用TL16C752B實(shí)現(xiàn)DSP和PC機(jī)的串行通信
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理；通信接口；異步通信；TL16C752B；TMS320VC5421
１ 引言
美國(guó)德州儀器公司（ＴＩ）的ＴＭＳ３２０ＶＣ５４ＸＸ系列ＤＳＰ芯片與ＰＣ機(jī)實(shí)現(xiàn)異步通信通常有兩種方法：第一種是使用通用Ｉ／Ｏ信號(hào)ＸＦ和ＢＩＯ作為串口發(fā)送和接收信號(hào)，用軟件逐位發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，即軟件異步通信方法，這種方法需要占用很多ＣＰＵ時(shí)間，因此，只能在ＤＳＰ不太忙、實(shí)時(shí)性要求不高的情況下采用；第二種是通過(guò)擴(kuò)展異步通信芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)高速串行通信，本文選用的就是此方法。
在筆者設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)幅廣播系統(tǒng)中的基帶處理子系統(tǒng)時(shí)，復(fù)用器與信道編碼器之間的通信采用的是異步串行通訊方案。復(fù)用器則使用通用ＰＣ機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，信道編碼器使用ＴＩ公司生產(chǎn)的ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
２?。眨粒遥孕酒裕蹋保叮茫罚担玻潞?jiǎn)介[１]
２．１ 主要特點(diǎn)
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ是ＴＩ公司推出的新型ＵＡＲＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ）收發(fā)器。該器件的主要特點(diǎn)如下：
●引腳和ＳＴ１６Ｃ２５５０兼容，內(nèi)置兩套ＵＡＲＴ系統(tǒng)，可獨(dú)立工作；
●工作時(shí)，最高波特率可以達(dá)到１．５Ｍｂｐｓ（使用２４ＭＨｚ晶體時(shí)）或３Ｍｂｐｓ（使用４８ＭＨｚ振蕩器或時(shí)鐘源時(shí)）；
●具有６４字節(jié)發(fā)送／接收ＦＩＦＯ（接收ＦＩＦＯ包含錯(cuò)誤標(biāo)志）。由于收、發(fā)ＦＩＦＯ的觸發(fā)等級(jí)可通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，因而減少了ＣＰＵ的中斷次數(shù)；
●接收ＦＩＦＯ的啟動(dòng)和停止等級(jí)可以通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)；
●具有兩種控制模式：其中軟件流控制模式可通過(guò)編程Ｘｏｎ／Ｘｏｆｆ字符來(lái)實(shí)現(xiàn)；而硬件流控制模式則可通過(guò)設(shè)置ＲＴＳ和ＣＴＳ引腳及相應(yīng)的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)；
●波特率可編程；
●可編程下列串行數(shù)據(jù)格式：
——５、６、７、８ 四種字符；
——數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)或者無(wú)校驗(yàn)；
——１、１．５、２ｂｉｔｓ 停止位；
●內(nèi)部閉環(huán)。
２．２ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的引腳功能
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ內(nèi)含雙ＵＡＲＴ，并自帶６４字節(jié)收發(fā)ＦＩＦＯ，可自動(dòng)進(jìn)行軟件流和硬件流控制，最大波特率可達(dá)３Ｍｂｐｓ。此外，ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ還提供了其它一些增強(qiáng)功能，可通過(guò)設(shè)定ＥＦＲ寄存器的相關(guān)位來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)ＦＩＦＯ ＲＤＹ 寄存器可讀取ＴＸＲＤＹ／ＲＸＲＤＹ引腳的狀態(tài)；而通過(guò)片內(nèi)寄存器則可為使用者提供接收數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤識(shí)別、操作狀態(tài)以及ＭＯＤＥＭ的接口控制信號(hào)。
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的引腳排列如圖１所示，各主要引腳的功能如下：
Ａ０～Ａ２：地址線(xiàn)，通過(guò)這幾個(gè)引腳以及讀寫(xiě)信號(hào)ＩＯＲ和ＩＯＷ可以訪(fǎng)問(wèn)及設(shè)定片內(nèi)寄存器?
Ｄ０～Ｄ７：雙向８位數(shù)據(jù)線(xiàn)?
ＣＳＡ、ＣＳＢ：兩套ＵＡＲＴ的片選信號(hào)?
ＴＸＡ／ＲＸＡ、ＴＸＢ／ＲＸＢ：分別表示所要發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)端口?
ＩＮＴＡ／ＩＮＴＢ：中斷信號(hào)?
ＲＥＳＥＴ：芯片復(fù)位信號(hào)?
ＸＩＮ／ＸＯＵＴ：時(shí)鐘輸入／輸出信號(hào)。
２．３ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的內(nèi)部寄存器
圖２所示是ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的內(nèi)部功能模塊圖，該器件內(nèi)部共有２０個(gè)寄存器，這些寄存器可分別用于實(shí)現(xiàn)通信參數(shù)的設(shè)置、對(duì)線(xiàn)路及ＭＯＤＥＭ狀態(tài)的訪(fǎng)問(wèn)、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以及中斷管理等功能。其地址可分別通過(guò)Ａ０～Ａ２地址線(xiàn)和某些寄存器的特定位來(lái)確定，由于有些寄存器的地址是重疊的，所以還必須通過(guò)讀／寫(xiě)信號(hào)加以區(qū)分。ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ內(nèi)部寄存器的映射如表１所列。表中：
“＊” 表示僅當(dāng)ＬＣＲ的第７位為１時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)ＤＬＬ／ＤＬＨ。
“＊＊ ”表示僅當(dāng)ＬＣＲ為０ｘＢＦ時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)ＥＦＲ以及Ｘｏｎ１／２，Ｘｏｆｆ１／２。
“＋” 表示當(dāng)ＥＦＲ[４]為１，且ＭＣＲ[６]為１時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)ＴＣＲ／ＴＬＲ。
“＋＋”表示當(dāng)片選信號(hào)有效、ＭＣＲ[２]為１且處于非閉環(huán)模式時(shí)，訪(fǎng)問(wèn) ＦＩＦＯ ＲＤＹ。
此外，對(duì)于ＭＣＲ[７]，只有當(dāng)ＥＦＲ[４]為１時(shí)才可以更改。在上述說(shuō)明中，[]表示該寄存器的第幾位。
表1 TL16C752B的內(nèi)部寄存器映射表
| A[2] | A[1] | A[0] | 讀 模 式 | 寫(xiě) 模 式 |
| 0 | 0 | 0 | 接收保持寄存器（RHR） | 發(fā)送保持寄存器（THR） |
| 0 | 0 | 1 | 中斷使能寄存器（IER） | IER |
| 0 | 1 | 0 | 中斷標(biāo)示寄存器（IIR） | FIFO控制寄存器（FCR） |
| 0 | 1 | 1 | 線(xiàn)路控制寄存器（LCR） | LCR |
| 1 | 0 | 0 | MODEM控制寄存器（MCR） | MCR |
| 1 | 0 | 1 | 線(xiàn)路狀態(tài)寄存器（LSR） | LSR |
| 1 | 1 | 0 | MODEM狀態(tài)寄存器（MSR） | MSR |
| 1 | 1 | 1 | 臨時(shí)寄存器（SPR） | SPR |
| 0 | 0 | 0 | *除數(shù)鎖存低位（DLL） | DLL |
| 0 | 0 | 1 | *除數(shù)鎖存高位（DLH） | DLH |
| 0 | 1 | 0 | **增強(qiáng)功能寄存器（EFR） | EFR |
| 1 | 0 | 0 | ** Xon-1字符值 | Xon-1字符值 |
| 1 | 0 | 1 | ** Xon-2字符值 | Xon-2字符值 |
| 1 | 1 | 0 | ** Xoff-1字符值 | Xoff-1字符值 |
| 1 | 1 | 1 | ** Xoff-2字符值 | Xoff-2字符值 |
| 1 | 1 | 1 | +傳輸控制寄存器（TCR） | TCR |
| 1 | 1 | 0 | +觸發(fā)等級(jí)寄存器（TLR） | TLR |
| 1 | 1 | 1 | ++FOFO狀態(tài)寄存器（FIFO RDY） | FIFO RDY |
２．４ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ工作流控制模式
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ有２種工作流控制模式：硬件流控制和軟件流控制。使用前者可降低軟件消耗，通過(guò)ＲＴＳ和ＣＴＳ引腳信號(hào)的硬件連接可自動(dòng)控制串行數(shù)據(jù)流，從而提高系統(tǒng)的有效性；后者則通過(guò)使用可編程的Ｘｏｎ／Ｘｏｆｆ字符來(lái)自動(dòng)控制數(shù)據(jù)傳輸。本文主要介紹軟件流控制模式。
軟件流控制模式的使能可通過(guò)ＥＦＲ和ＭＣＲ這２個(gè)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同流模式的組合如表２所列（可通過(guò)設(shè)定ＥＦＲ的低４位實(shí)現(xiàn)）。
表2 軟件流控制模式
| EFR[3] | EFR[2] | EFR[1] | EFR[0] |
TX RX軟件流控制組合模式 |
| 0 | 0 | X | X | 無(wú)發(fā)送流控制 |
| 1 | 0 | X | X | 發(fā)送Xon1,Xoff1 |
| 0 | 1 | X | X | 發(fā)送Xon2,Xoff2 |
| 1 | 1 | X | X | 發(fā)送Xon1,Xoff1；Xon2,Xoff2 |
| X | X | 0 | 0 | 無(wú)接收流控制 |
| X | X | 1 | 0 | 接收器比較Xon1,Xoff1 |
| X | X | 0 | 1 | 接收器比較Xon2,Xoff2 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 發(fā)送Xon1,Xoff1；接收器比較Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 發(fā)送Xon2,X0ff2；接收器比較Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 發(fā)送Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2;接收器比較Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 無(wú)發(fā)送流控制；接收器比較Xon1,Xoff1;Xon2，Xoff2 |
具體工作流程（從接收的角度）為：接收時(shí)，若操作達(dá)到接收中斷等級(jí)，則產(chǎn)生中斷，但這時(shí)傳輸還在進(jìn)行（這里假設(shè)中斷有一定延時(shí)）；而當(dāng)ＲＨＲ中的數(shù)據(jù)數(shù)目達(dá)到接收停止等級(jí)規(guī)定的數(shù)值時(shí)，接收端發(fā)送Ｘｏｆｆ１／２，以通知發(fā)送端停止發(fā)送數(shù)據(jù)，這時(shí)接收端將讀?。遥龋抑械臄?shù)據(jù)。當(dāng)ＲＨＲ中的數(shù)據(jù)數(shù)目降到接收啟動(dòng)等級(jí)規(guī)定的數(shù)值時(shí)，接收端發(fā)送Ｘｏｎ１／２，以通知發(fā)送端可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。
３?。裕蹋保叮茫罚担玻屡cＰＣ的通信電路
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ與ＰＣ的串行通信部分的硬件連接電路如圖３所示。圖中，地址線(xiàn)Ａ０～Ａ２、數(shù)據(jù)線(xiàn)Ｄ０～Ｄ７分別和ＤＳＰ的地址總線(xiàn)Ａ０～Ａ２、外部數(shù)據(jù)線(xiàn)Ｄ０～Ｄ７直接相連，而選通信號(hào)ＣＳＡ／ＣＳＢ、讀寫(xiě)信號(hào)ＩＯＲ／ＩＯＷ、復(fù)位信號(hào)ＲＥＳＥＴ以及中斷信號(hào)ＩＮＴＡ／Ｂ則接入ＣＰＬＤ并由ＣＰＬＤ處理。同時(shí)ＤＳＰ端的ＰＳ、ＤＳ、ＩＳ、ＩＯＳＴＲＢ、Ｒ／ Ｗ、ＭＳＴＲＢ也同時(shí)接入ＣＰＬＤ以用于生成控制信號(hào)。電路中使用ＣＰＬＤ一方面可以對(duì)ＵＡＲＴ的地址靈活配置，另一方面也可以靈活生成ＵＡＲＴ的復(fù)位、選通和讀寫(xiě)信號(hào)，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性，方便系統(tǒng)調(diào)試。
由于ＰＣ端串口采用ＲＳ２３２電平標(biāo)準(zhǔn)，因此ＵＡＲＴ之后需要連接ＭＡＸ３２２１以完成電平轉(zhuǎn)換。ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的數(shù)據(jù)發(fā)送引腳和數(shù)據(jù)接收引腳分別與ＭＡＸ３２２１的數(shù)據(jù)輸入引腳和數(shù)據(jù)輸出引腳連接。這里只使用一套ＵＡＲＴ來(lái)完成ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ和ＰＣ的通信。數(shù)據(jù)收、發(fā)采用中斷方式，ＵＡＲＴ＿ＩＮＴＡ通過(guò)ＣＰＬＤ和ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１的外部中斷ＩＮＴ０相連接。而３．０７２ＭＨｚ晶振則連接到ＸＩＮ和ＸＯＵＴ?xún)梢_。波特率設(shè)定為３８４００，故ＤＬＬ／ＤＬＨ分別為０６和００ｈ。
具體調(diào)試時(shí)，可先從查詢(xún)方式開(kāi)始，若沒(méi)有問(wèn)題，再使用中斷方式。
圖3
４ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ和ＰＣ通信的軟件編程
該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要包括ＰＣ機(jī)程序、ＤＳＰ初始化、ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ初始化和數(shù)據(jù)發(fā)送／接收以及雙方的通信協(xié)議等。下面介紹ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的初始化程序。
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ初始化程序主要包括以下幾部分：
（１）波特率的設(shè)定；
（２）增強(qiáng)功能的使能及設(shè)置ＥＦＲ的相關(guān)位；
（３）完成有關(guān)收、發(fā)ＦＩＦＯ的設(shè)定，主要是ＭＣＲ／ＴＣＲ／ＴＬＲ ３個(gè)寄存器的設(shè)置；
（４）軟件流控制模式使能以及Ｘｏｎ／Ｘｏｆｆ字符的設(shè)置；
（５）傳輸數(shù)據(jù)格式設(shè)定，包括８位數(shù)據(jù)位、２位停止位、ＤＭＡ傳輸模式１、偶校驗(yàn)、不使用強(qiáng)制校驗(yàn)?zāi)Ｊ?、暫停控制位無(wú)效等；
（６）設(shè)置ＦＩＦＯ控制以及中斷控制寄存器。
此外，在完成設(shè)置前，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（１） 設(shè)定ＤＬＬ和ＤＬＨ前，ＬＣＲ[７]應(yīng)為１。
（２） 設(shè)定ＭＣＲ前，ＥＦＲ[４]應(yīng)為１,ＬＣＲ應(yīng)為００ｈ。地址相重疊的寄存器不能同時(shí)使能。
（３） 讀寫(xiě)ＲＨＲ和ＴＨＲ時(shí)，由于ＤＳＰ的讀寫(xiě)速度很快，故最好不要連續(xù)讀寫(xiě)，而是在每讀、寫(xiě)一次后延時(shí)一段時(shí)間，然后再進(jìn)行下一次讀寫(xiě)。
（４） 這里，ＤＭＡ只是一個(gè)名稱(chēng)，而并非是 “直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)”。
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的地址分配在Ｉ／Ｏ空間的００２０ｈ～００２７ｈ，讀寫(xiě)通過(guò)ＰＯＲＴＲ和ＰＯＲＴＷ指令完成。ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ初始化程序如下：
ｉｎｉ_(kāi)ｕａｒｔ_ｓｔａｒｔ:
；設(shè)置 ｂａｕｄ ｒａｔｅ＝３８４００ ; ｄｉｖｉ-ｓｏｒ＝０００６ｈ
ｓｔｍ ＃ｔｅｍｐ１_ｒｅｇ,ａｒ１
ｎｏｐ
ｓｔ ＃８０ｈ;＊ａｒ１ ；除數(shù)鎖存使能 ＬＣＲ＝ｂｆｈ
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＬＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＤＬＬ_ｖａｌｕｅ,＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１,＃ｋ_ＤＬＬ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＤＬＨ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１,＃ｋ_ＤＬＨ_ａｄｄｒ
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
ｓｔ ＃ｋ_ＬＣＲ_ｖａｌｕｅ?＊ａｒ１ ；ＬＣＲ＝ｂｆｈ
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＬＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ１ ＥＦＲ ｖａｌｕｅ?＊ａｒ１ ；增強(qiáng)功能使能
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＥＦＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃０，＊ａｒ１ ；設(shè)定ＬＣＲ＝ ０
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１?＃ｋ ＬＣＲ ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＦＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；設(shè)定ＦＩＦＯ控制寄存器
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＦＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＭＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；設(shè)定ＭＣＲ／ＴＣＲ／ＴＬＲ寄存器
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＭＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＴＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＴＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＴＬＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＴＬＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ１_ＭＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＭＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＬＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；為訪(fǎng)問(wèn)Ｘｏｎ／Ｘｏｆｆ／ＥＦＲ，ＬＣＲ重設(shè)定為ＢＦｈ
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＬＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_Ｘｏｆｆ１_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；設(shè)置軟件流控制
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_Ｘｏｆｆ１_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_Ｘｏｎ１_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_Ｘｏｎ１_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_Ｘｏｆｆ２_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_Ｘｏｆｆ２_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_Ｘｏｎ２_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_Ｘｏｎ２_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＥＦＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；設(shè)置軟件流控制組合方式
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＥＦＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＬＣＲ_ｄｌａｔｃｈ_ｄｉｓａｂｌｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＬＣＲ_ａｄｄｒ ；設(shè)定傳輸數(shù)據(jù)格式
ｓｔ ＃ｋ_ＩＥＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；設(shè)置中斷
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＩＥＲ_ａｄｄｒ
５ 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)擴(kuò)展串口完成ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１與ＰＣ機(jī)串行通信硬件接口比較簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)傳送距離遠(yuǎn)、使用經(jīng)濟(jì)。該電路及其軟件經(jīng)與微機(jī)的通信實(shí)驗(yàn)證明，在波特率為３８４００時(shí)，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)與ＰＣ機(jī)的通信。
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