基于DB25连接器实现和PC机的全双工异步串行通信的软硬件设计

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。

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。

责任编辑：gt