基于微处理器实现一对异步串口连接的接口设计

引言

美国TI（Texas Instruments）公司的系列DSP芯片采用哈佛结构、流水线操作、专用硬件乘法器、快速DSP指令，使其在数字信号处理，通信和工业自动化等领域得到广泛应用。TMS320C32是32位浮点处理器。它除了上述特点外，还具有增强型存储器接口、灵活的启动装载（boot loader）、可重定位的中断矢量表、灵活的中断方式和其他外设；其通信功能只包括片上集成的一个串口，但在设计中此串口一般被串行A/D或D/A芯片占用，或者被用于与另一片DSP芯片在“握手模式”（handshake mode）下直接连接。

虽然TMS320C32串口有多种工作方式。但通过串口相应的寄存器并不能直接配置出符合RS232标准的通信串口，而RS通信串口是自动化控制设备的一种基本通信方式，如PC机或其他各种基于微处理器的控制装置。RS232标准在1991年被标准化组织EIA（Electronic Industries Association）重命名为EIA232标准，是一种异步串行通信标准，包括机械连接、信号功能、电压特性和通信协议等几个方面的规定。

采用1片SC16C750B UART芯片来完成TMS320C32的RS232串口的设计。此UART最高的串行数据速率可达3Mbps，引脚与TL16C750兼容，并且具有64字节接收和发送FIFOs以及自动硬件流量功能。这些特征使串口通信更加高效、可靠。

1、 TMS320C32的RS232串口硬件设计

在基于微处理器开发的自动控制装置设计中，一般并不需要串行通信的长距离传输，故普遍采用“零－Modem”方式（Null－Modem or Zero－Modem）实现一对异步串口连接。图1为一种“零－Modem”连接方式（具体信号的意义可见RS232标准）。

由于RS232标准的异步通信规约数据帧都带起始位和停止位，并且SC16C750B UART芯片具有自动硬件流量控制功能，因此可以进一步忽略与Modem相关的控制信号（DTR、DSR、CD、RTS、CTS），简化连接。

1.1 SC16C7550B UART芯片

SC16C750B为异步串行通信芯片，带标准Modem接口，它具有以下主要特点：

（1）标准异步错误位和帧格式位（起始位、停止位、奇偶校验位），并且帧格式可编程；

（2）软件可选择波特率；

（3）发送和接收各64字节FIFOs；

（4）发送、接收、线路状态等中断可独立控制，并且中断优先级可额编程；

（5）独立的接收时钟。

（6）在5V工作电压下，发送或接收速率可达5Mbps；

（7）自动硬件流量控制

（8）4种可选择接收中断级别；

（9）标准Modem接口；

（10）引脚与ST16C450/550、TL16C450/550、PC16C450/550，软件与SC16C750及TL16C750兼容。其他一些特点不再赘述。

SC16C750B主要引脚的功能如表1所列 。

1.2 硬件原理

硬件设计的总体思路：

（1）UART的地址被分配到TMS320C32的IOSTRB外部存储器空间，片选信号对应的地址即为UART的基地址。

（2）RXRDY、TXRDY分别作为接收、发送中断信号，分别接C32的中断外部引脚INT0、INT1、并且C32的中断触发方式设为低电平触发。

（3）UART的TX、RX引脚均为CMOS电平，而RS232采用的是“负逻辑电平”。本设计采用1片MAX3232完成它们之间的电平转换和驱动，其数据传输速率最高达1Mbps。

（4）使接收部分和发送部分的波特率相同，此时RCLK接BAUDOUT引脚。

（5）外部参考时钟频率为1.8432MHz。

1.3 UART扩展RS232串口原理

依据上面的整体思路设计出硬件电路，如图2所示。

图2中的端口信号，如数据和地址总线、复位信号、中断信号，完成与TMS320C32之间的连接。本设计中片选信号对应TMS320C32的IOSTRB空间中的0x810100h，即SC16C750B的内部寄存器的基地址。

2、 TMS320C32的RS232串口软件功能设计

串口工作模式控制和数据收发都是通过TMS320C32对UART内部相关寄存器的读写操作来完成的。因此，首先分析一下SC16C750B片内寄存器的功能，然后确定在本设计中SC16C750B的工作模式，并且给出该串口的初始化程序、中断发送程序和中断接收程序。程序以C语言写成。 

2.1 SC16C750B片内寄存器

表2给出SC16C750B内部寄存器的功能描述。寄存器各位意义可参见该芯片的数据手册。

2.2 程序设计

首先初始化编程，以确定TMS320C32与SC16C750B之间的操作方式、数据传输帧格式、SC16C750B自身的工作模式、数据传输波特率的设置等工作。设定：

（1）SC16C750B工作DMA模式0（DMA mode 0）。在此模式下，每当发送寄存器THR为空，TXRDY信号会降为逻辑低电平。只要接收寄存器RHR被装载了一个字符，RXRDY会立刻降为逻辑低电平。

（2）TMS320C32与SC16C750B UART之间的操作方式采用中断操作方式，中断方式相对于查询方式可以提高TMS3320C32的工作效率。TMS320C32的INT0中断引脚接UART的RXRDY信号，INT1接TXRDY信号。这样，由INT0、INT1对应的中断服务例程完成数据的接收和发送。

（3）数据传输帧格式：数据字长8位、2位停止位、偶校验。

（4）设置波特率。

在RS232电平逻辑中，串行数据速率（serial data rate）就在等于波特率（baud rate）。如果外部时钟频率（XTAL1 clock frequency）为1.8432MHz、波特率19 200bps时，对应的波特率除数（divisor）为6。

用C语言开发［8］TMS320C32的串口通信程序。初始化程序如下：

＃include＜stdlib.h＞

＃include＜ioports.h＞ ［page］

//声明SC16C750B寄存器的结构

typedef struct{

uNSigned RHR；//接收保持寄存器

unsigned THR；//发送保持寄存器

unsigned IER；//中断使能寄存器

unsigned FCR；//FIFO控制寄存器

unsigned ISR；//中断服务状态寄存器

unsigned LCR；//线路控制寄存器

unsigned MCR；//Modem控制寄存器

unsigned LSR；//线路状态寄存器

unsigned MSR；//Modem状态寄存器

unsigned SPR；//便笺寄存器

unsigned DLL；//波特率除数低字节锁存器

unsigned DLM；//波特率除数高字节锁存器

}SerialPort；

//SC16C750B的寄存器基地址为0x810100h

serialPort sp＝{

0x810100h，0x810100h，0x810101h，

0x810102h，0x810102h，0x810103h，

0x810104h，0x810105h，0x810106h，

0x810107h，0x810100h，0x810101h，

}；

void main（void）{　…

//波特率设置

outport（sp.LCR，0x80）； //LCR［7］＝0

outport（sp.DLL，0x06）； //波特率19 200bps

outport（sp.DLM，0x00）；

outport（sp.LCR，0x1F）； //数据帧格式

outport（sp.FCR，0xA1）； //DMA mode 0 outport（sp.IER，0x07）； //中断使能

…

}

//INT0中断服务例程——数据接收

unsigned char recvdata；

void c_int01（void）{

recvdata＝inport（sp，RHR）；

…

}

//INT1中断服务例程——数据发送

void c_int02（void）{

outport（sp.THR，transdata）；

…

}

3 、结论

TMS320C32是一种高性价比的32位浮点DSP芯片，但其通信功能相对较弱。采用SC16C750B UART芯片扩展TMS320C32的RS232串行口，用于实际温度和压力测控装置中，经验证，数据通信可靠。

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