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TMS320C54XX系列DSP與PC機間串行通信的實現(xiàn)
摘要：目前大多數(shù)數(shù)字信號處理器（DSP）芯片上未提代通用異步串行收發(fā)器（UART），只提供2～3個同步串行接口，其與微機及其它設備進行串行通信時，必須在DSP上擴展異步串行接口。以美國TI公司TMS320C54XX系列DSP為例，采用MAXIM公司的MAX3111異步串行收發(fā)器，研究了理想的接口擴展方案。論述了這種方案的軟、硬件實現(xiàn)。該方案硬件連接簡單，軟件編程方便，可實現(xiàn)DSP與PC機間的串行通信，具有很高的工程應用價值。DSP在電子工業(yè)領域得到了越來越廣泛的應用。在DSP應用系統(tǒng)設計中，必不可少的是各種通信接口的設計。與并行接口相比，串行接口的最大特點是減少了器件引腳數(shù)目，降低了接口設計復雜性。串行數(shù)據(jù)傳輸可分為同步和異步兩種模式。通用PC機的RS-232接口為通用異步接口UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter），而MOTOROLA公司的串行外圍設備接口SPI、隊列SPI（QSPI）、PHILIPS公司的內部IC總線（I2C），National公司的微總線（MICROWIRE）均為同步串行協(xié)議。
目前幾乎所有的數(shù)字信號處理器都提供了一個或多個串行接口，然而，多數(shù)DSP芯片提供的是同步串口。在實際的應用中，也需要DSP能夠與外設進行異步串行通信，如與PC機進行串行數(shù)據(jù)傳輸就要求DSP系統(tǒng)具UART串行接口。針對這種情況，本文研究并實現(xiàn)了一種簡單、可靠的異步串口擴展方法。
1 擴展方案
綜合分析DSP應用系統(tǒng)中擴展異步串行接口的方案，其基本方法和優(yōu)缺點如下：
（1）在DSP的并行總線上擴展UART芯片（如TI公司的TL16C552），用硬件實現(xiàn)異步數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)點是軟件實現(xiàn)簡單，缺點是在總線上還需擴展其它設備，這樣做使目標系統(tǒng)復雜化，增大系統(tǒng)體積。
（2）利用DSP的McBSP和DMA，在不擴展其它硬件的情況下，用軟件實現(xiàn)異步數(shù)據(jù)傳輸格式。這種方法的優(yōu)點在于硬件簡單，但軟件復雜，加大了CPU的負擔，所以不適合通信數(shù)據(jù)量大的場合。
（3）利用DSP的McBSP同步串行接口，在擴展適當硬件的情況下，將同步數(shù)據(jù)變換為UART異步數(shù)據(jù)格式進行傳輸。這樣，就充分利用了DSP的片上資源，使硬件系統(tǒng)盡量簡單化。
綜合考慮硬件連接和軟件編程的方便性，本文采用第三種方案，應用美國MAXIM公司的MAX3111串行異步收發(fā)器，與DSP的McBSP口直接連接。硬件上無需任何其它外圍器件，同時由于異步數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收由MAX3111以硬件方案實現(xiàn)，所以軟件編程需要考慮的也只是DSP與MAX3111之間的同步數(shù)據(jù)通信。這樣，用最簡單的硬件連接和軟件編程就能實現(xiàn)同步到異步的串行數(shù)據(jù)格式轉換。
2 SPI接口協(xié)議及DSP的多通道緩沖串行接口
2.1 SPI接口協(xié)議
串行外圍設備接口（SPI）是MOTOROLA公司提出的一個同步串行外設接口，允許CPU與各種外圍接口器件以串行方式進行通信、交換信息。它使用4條線：串行時鐘線（SCK）、主機輸入/從機輸出線（MISO）、主機輸出/從機輸入線（MOSI）、低電平有效的使能信號線（CS）。這樣，僅需3～4根數(shù)據(jù)線和控制線即可擴展具有SPI接口的各種I/O器件。其典型的接口示意圖如圖1所示。
2.2 McBSP的功能與特點
TMS320C54XX系列DSP芯片都具有2～3個高速、全雙工、多通道緩沖串行接口（McBSP），其方便的數(shù)據(jù)流控制可使其與大多數(shù)同步串行外圍設備接口。McBSP是在標準串行接口的基礎上對功能進行擴展的，除具有標準串口的功能特點外，其靈活性體現(xiàn)在如下幾個方面：
（1）雙緩沖區(qū)發(fā)送，三緩沖區(qū)接收，
允許連續(xù)數(shù)據(jù)流傳輸；
（2）可與SPI、IOM-2、AC97等兼容設備直接接口；
（3）可編程幀同步、數(shù)據(jù)時鐘極性，支持外部移位時鐘或內部頻率可編程移位時鐘；
（4）擁有相互獨立的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收幀同步脈沖和時鐘信號；
（5）多通道發(fā)送和接收，最多可達128個通道，速度可為100Mbit/s。
2.3 McBSP的SPI方式
TMS320C54XX系列DSP芯片的McBSP串口工作于時鐘停止模式時與SPI協(xié)議兼容。當將McBSP配置為時鐘停止模式時，發(fā)送器和接收器在內部得到同步，這時McBSP可作為SPI的主設備或從設備。發(fā)送時鐘信號（BCLKX）對應于SPI協(xié)議中的串行時鐘信號（SCK），發(fā)送幀同步信號對應于從設備使能信號（CS）。在這種方式下對接收時鐘信號（BCLKR）和接收幀同步信號（BFSR）將不進行連接，因為它們在內部與BCLKX和BFSX相連接。McBSP工作于SPI模式的主機時，與其它SPI器件接口如圖2所示。
3 MAX3111通用異步收發(fā)器
3.1 MAX3111功能特點
MAX3111通用異步收發(fā)器是MAXIM公司專門為小型微處理系統(tǒng)進行最優(yōu)化設計的UART，它包括一個振蕩器和一個可編程波特率發(fā)生器；具有一個可屏蔽的中斷源；另具有一個8字節(jié)的接收FIFO（先入先出）緩沖器。它應用SPI/MICROWIRE接口技術直接與主控制器進行通信，線路簡單、體積小，通信速率可達230kbit/s。另外其內部除具有UART之外，還包括兩個RS-232電平轉換器，這樣無需再接入普通的MAX232進行電平轉換，即可應用一個芯片實現(xiàn)微控器（具有SPI/MICROWIRE接口）與PC機或其它設備之間的異步數(shù)據(jù)傳輸。
3.2 對MAX3111的操作
MAX3111通過SPI接口與主設備進
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