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引言 TMS320F24x是美國(guó)TI公司TMS320系列定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)之一，TMS320F240是F24x系列面向數(shù)字控制芯片的典型代表。由于TMS320F240并不具備人機(jī)界面，在實(shí)際使用過程中，需要為它提供一個(gè)人機(jī)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(shí)現(xiàn)TMS320F240與PC之間串行通信接口的設(shè)計(jì)方法，具有較高的實(shí)用價(jià)值。 串行通信接口的硬件設(shè)計(jì) F240芯片內(nèi)部集成了一個(gè)串行通信接口(SCI)模塊，該模塊是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通用異步接收/發(fā)送(UART)通信接口，通信接口有SCITXD(SCI發(fā)送輸出引腳)和SCIRXD(SCI接收輸入引腳)兩個(gè)外部引腳，引腳的信號(hào)電平為TTL類型。而PC機(jī)串口的異步串行通信基于RS232C標(biāo)準(zhǔn)，兩者的信號(hào)邏輯電平不一致，必須進(jìn)行信號(hào)電平轉(zhuǎn)換。選用內(nèi)部含有電壓倍增電路的電平變換芯片MAX232，MAX232有兩對(duì)收/發(fā)單元，實(shí)現(xiàn)DSP與PC之間的串口通信只需一對(duì)收/發(fā)單元即可，在完成DSP與PC的正常通信任務(wù)的基礎(chǔ)上，利用另外一對(duì)收/發(fā)單元，擴(kuò)展了實(shí)現(xiàn)PC與DSP的雙向復(fù)位功能。當(dāng)DSP控制器程序出錯(cuò)、監(jiān)控對(duì)象異常或需要控制程序重新運(yùn)行時(shí)，可以直接從上位PC發(fā)控制指令，達(dá)到復(fù)位下位機(jī)的功能。同樣，也可以從DSP端復(fù)位PC或給PC發(fā)特定的命令信號(hào)。DSP與PC串行通信接口的硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。 以RS232C通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，在保證通信準(zhǔn)確性的前提下，通信距離一般以不超過12m為宜，在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)很受限制。為保證硬件設(shè)計(jì)的兼容性和易擴(kuò)展性，能夠應(yīng)用于不同場(chǎng)合，在DSP硬件電路板端還采用了一個(gè)MAX489芯片，添加了一個(gè)RS485/RS422通信接口。 實(shí)際使用過程中，系統(tǒng)在選擇不同的通信標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，切換十分方便。如圖1所示，當(dāng)跳線端子JUMP2與JUMP3的2、3腳短接時(shí)，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(shí)系統(tǒng)采用RS232C的通信標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)跳線端子JUMP2與JUMP3的1、2腳短接時(shí)，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(shí)系統(tǒng)采用RS485/422的通信標(biāo)準(zhǔn)，PC端只需添加一個(gè)RS232C/RS485轉(zhuǎn)換器即可進(jìn)行通信接口電平轉(zhuǎn)換。 通信接口的軟件設(shè)計(jì) ● 通信協(xié)議的設(shè)定 UART通信對(duì)噪音比較敏感，特別是脈沖邊沿抖動(dòng)。所以，為了確保UART能夠正確工作，必須能夠檢測(cè)它的開始和結(jié)束字節(jié)。也就是說，需要一定的數(shù)據(jù)包格式，即使是使用一個(gè)UART端口，在這個(gè)數(shù)據(jù)包中的每一個(gè)字節(jié)也都要編成UART格式。因此在異步串行通信中，收、發(fā)雙方必須事先規(guī)定字符格式、采用的波特率，以及時(shí)鐘頻率和波特率的關(guān)系。 這些規(guī)定是通過初始化設(shè)置與串行通信有關(guān)的寄存器來實(shí)現(xiàn)的。本通信系統(tǒng)中，規(guī)定字符格式為：每一幀的數(shù)據(jù)占10位，一位奇校驗(yàn)位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。中間的8位數(shù)據(jù)位即為有效的通信傳輸字節(jié)。雙方的波特率設(shè)置為19200bps。同時(shí)，為了增強(qiáng)通信的可靠性，減少通信的誤碼率，規(guī)定了通信雙方收發(fā)數(shù)據(jù)包的協(xié)議如表1所示。 特征碼選用0XFF、0XAA、0X55這3字節(jié)為發(fā)送數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)數(shù)據(jù)，這是因?yàn)檫@幾字節(jié)在傳輸噪聲中同時(shí)出現(xiàn)的幾率很小，特征碼起到向接收方表明有數(shù)據(jù)發(fā)送過來的作用，通知接收方可以開始接收有效數(shù)據(jù)；字節(jié)數(shù)是數(shù)據(jù)包中除了字節(jié)數(shù)這一項(xiàng)之外，其他所有項(xiàng)字節(jié)的長(zhǎng)度；有效數(shù)據(jù)字符串是通信發(fā)送方要傳送的有效數(shù)據(jù)；校驗(yàn)和是數(shù)據(jù)包中除了校驗(yàn)和這一項(xiàng)之外所有項(xiàng)字節(jié)的無(wú)進(jìn)位累加和，用于校驗(yàn)通信是否正確。 同時(shí)，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(fù)雜，提高通信速度，可以直接將握手信號(hào)0XFF嵌入到數(shù)據(jù)包中。軟件握手協(xié)議規(guī)定如下：PC定時(shí)發(fā)送符合通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)包，DSP接收到的第四字節(jié)若為握手信號(hào)0XFF，則將校驗(yàn)正確后的有效數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并從中分解有效字節(jié)信息，然后回送相同格式的數(shù)據(jù)包。若PC接收到的數(shù)據(jù)包的第四字節(jié)不是0XFF，則摒棄該數(shù)據(jù)包。DSP與PC的通信流程圖如圖2所示。 ● DSP端下位機(jī)SCI通信程序的編制 在DSP端的軟件程序設(shè)計(jì)中，通過中斷方式接收PC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包，握手并校驗(yàn)確認(rèn)后接收有效數(shù)據(jù)，再將PC所需的數(shù)據(jù)打包回送。基于DSP功能模塊化的特點(diǎn)，其串行通信匯編程序的編制主要分三個(gè)步驟： (1)初始化設(shè)置時(shí)鐘源模塊，得到所需的CPUCLK和SYSCLK(因?yàn)橛?jì)算波特率時(shí)與之有關(guān))； (2)設(shè)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(wù)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(wù)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(shù)據(jù)通信任務(wù)。如果需要利用軟件來實(shí)現(xiàn)DSP與PC的雙向復(fù)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(fā)單元的發(fā)送引腳接通DSP的復(fù)位端HOSTREST。系統(tǒng)上電之后，DTR呈現(xiàn)高電平狀態(tài)，若系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)DSP控制器的程序出錯(cuò)、監(jiān)控對(duì)象異常時(shí)，可以通過在上位機(jī)端執(zhí)行特定的復(fù)位操作，在程序中使PC串口的DTR引腳狀態(tài)產(chǎn)生由低到高的電平變化，通過MAX232芯片的第二路通信收/發(fā)單元，將輸出電平傳遞給HOSTREST，最后提供給DSP的復(fù)位引腳RS，使得復(fù)位引腳RS上同樣出現(xiàn)低到高的電平變化，從而使DSP復(fù)位，下位機(jī)DSP控制程序得以重新運(yùn)行。同樣的，當(dāng)DSP端自行檢測(cè)到通信數(shù)據(jù)不正常時(shí)，可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，自行發(fā)送復(fù)位信號(hào)。通過指令CLR XF，置位XF引腳為低電平，經(jīng)由MAX232芯片的第二路通信收/發(fā)單元，串口的CTS引腳接收到低電平信號(hào)，PC端程序若查詢到CTS電平出現(xiàn)由高到低的電平變化時(shí)(觸發(fā)comEvCTS事件)，自動(dòng)改變程序運(yùn)行流程，使得PC端的通信程序重新開始，以期恢復(fù)通信的正常。當(dāng)然，也可以通過在DSP端改變XF引腳電平狀態(tài)，作為給PC發(fā)送的特定命令信號(hào)，相當(dāng)于在DSP與PC之間預(yù)留了一個(gè)相互聯(lián)系的通信接口。 ● PC端上位機(jī)通信程序的編制 上位PC串行通信程序在Windows 2000平臺(tái)下采用Visual C++ 6.0實(shí)現(xiàn)。VC自帶的ActiveX控件Microsoft Communications Control，即MSComm控件，提供了對(duì)Windows通信驅(qū)動(dòng)程序的API函數(shù)接口，為應(yīng)用程序提供了通過串行口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法。因此直接在應(yīng)用程序中嵌入MSComm控件，可以方便地進(jìn)行計(jì)算機(jī)串口的通信管理。即只需設(shè)置MSComm控件的相應(yīng)屬性，調(diào)用控件的相應(yīng)方法和事件，按照通信協(xié)議的要求定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包，上位機(jī)即可完成相應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信任務(wù)。 MSComm控件提供下列兩種處理通信的方式：事件驅(qū)動(dòng)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(shè)定值。上位PC一般采取事件驅(qū)動(dòng)的方式接收來自于下位機(jī)DSP的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。事件驅(qū)動(dòng)方式的工作原理類似于中斷，當(dāng)有通信事件發(fā)生時(shí)(如發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)等)，就會(huì)觸發(fā)OnComm事件，在該事件的處理函數(shù)中調(diào)用GetCommEvent()函數(shù)，通過返回值即可確定是哪類事件，再做出相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，完成雙方之間的通信。 結(jié)束語(yǔ) 通過串行口完成DSP與PC之間的通信，具有硬件接口簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)傳送距離遠(yuǎn)以及開發(fā)周期短、成本低的特點(diǎn)，已經(jīng)成功應(yīng)用到研制的機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)中。本文介紹的TMS320F240與PC串行通信接口的設(shè)計(jì)方法具有一定的通用性，對(duì)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(xiàn) 1 張雄偉.DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用.電子工業(yè)出版社. 1997 2 TMS320C2XX User's Guide. 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