高速DSP与PC实现串口通信的方法
高速dsp与pc实现串口通信的方法
数字信号处理器(digital signal processor，dsp)在图形图像处理、高精度测量控制、高性能仪器仪表等众多领域得到越来越广泛的应用，实际运用中，通常须将dsp采集处理后的数据传送到pc机，然后进行存储和处理。
t1公司的tms320vc33微处理器具有性价比高，同时，该芯片的i/o电平、字长、运行速度、串口功能具有大多数dsp的共同特点。本文针对tms320vc33与pc rs-232的通讯，分析三种具体的接口电路和软件设计方法，实现高速dsp与低速设备的通讯：①通过tms320vc33的通用i/o口实现通信;②通过tms320vc33中可设置为通用i/o的串行引脚实现通信;③直接利用tms320vc33的串口功能实现通信，在硬件和软件设计的基础上，完成相关试验和调试，并达到预期的效果。
采用通用i/o口实现
pc的rs-232接口按照设定的固定波特率传送，rs-232串行口进行通信采用三线式接法，即rx(数据接收)、tx(数据发送)、gnd(地)三个引脚，pc机按帧格式发送、接收数据，一帧通常包括1位起始位(0电平)、5-8位数据位、1位(或无)校验位、1位或1位半停止位(1电平)，起始位表示数据传送开始，数据位为低位在前、高位在后，停止位表示一帧数据结束。
tms320vc33微处理器的串口帧格式没有起始位和停止位，只有数据位，且数据位为高位在前、低位在后。利用tms320vc33微处理器的通用i/o引脚实现串行通信时，须依据rs232的通信协议并结合dsp硬件资源编写相应的dsp程序。
1.硬件设计
tms320vc33微处理器共有10个引脚可配置为通用i/o口，其中xfo、xfl为专用的通用i/o口，通过软件设计可实现xfo、xfl专用i/o口与rs232的串行通信，电路结构如图1所示。
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本文选用max3232e作为rs232c电平与ttl电平的转换芯片，r1in、t1out为rs232c电平，r1out、t1in为ttl电平，tms320vc33微处理器的int2引脚为外部中断脚，r10ut同时连接到int2和xf0，即可利用传输的第一位触发tms320vc33微处理器的外部中断。
2.软件设计
假设系统已经完成初始化，数据接收流程如图2所示，设传输速率为9600bit/s，一个起始位(0)、8位数据位、一个终止位(1)。数据传输时对起始位定时半位的时间，数据位第一位以后的定时周期设置为一个位的时间，保证每一位数据都在中间采样，与传统rs232串口传输方式不同，有利于降低传输的误码率。
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数据传输时，先判断rx是否为oah，即判断是不是传输起始位，若rx=oah，表明数据开始传输;接着判断xf0管脚的状态是否为o，若xf0=1，则数据传输错误，重新接收下一个数据;若xf=0，则表示数据开始正常传输;然后将rx-1，同步刷新rx中的内容，即rx=rx-1;同时，在timer0的周期寄存器和计数寄存器中存入定时整个位的时间常数，开定时器0的中断，定时时间一到，程序进入timer0的中断服务子程序，再判断rx是不是终止位，若rx为终止位，则开始继续接收新的数据，打开int2，将timer0周期寄存器和计数寄存器中存放半位的时间参数;若rx不是终止位，则继续接收数据位，直到rx接收到终止位。
数据发送程序与数据接收程序原理相同，此处略。
串口引脚作为通用i/o口实现
1.硬件设计
tms320vc33微处理器的串口引脚也可作为通用i/o口，通过对i/0口的操作即可实现串行数据的接收和发送，将微处理器的数据接收引脚dr作为rs232的数据接收端，数据发送引脚dx作为rs232的数据发送端，电路结构如图3所示，图中max3232e的r2out与tms320vc33微处理器的lnt1和dr相连。
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2.软件设计
软件设计与i/o口软件原理相似，tms320vc33微处理器串口寄存器将串口功能引脚dr、dx设置为通用i/o口功能，不实施串口功能，即dr、dx引脚的功能与图1中xf0和xf1的功能相同，接收数据的流程与图2原理相同。
需要说明两点：①将图1和图3硬件电路相组合，即可实现一片tms320vc33微处理器与两台微机的同时通信;②tms320vc33微处理器共有10个引脚可配置为通用i/o口，因此，利用tms320vc33微处理器的内部和外部中断源、2个定时器、1个串口定时器和软件定时等方式，可巧妙地实现1片tms320vc33微处理器与多台微机同时通信。
串口功能实现 该方法直接利用tms320vc33微处理器的串口功能实现通信。tms320vc33微处理器的串行通信有固定数据速率和可变数据速率两种类型，每种类型又分连续、标准和爆发三种方式。
1.硬件设计
本文与rs232接口的通信方式采用固定速率的爆发方式，在该方式下，每个字的传送都由帧同步(fsx/fsr)信号开始，后面开始为数据位，其时序如图4所示。tms320vc33微处理器在爆发方式接收数据时，从帧同步信号后开始接收数据，并不再考虑fsr信号，在一帧信号传输的最后一位时，fsr必须为低电平，否则将会被作为下一帧的帧同步信号位。
tms320vc33微处理器与标准串口间的通信硬件结构如图5所示，同样采用三线连接的电路。因pc起始位为低电平，tms320vc33微处理器帧同步位为高电平，为使两者统一，max3232e的r10ut信号经一反相器后，再连接到dsp的dr和fsr引脚，同时加反相器后，数据相位和停止位都相应变反，但是很容易用软件方法还原数据信号。
2.软件设计
软件设计比前两种方法更为简单，只需将串口的相应寄存器位设置好，然后开启相应中断即可完成与pc的通信，此方法在接收时采用帧同步信号，误码率较低，是一种比较实用的方法。
①在dsp接收时，接收信号同时连接到接收引脚dr和接收帧同步引脚fsr，故pc发送1帧信号的起始位是被用作接收帧同步信号，然后才开始接收数据，而且fsr引脚在接收帧的最后一位时必须为低电平，以满足tms320vc33微处理器爆发方式串行通信的要求。pc采用上述发送帧格式，停止位反相后，正好满足fsr的要求。
②在dsp发送时，tms320vc33微处理器的字长只能是8、16、24或32位，且不需要起始位、结束位;rs232的字长只能是8位，且需要起始位和结束位。由图5知，tms320vc33微处理器的fsx采用内部同步，dx引脚上为数据位，为符合pc接收的帧格式，需将数据位设置为16位，将最高位作为起始位、8位数据位、1位停止位、6位空闲位，即符合pc帧格式为10位的通信要求，同时空闲位不影响数据通信，同时也正是由于有空闲位，所以采用固定速率的爆发方式。
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结论
本文的tms320vc33微处理器与pc实现串口通信的方法可以为其它型号的高速dsp与pc之间实现通信提供参考。
另外，将max3232e芯片换成max485可实现dsp与rs-485接口的通信，即提高了数据传输速率，增加了传输距离，同时，增强了数据传输中抗干扰能力，对复杂环境的数据传输通讯有重要的应用意义。
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采用通用i/o口实现
pc的rs-232接口按照设定的固定波特率传送，rs-232串行口进行通信采用三线式接法，即rx(数据接收)、tx(数据发送)、gnd(地)三个引脚，pc机按帧格式发送、接收数据，一帧通常包括1位起始位(0电平)、5-8位数据位、1位(或无)校验位、1位或1位半停止位(1电平)，起始位表示数据传送开始，数据位为低位在前、高位在后，停止位表示一帧数据结束。
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①在dsp接收时，接收信号同时连接到接收引脚dr和接收帧同步引脚fsr，故pc发送1帧信号的起始位是被用作接收帧同步信号，然后才开始接收数据，而且fsr引脚在接收帧的最后一位时必须为低电平，以满足tms320vc33微处理器爆发方式串行通信的要求。pc采用上述发送帧格式，停止位反相后，正好满足fsr的要求。
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