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引言 TMS320F24x是美國TI公司TMS320系列定點數字信號處理器(DSP)之一，TMS320F240是F24x系列面向數字控制芯片的典型代表。由于TMS320F240并不具備人機界面，在實際使用過程中，需要為它提供一個人機接口或上層控制接口，以便于觀察控制效果或傳遞必要的控制信息。因此，實現TMS320F240與PC之間串行通信接口的設計方法，具有較高的實用價值。 串行通信接口的硬件設計 F240芯片內部集成了一個串行通信接口(SCI)模塊，該模塊是一個標準的通用異步接收/發送(UART)通信接口，通信接口有SCITXD(SCI發送輸出引腳)和SCIRXD(SCI接收輸入引腳)兩個外部引腳，引腳的信號電平為TTL類型。而PC機串口的異步串行通信基于RS232C標準，兩者的信號邏輯電平不一致，必須進行信號電平轉換。選用內部含有電壓倍增電路的電平變換芯片MAX232，MAX232有兩對收/發單元，實現DSP與PC之間的串口通信只需一對收/發單元即可，在完成DSP與PC的正常通信任務的基礎上，利用另外一對收/發單元，擴展了實現PC與DSP的雙向復位功能。當DSP控制器程序出錯、監控對象異常或需要控制程序重新運行時，可以直接從上位PC發控制指令，達到復位下位機的功能。同樣，也可以從DSP端復位PC或給PC發特定的命令信號。DSP與PC串行通信接口的硬件設計如圖1所示。 以RS232C通信標準進行通信，在保證通信準確性的前提下，通信距離一般以不超過12m為宜，在工業控制現場很受限制。為保證硬件設計的兼容性和易擴展性，能夠應用于不同場合，在DSP硬件電路板端還采用了一個MAX489芯片，添加了一個RS485/RS422通信接口。 實際使用過程中，系統在選擇不同的通信標準時，切換十分方便。如圖1所示，當跳線端子JUMP2與JUMP3的2、3腳短接時，SCITXD接通MAX232芯片的T1I引腳，SCIRXD接通MAX232芯片的R1O引腳，即DSP的通信接口與MAX232芯片相連，此時系統采用RS232C的通信標準。當跳線端子JUMP2與JUMP3的1、2腳短接時，SCITXD接通MAX489芯片的DI引腳，SCIRXD接通MAX489芯片的RO引腳，即DSP的通信接口與MAX489芯片相連，此時系統采用RS485/422的通信標準，PC端只需添加一個RS232C/RS485轉換器即可進行通信接口電平轉換。 通信接口的軟件設計 ● 通信協議的設定 UART通信對噪音比較敏感，特別是脈沖邊沿抖動。所以，為了確保UART能夠正確工作，必須能夠檢測它的開始和結束字節。也就是說，需要一定的數據包格式，即使是使用一個UART端口，在這個數據包中的每一個字節也都要編成UART格式。因此在異步串行通信中，收、發雙方必須事先規定字符格式、采用的波特率，以及時鐘頻率和波特率的關系。 這些規定是通過初始化設置與串行通信有關的寄存器來實現的。本通信系統中，規定字符格式為：每一幀的數據占10位，一位奇校驗位，8位數據位，1位停止位。中間的8位數據位即為有效的通信傳輸字節。雙方的波特率設置為19200bps。同時，為了增強通信的可靠性，減少通信的誤碼率，規定了通信雙方收發數據包的協議如表1所示。 特征碼選用0XFF、0XAA、0X55這3字節為發送數據包的前導數據，這是因為這幾字節在傳輸噪聲中同時出現的幾率很小，特征碼起到向接收方表明有數據發送過來的作用，通知接收方可以開始接收有效數據；字節數是數據包中除了字節數這一項之外，其他所有項字節的長度；有效數據字符串是通信發送方要傳送的有效數據；校驗和是數據包中除了校驗和這一項之外所有項字節的無進位累加和，用于校驗通信是否正確。 同時，在通信過程中約定了雙方的軟件握手方法。為了不使通信過于復雜，提高通信速度，可以直接將握手信號0XFF嵌入到數據包中。軟件握手協議規定如下：PC定時發送符合通信協議規定的數據包，DSP接收到的第四字節若為握手信號0XFF，則將校驗正確后的有效數據存儲，并從中分解有效字節信息，然后回送相同格式的數據包。若PC接收到的數據包的第四字節不是0XFF，則摒棄該數據包。DSP與PC的通信流程圖如圖2所示。 ● DSP端下位機SCI通信程序的編制 在DSP端的軟件程序設計中，通過中斷方式接收PC發送過來的數據包，握手并校驗確認后接收有效數據，再將PC所需的數據打包回送。基于DSP功能模塊化的特點，其串行通信匯編程序的編制主要分三個步驟： (1)初始化設置時鐘源模塊，得到所需的CPUCLK和SYSCLK(因為計算波特率時與之有關)； (2)設置SCI模塊，初始化各SCI控制寄存器； (3)編寫串行通信中斷服務子程序，即可完成DSP與PC之間的串行通信。 在串行通信中斷服務子程序的編制過程中，參考圖2所示的DSP與PC串行通信流程圖，即可完成正常的數據通信任務。如果需要利用軟件來實現DSP與PC的雙向復位，則可將圖1中的跳線端子JUMP1的1、2腳短接，串口的DTR引腳通過上拉電阻接通電源，將JUMP4的2、3腳短接，MAX232的第二路收/發單元的發送引腳接通DSP的復位端HOSTREST。系統上電之后，DTR呈現高電平狀態，若系統運行過程中出現DSP控制器的程序出錯、監控對象異常時，可以通過在上位機端執行特定的復位操作，在程序中使PC串口的DTR引腳狀態產生由低到高的電平變化，通過MAX232芯片的第二路通信收/發單元，將輸出電平傳遞給HOSTREST，最后提供給DSP的復位引腳RS，使得復位引腳RS上同樣出現低到高的電平變化，從而使DSP復位，下位機DSP控制程序得以重新運行。同樣的，當DSP端自行檢測到通信數據不正常時，可以根據檢測結果，自行發送復位信號。通過指令CLR XF，置位XF引腳為低電平，經由MAX232芯片的第二路通信收/發單元，串口的CTS引腳接收到低電平信號，PC端程序若查詢到CTS電平出現由高到低的電平變化時(觸發comEvCTS事件)，自動改變程序運行流程，使得PC端的通信程序重新開始，以期恢復通信的正常。當然，也可以通過在DSP端改變XF引腳電平狀態，作為給PC發送的特定命令信號，相當于在DSP與PC之間預留了一個相互聯系的通信接口。 ● PC端上位機通信程序的編制 上位PC串行通信程序在Windows 2000平臺下采用Visual C++ 6.0實現。VC自帶的ActiveX控件Microsoft Communications Control，即MSComm控件，提供了對Windows通信驅動程序的API函數接口，為應用程序提供了通過串行口收發數據的簡便方法。因此直接在應用程序中嵌入MSComm控件，可以方便地進行計算機串口的通信管理。即只需設置MSComm控件的相應屬性，調用控件的相應方法和事件，按照通信協議的要求定時發送數據包，上位機即可完成相應功能，實現數據通信任務。 MSComm控件提供下列兩種處理通信的方式：事件驅動方式和查詢方式。表2列出了MSComm控件的主要屬性并給出了這些屬性在程序中的設定值。上位PC一般采取事件驅動的方式接收來自于下位機DSP的二進制數據。事件驅動方式的工作原理類似于中斷，當有通信事件發生時(如發送數據、接收數據等)，就會觸發OnComm事件，在該事件的處理函數中調用GetCommEvent()函數，通過返回值即可確定是哪類事件，再做出相應的數據處理，完成雙方之間的通信。 結束語 通過串行口完成DSP與PC之間的通信，具有硬件接口簡單、數據傳送距離遠以及開發周期短、成本低的特點，已經成功應用到研制的機器人作業系統中。本文介紹的TMS320F240與PC串行通信接口的設計方法具有一定的通用性，對TMS320F241/F243/C242以及TMS320LF2406/LF2407等TMS320F24x系列芯片具有很好的參考作用。 參考文獻 1 張雄偉.DSP芯片的原理與開發應用.電子工業出版社. 1997 2 TMS320C2XX User's Guide. America. Texas Instruments. 1997 3 李朝青.PC機及單片機數據通信技術.北京航空航天大學出版社. 2001 4 向先波,張琴.TMS320F24x的實時多中斷任務處理.單片機與嵌入式系統應用. 2003.12 |
