利用TL16C750實現(xiàn)DSP與PC機的高速串行通信
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摘要：TL16C750是TI公司生產(chǎn)的異步通信芯片，在通信系統(tǒng)的實時性要求較高時，可通過擴展異步通信芯片TL16C750來實現(xiàn)系統(tǒng)的高速串行通信，從而增強系統(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)字信號處理 通信接口 擴展 異步通信 TL16C750
通用數(shù)字信號處理器（DSP）以其很強的數(shù)據(jù)處理能力使其在高速數(shù)字信號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，它有兩個串口，其中一個是TDM（Time Division Mulitipl），另外一個串口常被語音接口占用。當TMS320C50獨立構(gòu)成一個處理單元時，往往需要與外設(shè)交換一些數(shù)據(jù)，通信能力弱就會影響DSP的應(yīng)用。在研制語音信號頻譜分析儀時，筆者以TMS320C50作為信號處理單元進行快速傅立葉變換（FFT），然后將轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過串口傳送到PC機顯示或作進一步處理。由于系統(tǒng)的實時性要求較高，如何實現(xiàn)TMS320C50與PC機高速和可靠的通信問題就顯得更加重要。
1 異步通信芯片TL16C750
對TI（德州儀器）的TMS320系列的數(shù)字信號處理器來說，設(shè)計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來構(gòu)成串口，由軟件來設(shè)定波特率，在DSP不繁忙的情況下，往往采用這種方法；但是當這兩種I/O線被占用或通信的實時性要求較高時，DSP應(yīng)該通過擴展異步通信芯片來實現(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)位長度為5、6、7、8；
具有偶校驗、奇校驗或無校驗?zāi)Ｊ剑?/p>
停止位長度為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明如下：
A0~A2：片內(nèi)寄存器的選擇信號；
D0~D7：雙向8位數(shù)據(jù)線；
CS0、CS1、CS2：輸入片選信號，當CS0=CS1=1且CS2=0時，TL16C750被選中；
ADS：是地址選通信號，該腳有效時，可將CS0、CS1、CS2及A0、A1、A2鎖存在TL16C750內(nèi)部；
XIN、XOUT：外部時鐘端，該兩腳可接晶振或外部時鐘信號；
RXRDY是接收準備好信號，當TL16C750已經(jīng)從串行輸入端接收了一個字符時，該信號失效，在中斷方式時可作為中斷請求信號；
TXRDY是發(fā)送準備好信號，當TL16C750允許發(fā)送且發(fā)送緩沖區(qū)為空時，該信號有效，在中斷方式時可作為中斷請求信號。
1.2 TL16C750的片內(nèi)寄存器
TL16C750內(nèi)部共有11個寄存器，這些寄存器分別用于實現(xiàn)通信參數(shù)的設(shè)置、對線路及MODEN的狀態(tài)訪問、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)鎖存器訪問位DLAB一起通過多路復用進行訪問或控制TL16C750的任何一個寄存器。表1給出了訪問這些寄存器時DLAB和A0、A1、A2的狀態(tài)。因為接收/發(fā)送緩沖寄存器的DLAB、A0、A1、A2各位都相同，因此還必須通過讀/寫信號來加以區(qū)分：雞使用IN指令時，接收緩沖寄存器被訪問，雞使用OUT指令時，發(fā)送緩沖寄存器被訪問。
下面對與TMS320C50和PC機通信有關(guān)的寄存器做一簡單介紹。
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）用來存放串口傳送的二進制位串行數(shù)據(jù)格式，LCR是一個8位寄存器，各位的定義如下：d0d1是字長選擇位，若d0d1=00，傳送的字長為5位；d0d1=01時字長為6；d0d1=10時字長為7；d0d1=11時字長為8。d2位是停止位選擇，，d2=0時停止位為1位；d2=1時停止位為1.5位。d3位是校驗有效位，d3=0時校驗有效；d3=1時校驗無效。d4是校驗類型位，d4=0時進行奇校驗；d4=1時進行偶校驗。d7位（DLAB）是鎖定特率發(fā)生器位，d7=1時訪問波特率因子寄存器；d7=0時訪問其它寄存器。
線路狀態(tài)寄存器（LSR）用于記錄串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收過程的狀態(tài)信息，CPU可在集體時候讀取這些信息。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接收完成標成 | 接收完畢 | 讀后復位 |
| d1接收重疊標志 | 發(fā)生重疊 | 讀后復位 |
| d2奇偶校驗錯標志 | 奇偶校驗錯 | 讀后復位 |
| d3格式錯標志 | 接收有錯 | 接收無誤 |
| d4間斷標志 | 連續(xù)收到0 | 未間斷 |
| d5發(fā)緩沖器空標志 | THR已空 | 寫THR復位 |
| d6發(fā)移位寄存器空標志 | 已空 | 未空 |
| d7接收器FIFO出錯 | FIFO有錯 | FIFO無錯 |
兩個8位波特率因子寄存器可構(gòu)成一個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)的時鐘信號。波特率因子可以通過下列算式求出：
波特率因子=基準時鐘頻率/（16×波特率）
這個波特率發(fā)生器可以利用比較通用的三種不同頻率產(chǎn)生標準的波特率。這三種不同的頻率為1.8432MHz、3.072MHz和8MHz?？梢匀我膺x擇寫入波特率因子的高字節(jié)和低字節(jié)的順序，但寫入前必須置線路控制寄存器（LCR）的d7（DLAB）位為1。寫入波特率因子后應(yīng)將線路控制寄存器的d7恢復為0，以便訪問其他寄存器。在外接晶振為1.8432MHz時，幾種常用的波特率所對應(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機串行通信的硬件電路
TMS320C50與PC機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）一起來確定CPU所訪問的空間。當TMS320C50使用IN、OUT指令對TL16C750的內(nèi)部寄存器進行訪問時，IS信號有效，TL16C750被選中。
當XIN、XOUT端外接1.8432MHz晶振時，TMS320C50以28400的波特率與PC機通信，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的讀信號和寫信號保持時間的典型值均為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)計中，將TMS320C50的RD信號線與兩條高位地址線A15、A14及IS經(jīng)一個與非門后再接到TL16C750的RD1端。實踐證明：這樣的設(shè)計在解決地址沖突的基礎(chǔ)上對寫信號性能也有一定的改善作用。TMS320C50的讀信號也作了類似的處理。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)動器與CMOS電平連接時必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用MAX3232完成這一功能，MAX3232具有一個專有的低壓降發(fā)送器輸出級，在其以雙電荷泵3.0~5.5V供電時，可獲得真正的RS-232性能。該器件只需4個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機的串口。
TL16C750與TMS320C50雖然可以通過查詢的方式工作，但這樣會降低系統(tǒng)的性能。筆者在本系統(tǒng)中利用RXRDY和TXRDY來引入外部中斷，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
該系統(tǒng)軟件設(shè)計包括PC機、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)包括串行通信時數(shù)據(jù)串的數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、奇偶校驗等。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，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
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
通過擴展串口完成TMS320C50與PC機通信時，其硬件接口簡單，數(shù)據(jù)傳送距離遠、使用經(jīng)濟。該電路及其軟件經(jīng)與微機的通信實踐證明，在波特率為38400時可實現(xiàn)與PC機的可靠通信。
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