利用TL16C750實(shí)現(xiàn)DSP與PC機(jī)的高速串行通信

摘要：TL16C750是TI公司生產(chǎn)的異步通信芯片，在通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求較高時(shí)，可通過(guò)擴(kuò)展異步通信芯片TL16C750來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高速串行通信，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的通信接口控制能力。文中介紹了TL16C750的性能及與通信有關(guān)的寄存器，給出了TL16C750在TMS320C50與PC機(jī)通信系統(tǒng)中的硬件應(yīng)用電路及TMS320C50初始化TL16C750的軟件編程。

本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/242344.htm

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理 通信接口 擴(kuò)展 異步通信 TL16C750

通用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）以其很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力使其在高速數(shù)字信號(hào)處理方面得到廣泛的應(yīng)用，但是它的通信接口控制能力比較弱。如TMS320C50，它有兩個(gè)串口，其中一個(gè)是TDM（Time Division Mulitipl），另外一個(gè)串口常被語(yǔ)音接口占用。當(dāng)TMS320C50獨(dú)立構(gòu)成一個(gè)處理單元時(shí)，往往需要與外設(shè)交換一些數(shù)據(jù)，通信能力弱就會(huì)影響DSP的應(yīng)用。在研制語(yǔ)音信號(hào)頻譜分析儀時(shí)，筆者以TMS320C50作為信號(hào)處理單元進(jìn)行快速傅立葉變換（FFT），然后將轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過(guò)串口傳送到PC機(jī)顯示或作進(jìn)一步處理。由于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求較高，如何實(shí)現(xiàn)TMS320C50與PC機(jī)高速和可靠的通信問(wèn)題就顯得更加重要。

1 異步通信芯片TL16C750

對(duì)TI（德州儀器）的TMS320系列的數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)串口的方法一般有兩種：第一種是利用通用的I/O口線XF和BIO來(lái)構(gòu)成串口，由軟件來(lái)設(shè)定波特率，在DSP不繁忙的情況下，往往采用這種方法；但是當(dāng)這兩種I/O線被占用或通信的實(shí)時(shí)性要求較高時(shí)，DSP應(yīng)該通過(guò)擴(kuò)展異步通信芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)高速串行通信。

TL16C750是TI公司的異步通信芯片，其主要特點(diǎn)如下：

●管腳與TL16C550B/C兼容；

●可由軟件設(shè)定16字節(jié)或64字節(jié)的FIFO以減少CPU中斷；

●最高可達(dá)1M的波特率，其波特率發(fā)生器可編程；

●具有可編程的串行數(shù)據(jù)發(fā)送格式：

數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度為5、6、7、8；

具有偶校驗(yàn)、奇校驗(yàn)或無(wú)校驗(yàn)?zāi)Ｊ剑?/p>

停止位長(zhǎng)度為1、1.5、2；

●采用44引腳PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）封裝。

1.1 TL16C750的引腳功能

TL16C750的引腳圖如圖1所示，各主要引腳的功能說(shuō)明如下：

A0~A2：片內(nèi)寄存器的選擇信號(hào)；

D0~D7：雙向8位數(shù)據(jù)線；

CS0、CS1、CS2：輸入片選信號(hào)，當(dāng)CS0=CS1=1且CS2=0時(shí)，TL16C750被選中；

ADS：是地址選通信號(hào)，該腳有效時(shí)，可將CS0、CS1、CS2及A0、A1、A2鎖存在TL16C750內(nèi)部；

XIN、XOUT：外部時(shí)鐘端，該兩腳可接晶振或外部時(shí)鐘信號(hào)；

RXRDY是接收準(zhǔn)備好信號(hào)，當(dāng)TL16C750已經(jīng)從串行輸入端接收了一個(gè)字符時(shí)，該信號(hào)失效，在中斷方式時(shí)可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)；

TXRDY是發(fā)送準(zhǔn)備好信號(hào)，當(dāng)TL16C750允許發(fā)送且發(fā)送緩沖區(qū)為空時(shí)，該信號(hào)有效，在中斷方式時(shí)可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。

1.2 TL16C750的片內(nèi)寄存器

TL16C750內(nèi)部共有11個(gè)寄存器，這些寄存器分別用于實(shí)現(xiàn)通信參數(shù)的設(shè)置、對(duì)線路及MODEN的狀態(tài)訪問(wèn)、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以及中斷管理等功能。編程人員可由A0、A1、A2三條片內(nèi)寄存器選擇線和線路控制寄存器的除法數(shù)鎖存器訪問(wèn)位DLAB一起通過(guò)多路復(fù)用進(jìn)行訪問(wèn)或控制TL16C750的任何一個(gè)寄存器。表1給出了訪問(wèn)這些寄存器時(shí)DLAB和A0、A1、A2的狀態(tài)。因?yàn)榻邮?發(fā)送緩沖寄存器的DLAB、A0、A1、A2各位都相同，因此還必須通過(guò)讀/寫(xiě)信號(hào)來(lái)加以區(qū)分：雞使用IN指令時(shí)，接收緩沖寄存器被訪問(wèn)，雞使用OUT指令時(shí)，發(fā)送緩沖寄存器被訪問(wèn)。

下面對(duì)與TMS320C50和PC機(jī)通信有關(guān)的寄存器做一簡(jiǎn)單介紹。

表1 TL16C750的片內(nèi)寄存器

DLAB	A2	A1	A0	寄存器
0	L	L	L	接收/發(fā)送緩沖寄存器
0	L	L	H	中斷允許寄存器
X	L	H	L	中斷識(shí)別寄存器
X	L	H	L	FIFO控制寄存器
X	L	H	H	線路控制寄存器
X	H	L	L	MODEN控制寄存器
X	H	L	H	線路狀態(tài)寄存器
X	H	H	L	MODEN狀態(tài)寄存器
X	H	H	H	高速暫存寄存器
1	L	L	L	波特率因子寄存器低位
1	L	L	H	波特率因子寄存器高位

線路控制寄存器（LCR）用來(lái)存放串口傳送的二進(jìn)制位串行數(shù)據(jù)格式，LCR是一個(gè)8位寄存器，各位的定義如下：d0d1是字長(zhǎng)選擇位，若d0d1=00，傳送的字長(zhǎng)為5位；d0d1=01時(shí)字長(zhǎng)為6；d0d1=10時(shí)字長(zhǎng)為7；d0d1=11時(shí)字長(zhǎng)為8。d2位是停止位選擇，，d2=0時(shí)停止位為1位；d2=1時(shí)停止位為1.5位。d3位是校驗(yàn)有效位，d3=0時(shí)校驗(yàn)有效；d3=1時(shí)校驗(yàn)無(wú)效。d4是校驗(yàn)類(lèi)型位，d4=0時(shí)進(jìn)行奇校驗(yàn)；d4=1時(shí)進(jìn)行偶校驗(yàn)。d7位（DLAB）是鎖定特率發(fā)生器位，d7=1時(shí)訪問(wèn)波特率因子寄存器；d7=0時(shí)訪問(wèn)其它寄存器。

線路狀態(tài)寄存器（LSR）用于記錄串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收過(guò)程的狀態(tài)信息，CPU可在集體時(shí)候讀取這些信息。該寄存器的狀態(tài)位如表2所列。

表2 TL16C750寄存器的狀態(tài)位

LSR的各位	1	0
d0接收完成標(biāo)成	接收完畢	讀后復(fù)位
d1接收重疊標(biāo)志	發(fā)生重疊	讀后復(fù)位
d2奇偶校驗(yàn)錯(cuò)標(biāo)志	奇偶校驗(yàn)錯(cuò)	讀后復(fù)位
d3格式錯(cuò)標(biāo)志	接收有錯(cuò)	接收無(wú)誤
d4間斷標(biāo)志	連續(xù)收到0	未間斷
d5發(fā)緩沖器空標(biāo)志	THR已空	寫(xiě)THR復(fù)位
d6發(fā)移位寄存器空標(biāo)志	已空	未空
d7接收器FIFO出錯(cuò)	FIFO有錯(cuò)	FIFO無(wú)錯(cuò)

兩個(gè)8位波特率因子寄存器可構(gòu)成一個(gè)16位的波特率因子寄存器。TL16C750的內(nèi)部波特率發(fā)生器可產(chǎn)生發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)鐘信號(hào)。波特率因子可以通過(guò)下列算式求出：

波特率因子=基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率/（16×波特率）

這個(gè)波特率發(fā)生器可以利用比較通用的三種不同頻率產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的波特率。這三種不同的頻率為1.8432MHz、3.072MHz和8MHz?？梢匀我膺x擇寫(xiě)入波特率因子的高字節(jié)和低字節(jié)的順序，但寫(xiě)入前必須置線路控制寄存器（LCR）的d7（DLAB）位為1。寫(xiě)入波特率因子后應(yīng)將線路控制寄存器的d7恢復(fù)為0，以便訪問(wèn)其他寄存器。在外接晶振為1.8432MHz時(shí)，幾種常用的波特率所對(duì)應(yīng)的波特率因子寄存器的值如表3所列。

表3 波特率因子對(duì)應(yīng)的波特率因子寄存器的值

波特率	波特率因子寄存器的值
3600	32
4800	24
9600	12
19200	6
38400	3

2 TMS320C50與PC機(jī)串行通信的硬件電路

TMS320C50與PC機(jī)通信的硬件電路如圖2所示。圖中，TL16C750的CS0和CS1都接高電平，而CS2接TMS320C50的IS。IS是TMS320C50的外部I/O空間選擇線，它和PS（程序空間選擇）、DS（數(shù)據(jù)空間選擇）一起來(lái)確定CPU所訪問(wèn)的空間。當(dāng)TMS320C50使用IN、OUT指令對(duì)TL16C750的內(nèi)部寄存器進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，IS信號(hào)有效，TL16C750被選中。

當(dāng)XIN、XOUT端外接1.8432MHz晶振時(shí)，TMS320C50以28400的波特率與PC機(jī)通信，所以波特率因子寄存器的低位的值應(yīng)為02H，高位值為00H.

TL16C750的數(shù)據(jù)線D0~D7直接與TMS320C50的D0~D7數(shù)據(jù)線相連；TL16C750的片內(nèi)寄存器選擇線接TMS320C50的A0~A2。

由于TL16C750的讀信號(hào)和寫(xiě)信號(hào)保持時(shí)間的典型值均為40ns，因此可以將TMS320C50的WR和RD直接連到TL16C750的WR1和RD1，為了避免與其它I/O端口發(fā)生沖突，在硬件電路設(shè)計(jì)中，將TMS320C50的RD信號(hào)線與兩條高位地址線A15、A14及IS經(jīng)一個(gè)與非門(mén)后再接到TL16C750的RD1端。實(shí)踐證明：這樣的設(shè)計(jì)在解決地址沖突的基礎(chǔ)上對(duì)寫(xiě)信號(hào)性能也有一定的改善作用。TMS320C50的讀信號(hào)也作了類(lèi)似的處理。具體的電路如圖3所示。

由于RS-232-C電路電平與CMOS電平不同，因此RS232驅(qū)動(dòng)器與CMOS電平連接時(shí)必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用MAX3232完成這一功能，MAX3232具有一個(gè)專(zhuān)有的低壓降發(fā)送器輸出級(jí)，在其以雙電荷泵3.0~5.5V供電時(shí)，可獲得真正的RS-232性能。該器件只需4個(gè)0.1μF小型外接電容，可在維持RS-232輸出電平的情況下確保運(yùn)行于120kb/s數(shù)據(jù)率，因此十分適合高速串行數(shù)據(jù)通信的場(chǎng)合。TL16C750的串行輸入線（SIN）和串行輸出線（SOUT）分別接MAX3232的R1OUT和T1IN，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后由MAX3232的T1OUT和R1IN連接到PC機(jī)的串口。

TL16C750與TMS320C50雖然可以通過(guò)查詢(xún)的方式工作，但這樣會(huì)降低系統(tǒng)的性能。筆者在本系統(tǒng)中利用RXRDY和TXRDY來(lái)引入外部中斷，從而使系統(tǒng)工作在中斷方式，這樣就保證了TMS320C50和PC機(jī)的高速通信。由圖2可知，RXRDY將產(chǎn)生外部0中斷（INT0），而TXRDY將產(chǎn)生外部1中斷（INT1）。

3 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括PC機(jī)、TMS320C50及TL16C750的初始化和通信協(xié)議等。下面將結(jié)合本系統(tǒng)的硬件給出TMS320C50初始化TL16C750的程序。初始化的主要任務(wù)是設(shè)置操作所需要的參數(shù)，這些參數(shù)包括串行通信時(shí)數(shù)據(jù)串的數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、奇偶校驗(yàn)等。另外，還需要設(shè)置發(fā)送和接收的波特率及中斷方式。

在本系統(tǒng)中，TL16C750的線路控制寄存器（LCR）的地址為8003H（A15=1，A14=0）。波特率設(shè)置為38400，波特率因子寄存器的高位是00H，低位為03H。通信格式為8位數(shù)據(jù)位，2位停止位，奇校驗(yàn)，線路控制寄存器的值（LCR）為07H。系統(tǒng)工作在中斷方式，應(yīng)允許接收就緒中斷和發(fā)送緩沖區(qū)空中斷，相應(yīng)地，中斷允許寄存器的值亦設(shè)置為03H.具體程序如下：

TEM-BUF EQU 80H

AORG 40H

INIT-TL16C750 ROVM

LACK 80H；DLAB=1，設(shè)置波特率

SACL TEM-BUF

OUT TEM-BUF，8003H

LACK 00H；波特率為38400，

SACL TEM-BUF；16位波特率因子寄存器的值為0003>

OUT TEM-BUT，8001H

LACK 03H

SACL TEM-BUF

OUT TEM-BUF，8000H

LACK 07H；通信格式設(shè)定，8位數(shù)據(jù)

SACL TEM-BUF；2位停止位，奇校驗(yàn)

OUT TEM-BUF，8003H

LACK 03H；設(shè)置中斷允許寄存器

SACL TEM-BUF

OUT TEM-BUF，8001H

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)擴(kuò)展串口完成TMS320C50與PC機(jī)通信時(shí)，其硬件接口簡(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)踐證明，在波特率為38400時(shí)可實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的可靠通信。