dsp與計(jì)算機(jī)的異步串行通信課程設(shè)計(jì)論文

1、目 錄 1 概述.12 設(shè)計(jì)總體方案.23 設(shè)計(jì)詳細(xì)原理 .33.1 TL16C550簡(jiǎn)介.3 3.1.1 TL16C550的特點(diǎn)3 3.1.2 TL16C550的引腳功能3 3.1.3 TL16C550的內(nèi)部寄存器43.2 TMS320VC5402簡(jiǎn)介.53.3 TMS320VC5402與PC異步串行通信硬件電路原理.53.4 TMS320VC5402與PC異步串行通信軟件設(shè)計(jì)原理.64 設(shè)計(jì)步驟和過程.7 4.1 硬件電路設(shè)計(jì)7 4.2 軟件設(shè)計(jì)85 調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果.106 心得體會(huì) .11參考文獻(xiàn).12附錄.13 1 概述數(shù)字信號(hào)處理器由于具有高性能和靈活可編程的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用,在

2、許多應(yīng)用系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)DSP與 PC機(jī)之間有效可靠的通信是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要部分。一般來說,通信可以分為串行和并行兩種方式。相對(duì)于并行方式而言,串行通信具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通信距離遠(yuǎn)和成本較低等優(yōu)點(diǎn),因而在許多數(shù)據(jù)交換量不大的系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，行數(shù)據(jù)傳輸又可分為同步和異步兩種模式,本次課程設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理、DSP技術(shù)課程以及其他有關(guān)先修課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決DSP與計(jì)算機(jī)的異步串行通信。數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)近年來廣泛應(yīng)用于通信、圖像處理、儀器儀表等方面。DSP在數(shù)值處理方面運(yùn)算能力強(qiáng)、處理速度快。在通信方面，不同型號(hào)的DSP有不同的處理方式。以TMS320VC5402

3、(以下簡(jiǎn)稱5402)為例，它沒有專門的UART接口，但有2個(gè)多通道緩沖串口。為了實(shí)現(xiàn)串行通信，很多情況下都用軟件對(duì)5402的MCBSP口編程來模擬異步串口。許多學(xué)者曾對(duì)應(yīng)用MCBSP口實(shí)現(xiàn)串口進(jìn)行過研究，萁硬件上依靠三個(gè)獨(dú)立的信號(hào)數(shù)據(jù)、幀同步、時(shí)鐘來收發(fā)數(shù)據(jù)。軟件上則是通過編程模擬時(shí)鐘的時(shí)序。這種方法軟件編程比較復(fù)雜設(shè)計(jì)者對(duì)通訊協(xié)議非常了解才行，且占用很大的系統(tǒng)資源。本文提出采用專門的異步通信芯片TLl6C550來擴(kuò)展5402的串口，可以避開上述方法的缺點(diǎn)，使DSP器件實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、準(zhǔn)確的串行通信。并將介紹5402和PC機(jī)之間通過16C550進(jìn)行串行通信的具體實(shí)現(xiàn)方法。該方案其有很強(qiáng)的靈活性和實(shí)用

4、性，適用于很多需要進(jìn)行串口通信的場(chǎng)合。2 課程設(shè)計(jì)總體方案數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力廣泛應(yīng)用于高速數(shù)字信號(hào)處理。但其通信接口的控制能力較弱。例如TMS320VC54系列DSP只有同步串口，通常僅與具有同步通信接口的外設(shè)通信。當(dāng)DSP構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的處理單元時(shí)，往往需要與一些具有異步通信接口的外設(shè)如PC機(jī)交換數(shù)據(jù)。通常解決DSP與PC機(jī)之間通信的方式有兩種：一種是利用 DSP的通用IO口X F和BIO構(gòu)成串口，由軟件設(shè)定通信波特率和握手方式。這種方式編程復(fù)雜，并且占用大量CPU時(shí)間，通信速率慢；另一種是通過專用的異步通信器件實(shí)現(xiàn)DSP與 PC機(jī)的高速數(shù)據(jù)通信。本課程設(shè)計(jì)采用TI

5、公司的異步通信器件TL16C550 實(shí)現(xiàn)TMS320VC5402串口通信，該設(shè)計(jì)系統(tǒng)編程簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的靈活性和實(shí)用性，適用于實(shí)時(shí)通信應(yīng)用。TMS320VC5402與PC機(jī)通過TL16C550擴(kuò)展RS232串口實(shí)現(xiàn)串行通信，其總體方案如圖1.1所示。圖2.1 TMS320VC5402與PC機(jī)串行通信方案3 課程設(shè)計(jì)詳細(xì)原理3.1 TL16C550簡(jiǎn)介3.1.1 TL16C550的特點(diǎn)TL16C550是TI公司的異步通信器件，具有以下特點(diǎn)： (1) 供電電壓為5V或3.3V；(2) 時(shí)鐘頻率高達(dá)16MH z，通信時(shí)波特率最高可達(dá)1M，可編程設(shè)定波特率發(fā)生器；(3) 具有標(biāo)準(zhǔn)的異步通信位，可選擇5

6、、6、7、8位串行數(shù)據(jù)位，可設(shè)置奇偶校驗(yàn)或無校驗(yàn)?zāi)Ｊ剑?停止位長(zhǎng)度為1、1.5、2；(4) 獨(dú)立控制發(fā)送、接收、線狀態(tài)以及中斷設(shè)置； (5) 軟件設(shè)定的FIFO，減少CPU中斷。3.1.2 TL16C550的引腳功能TL16C550采用44引腳PLCC封裝，其引腳排列如圖3.1所示。圖3.1 TL16C550引腳排列TL16C550的主要引腳功能如下： A0A2：片內(nèi)寄存器的選擇信號(hào)； DOD7：雙向8位數(shù)據(jù)線； ：地址選通信號(hào)，該引腳有效時(shí)，可將CS0、CS1、及A0、A1、A2鎖存在TL16C550內(nèi)部 ； XIN、XOUT：外部時(shí)鐘，可接晶體振蕩器或外部時(shí)鐘信號(hào)； CS0、CS1、：輸入

7、片選信號(hào)，當(dāng)CS0=CS1=1且= 0時(shí)，選中TL6C550； WR1、WR2、RD2：讀、寫信號(hào)； ：波特率輸出； MR：主機(jī)復(fù)位； INTRPT：中斷，共有4種情況可以觸發(fā)中斷：接收錯(cuò)誤、接收寄存器有數(shù)據(jù)到達(dá)、發(fā)送寄存器空、切換工作模式。 3.1.3 TL16C550的內(nèi)部寄存器TLl6C550內(nèi)部共有l(wèi)1個(gè)寄存器。這些寄存器分別用于設(shè)置通信參數(shù)、訪問線路及MODEN的狀態(tài)、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)以及中斷管理等。這些寄存器的訪問是通過3個(gè)地址線控制，LCR控制寄存器D7位DLA參與輔助定義。當(dāng)DLAB=0時(shí)，RBRTHR和IER才能正常工作；而DLAB=1時(shí)，則控制DIL和DLM寫入。表3-1列出

8、了如何通過DLAB和A0、A1、A2選擇片內(nèi)寄存器，并給出了這些寄存器的中文名稱及英文縮寫。表3-1 TL16C550片內(nèi)寄存器DSP通過地址線對(duì)TL16C550進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)直接通過數(shù)據(jù)線傳輸。DSP與TL16C550之間的數(shù)據(jù)傳輸簡(jiǎn)單，RBRTHR分別是接收和發(fā)送緩沖寄存器，它們之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過DSP讀寫緩沖寄存器實(shí)現(xiàn)的。3.2 TMS320VC5402簡(jiǎn)介TMS320VC5402是C5000系列中性價(jià)比較高的一顆芯片。獨(dú)特的6總線哈佛結(jié)構(gòu)，使其能夠6條流水線同時(shí)工作，工作頻率達(dá)到100MHz。VC5402除了使用VC54x系列中常用的通用IO口（General Purpose IO，

9、簡(jiǎn)稱GPIO）外，還為用戶提供了多個(gè)可選的GPIO：HPI8和McBSP。TMS320VC5402的主要特性有：(1) 操作速率達(dá)100MIPS；(2) 具有先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)(1條程序總線、3條數(shù)據(jù)總線和4條地址總線)；(3) 40位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU),包括1個(gè)40位桶形移位寄存器和2個(gè)獨(dú)立的40位累加器；(4) 17位并行乘法器與40位專用加法器相連,用于非流水式單周期乘法/累加(MAC)運(yùn)算；(5) 雙地址生成器,包括8個(gè)輔助寄存器和2個(gè)輔助寄存器算術(shù)運(yùn)算單元(ARAU)；(6) 數(shù)據(jù)/程序?qū)ぶ房臻g1M16bit，內(nèi)存4K16bitROM和16K16bit雙存取RAM；(7) 內(nèi)置

10、可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)(PLL)時(shí)鐘發(fā)生器、2個(gè)多通道緩沖串行口、1個(gè)8位并行與外部處理器通信的HPI口、2個(gè)16位定時(shí)器以及6通道DMA控制器；(8) (8)低功耗，工作電源3.3V和1.8V(內(nèi)核)。由前面的分析可知，響應(yīng)分析在數(shù)學(xué)上是一個(gè)具有38個(gè)自由度的二階線性微分方程的數(shù)值積分問題3, 6-9。3.3 TMS320VC5402與PC異步串行通信硬件電路原理TMS320VC5402與PC機(jī)串行通信的硬件電路如圖3.2所示。圖3.2中，TL16C550的CS0和CS1都接高電平，CS2接C5402的外部IO空間，選擇線IS。當(dāng)XIN、XOUT端外接1.8342MHz晶振時(shí)，C540

11、2以28400的波特率與PC機(jī)通信，所以，波特率因子寄存器的低位設(shè)為02H，高位設(shè)為00H。TLC16C550的數(shù)據(jù)線D0D7直接與C5402的D0D7數(shù)據(jù)線相連，TL16C550的片內(nèi)寄存器選擇線接C5402的A0A2。由于RS232C電路電平與CMOS電平不同，因此，RS232驅(qū)動(dòng)器與CMOS電平連接時(shí)必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。這里，我們采用MAX232完成這一功能，MAX232具有一個(gè)專有的低壓降發(fā)送器輸出級(jí)，在其以雙電荷棒3.0V5.5V供電時(shí)，可以獲得真正的RS232性能。該器件只需4個(gè)1F小型外接電容，可在維持RS232輸出電平的情況下確保運(yùn)行于120kbs數(shù)據(jù)率，因此十分適合高速串行通信

12、場(chǎng)合。利用RXRDY和TXRDY引入外部中斷，從而系統(tǒng)工作在中斷方式，RXRDY產(chǎn)生外部0中斷（INT0），而TXRDY將產(chǎn)生外部1中斷（INT1）。圖3.2 TMS320VC5402與PC異步串行通信硬件接口電路3.4 TMS320VC5402與PC異步串行通信軟件設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括PC機(jī)、TMS320VC5402以及TL16C550的初始化和通信協(xié)議等。初始化的主要任務(wù)是設(shè)置操作所需要的參數(shù)。這些參數(shù)包括串行通信時(shí)數(shù)據(jù)串的數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、奇偶校驗(yàn)等。另外，還需要設(shè)置發(fā)送和接收的波特率及中斷方式。其中需要注意的是由于系統(tǒng)工作在中斷方式，應(yīng)允許接收就緒中斷和發(fā)送緩沖區(qū)空中斷，相應(yīng)地，

13、中斷允許寄存器的值應(yīng)該設(shè)置為03H。4 課程設(shè)計(jì)步驟和過程4.1 硬件電路設(shè)計(jì)TMS320VC5402通過TL16C550實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)串行通信，電路圖如圖3.2所示。TMS320VC5402采用雙電源供電，內(nèi)核電源是1.8V，接口電源是3.3V，所以與TMS320VC5402連接的器件最好選用供電電源為3.3V的器件。TL16C550就是一款 5V和 3.3V均可以供電的器件，因而大大簡(jiǎn)化了硬件接口電路連接。 TL16C550的數(shù)據(jù)線DOD7直接與TMS320VC5402的DOD7數(shù)據(jù)線相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。TL16C550的片內(nèi)寄存器選擇線與TMS320VC5402的地址線A0A2相連。當(dāng)T

14、L16C550的片選信號(hào)CS0、CS1為高電平，為低電平時(shí)，TL16C550被選中。CS0、CS1直接與高電平相連，則與TMS320VC5402的相連，從而避免與外部其他IO口發(fā)生沖突。 TL16C550的讀信號(hào)為、RD2。當(dāng)為低電平或RD2高電平，且TL16C550被選 中時(shí)，可進(jìn)行讀操作。寫信號(hào)為、WR2， 當(dāng)為低電甲或WR2為高電平，且 TL16C550被選中時(shí)，可進(jìn)行寫操作。TL16C550的 RD2、WR2直接與地連接(無效狀態(tài))； TMS320VC5402的、R/通過或門與TL16C550的連接；TMS320VC5402的R/與同或后，連接至。當(dāng)TL16C550的XI N引腳和XO

15、UT引腳間外接3.072MHZ晶體振蕩器時(shí)， TMS320VC5402以9600波特率與PC機(jī)通信，根據(jù)波特率=基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率 (16 x波特率因子)，所以波特因子寄存器的低位設(shè)置為20H，高位設(shè)置為00H。TL16C550的中斷請(qǐng)求信號(hào)INTRPT直接連 接至TMS320VC5402的外部中斷。 TL16C550的SIN引腳為串行數(shù)據(jù)輸入引腳，SOUT為串行數(shù)據(jù)輸出引腳。這兩條信號(hào)線連接到MAX232上，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串行TTLCOMS電平與RS232電平的轉(zhuǎn)換。由于MAX232可以直接接收3.0V5.5V的電壓信號(hào)，所以可接收TL16C550的3.3V的電壓信號(hào)，但是MAX232的輸出電壓為5

16、V，所以其輸出信號(hào)必須經(jīng)過電阻分壓才能送至TL16C550。4.2 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括PC機(jī)、TMS320VC5402以及TL16C550的初始化和通信協(xié)議。初始化過程主要是設(shè)置所需參數(shù)。這些參數(shù)包括串口通信時(shí)數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、奇偶校驗(yàn)等。另外，還需設(shè)置發(fā)送和接收的波特率以及中斷方式。串行通信主程序流程圖如圖4.1所示。 圖4.1 串行通信流程圖在對(duì)TMS320VC5402的初始化過程中，首先定義寄存器，例如對(duì)軟件等待狀態(tài)寄存器（SWWSR )和軟件等待狀態(tài)挖制寄存器（SWSR)的定義如下： volatile int * SWWSR=Ox28： volatile int * SWWS

17、R=Ox2b； 然后對(duì)寄存器進(jìn)行讀寫操作，如設(shè)置IO、ROM和RAM的等待周期： SWSR=0； / 等待狀態(tài)基數(shù)不變 SWWSR= 0xfffff； / 設(shè)置IO等待周期為7， RAM等待周期為7，ROM 等待周期為 7。同理，用 C語(yǔ)言對(duì) TL16C550初始化， 首先宏定義，IER宏定義為：#define IER portO1。同理定義RBR、THR、FCR等寄存器。采用3.072MH z的晶體振蕩器，波特率為9600、字長(zhǎng)為8 bit、無校驗(yàn)位、1位停止位的數(shù)據(jù)流。 TL16C550寄存器的初始化C語(yǔ)言程序如下： FCR=Ox03； /允許FIFO的發(fā)送和接收，同時(shí)清除已接收到的FIF

18、O LCR=LCR&0xFF7F； /設(shè)置DLAB=0 IER=0x00； /不設(shè)置中斷請(qǐng)求 LCR=0x03； /字長(zhǎng)為8 bit、無校驗(yàn)位、1位停止位 MCR=0x00； /設(shè)置CTS控制輸入輸出 LCR=LCR&0x80； / 設(shè)置DLAB=I DLL=0x20； /波特翠為9600 DLM=0x00； LCR=LCR&0xFF7F； /重新設(shè)置DLAB=0 初始化完成后，TMS320VC5402與PC機(jī)通過9600的速率傳輸數(shù)據(jù)。如果要想得到不同的波特率，則只需向波特率因子寄存器中寫入相應(yīng)的值即可。 5 調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果圖5.1 調(diào)試運(yùn)行結(jié)果圖如上圖5.1所示，按

19、下復(fù)位鍵后，串口調(diào)試助手窗口依次出現(xiàn)兩行事先編輯的“hello，everyone！”成功實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與DSP之間的數(shù)據(jù)交換。首先PC機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP，然后DSP又將數(shù)據(jù)發(fā)給PC機(jī)。在發(fā)送字符/數(shù)據(jù)窗口鍵入字符“s”，若采用手動(dòng)發(fā)送，則窗口出現(xiàn)“ss” ；若采用自動(dòng)發(fā)送，則窗口連續(xù)出現(xiàn)“sssssssss.” ，按下復(fù)位鍵后，數(shù)據(jù)停止發(fā)送。于是通過編寫的DSP程序和對(duì)程序的運(yùn)行調(diào)試，成功實(shí)現(xiàn)DSP和PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。6 心得體會(huì)時(shí)間過得真快，轉(zhuǎn)眼間已經(jīng)有兩個(gè)星期過去了，現(xiàn)在回想起來，往事還歷歷在目。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),

20、是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程?；仡櫰鸫舜蜠SP原理及應(yīng)用的課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多。從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之

21、處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，同學(xué)的幫助下終于迎刃而解。在此我表示感謝！在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們結(jié)合了課程中所學(xué)的理論知識(shí)，依據(jù)書上提供的DSP與文獻(xiàn)中的TL16C550的原理的基礎(chǔ)上來進(jìn)行編程，這次課程設(shè)計(jì)我們學(xué)到了很多東西，雖然做出來的東西很基礎(chǔ)，但是我們加深了對(duì)知識(shí)的理解和掌握，作為一名大四學(xué)生，我覺得做課程設(shè)計(jì)十分的有意義，這不僅是鍛煉培養(yǎng)獨(dú)立分析與解決問題的能力，也是一次團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)過程。參考文獻(xiàn) 1 鄒彥. DSP原理及應(yīng)用M.

22、北京:電子工業(yè)出版社,2005,1. 2 戴明楨.TMS320C54xDSP結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用M.北京航空航天大學(xué)出版社,2001,8. 3 胡圣堯. DSP原理及應(yīng)用M.東南大學(xué)出版社,2008.7. 4 清源科技.TMS320C54xDSP應(yīng)用程序設(shè)計(jì)教程M.機(jī)械工業(yè)出版社,2004,1. 5 清源科技.TMS320C54x硬件開發(fā)教程M.機(jī)械工業(yè)出版社,2003,1. 6 蔡琳潔.DSP與PC機(jī)串口的高速數(shù)據(jù)通信的實(shí)現(xiàn)J.電訊技術(shù),2001,4.附錄* FileName:ex3.asm * Descriptiion:異步串行口實(shí)驗(yàn) *CMD文件：MEMORYPAGE 0:VECS:orig

23、in = 0xff80,length = 0x80PROG:origin = 0x1000,length = 0x1000PAGE 1:DATA:origin = 0x2000,length = 0x1000STACK:origin = 0x3000,length = 0x1000SECTIONS.vectors: >VECS PAGE 0.text:>PROG PAGE 0.data:>DATA PAGE 1.stack:>STACK PAGE 15000系列DSP匯編語(yǔ)言：.title "ex3".global _c_int00.mmregs.d

24、ef _c_int00UART_BASE.set0x0000THR.setUART_BASE+0x00RBR.setUART_BASE+0x00IIR.setUART_BASE+0x20IER.setUART_BASE+0x10FCR.setUART_BASE+0x20LCR.setUART_BASE+0x30MCR.setUART_BASE+0x40LSR.setUART_BASE+0x50MSR.setUART_BASE+0x60SCR.setUART_BASE+0x70DLL.setUART_BASE+0x00DLM.setUART_BASE+0x10BAUDLOW.set60hBAUD

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