不需要起始位、結束位;RS232的字長只能是8位，且需要起始位和結束位。由圖5知，TMS320VC33微處理器的FSX采用內部同步，DX引腳上為數據位，為符合PC接收的幀格式，需將數據位設置為16位，將最高位作為起始位、8位數據位、1位停止位、6位空閑位，即符合PC幀格式為10位的通信要求，同時空閑位不影響數據通信，同時也正是由于有空閑位，所以采用固定速率的爆發方式。

　　結論

　　本文的TMS320VC33微處理器與PC實現串口通信的方法可以為其它型號的高速DSP與PC之間實現通信提供參考。

　　另外，將MAX3232E芯片換成MAX485可實現DSP與RS-485接口的通信，即提高了數據傳輸速率，增加了傳輸距離，同時，增強了數據傳輸中抗干擾能力，對復雜環境的數據傳輸通訊有重要的應用意義。