用TL16C752B實現DSP和PC機的串行通信
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關鍵詞：數字信號處理；通信接口；異步通信；TL16C752B；TMS320VC5421
１ 引言
美國德州儀器公司（ＴＩ）的ＴＭＳ３２０ＶＣ５４ＸＸ系列ＤＳＰ芯片與ＰＣ機實現異步通信通常有兩種方法：第一種是使用通用Ｉ／Ｏ信號ＸＦ和ＢＩＯ作為串口發送和接收信號，用軟件逐位發送和接收數據，即軟件異步通信方法，這種方法需要占用很多ＣＰＵ時間，因此，只能在ＤＳＰ不太忙、實時性要求不高的情況下采用；第二種是通過擴展異步通信芯片來實現高速串行通信，本文選用的就是此方法。
在筆者設計數字調幅廣播系統中的基帶處理子系統時，復用器與信道編碼器之間的通信采用的是異步串行通訊方案。復用器則使用通用ＰＣ機來實現，信道編碼器使用ＴＩ公司生產的ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１來設計實現。
２ ＵＡＲＴ芯片ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ簡介[１]
２．１ 主要特點
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ是ＴＩ公司推出的新型ＵＡＲＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ）收發器。該器件的主要特點如下：
●引腳和ＳＴ１６Ｃ２５５０兼容，內置兩套ＵＡＲＴ系統，可獨立工作；
●工作時，最高波特率可以達到１．５Ｍｂｐｓ（使用２４ＭＨｚ晶體時）或３Ｍｂｐｓ（使用４８ＭＨｚ振蕩器或時鐘源時）；
●具有６４字節發送／接收ＦＩＦＯ（接收ＦＩＦＯ包含錯誤標志）。由于收、發ＦＩＦＯ的觸發等級可通過軟件編程實現，因而減少了ＣＰＵ的中斷次數；
●接收ＦＩＦＯ的啟動和停止等級可以通過軟件編程來實現；
●具有兩種控制模式：其中軟件流控制模式可通過編程Ｘｏｎ／Ｘｏｆｆ字符來實現；而硬件流控制模式則可通過設置ＲＴＳ和ＣＴＳ引腳及相應的寄存器來實現；
●波特率可編程；
●可編程下列串行數據格式：
――５、６、７、８ 四種字符；
――數據奇偶校驗或者無校驗；
――１、１．５、２ｂｉｔｓ 停止位；
●內部閉環。
２．２ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的引腳功能
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ內含雙ＵＡＲＴ，并自帶６４字節收發ＦＩＦＯ，可自動進行軟件流和硬件流控制，最大波特率可達３Ｍｂｐｓ。此外，ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ還提供了其它一些增強功能，可通過設定ＥＦＲ寄存器的相關位來實現。通過ＦＩＦＯ ＲＤＹ 寄存器可讀取ＴＸＲＤＹ／ＲＸＲＤＹ引腳的狀態；而通過片內寄存器則可為使用者提供接收數據的錯誤識別、操作狀態以及ＭＯＤＥＭ的接口控制信號。
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的引腳排列如圖１所示，各主要引腳的功能如下：
Ａ０～Ａ２：地址線，通過這幾個引腳以及讀寫信號ＩＯＲ和ＩＯＷ可以訪問及設定片內寄存器?
Ｄ０～Ｄ７：雙向８位數據線?
ＣＳＡ、ＣＳＢ：兩套ＵＡＲＴ的片選信號?
ＴＸＡ／ＲＸＡ、ＴＸＢ／ＲＸＢ：分別表示所要發送和接收的數據端口?
ＩＮＴＡ／ＩＮＴＢ：中斷信號?
ＲＥＳＥＴ：芯片復位信號?
ＸＩＮ／ＸＯＵＴ：時鐘輸入／輸出信號。
２．３ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的內部寄存器
圖２所示是ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的內部功能模塊圖，該器件內部共有２０個寄存器，這些寄存器可分別用于實現通信參數的設置、對線路及ＭＯＤＥＭ狀態的訪問、數據的發送和接收以及中斷管理等功能。其地址可分別通過Ａ０～Ａ２地址線和某些寄存器的特定位來確定，由于有些寄存器的地址是重疊的，所以還必須通過讀／寫信號加以區分。ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ內部寄存器的映射如表１所列。表中：
“＊” 表示僅當ＬＣＲ的第７位為１時，訪問ＤＬＬ／ＤＬＨ。
“＊＊ ”表示僅當ＬＣＲ為０ｘＢＦ時，訪問ＥＦＲ以及Ｘｏｎ１／２，Ｘｏｆｆ１／２。
“＋” 表示當ＥＦＲ[４]為１，且ＭＣＲ[６]為１時，訪問ＴＣＲ／ＴＬＲ。
“＋＋”表示當片選信號有效、ＭＣＲ[２]為１且處于非閉環模式時，訪問 ＦＩＦＯ ＲＤＹ。
此外，對于ＭＣＲ[７]，只有當ＥＦＲ[４]為１時才可以更改。在上述說明中，[]表示該寄存器的第幾位。
表1 TL16C752B的內部寄存器映射表
| A[2] | A[1] | A[0] | 讀 模 式 | 寫 模 式 |
| 0 | 0 | 0 | 接收保持寄存器（RHR） | 發送保持寄存器（THR） |
| 0 | 0 | 1 | 中斷使能寄存器（IER） | IER |
| 0 | 1 | 0 | 中斷標示寄存器（IIR） | FIFO控制寄存器（FCR） |
| 0 | 1 | 1 | 線路控制寄存器（LCR） | LCR |
| 1 | 0 | 0 | MODEM控制寄存器（MCR） | MCR |
| 1 | 0 | 1 | 線路狀態寄存器（LSR） | LSR |
| 1 | 1 | 0 | MODEM狀態寄存器（MSR） | MSR |
| 1 | 1 | 1 | 臨時寄存器（SPR） | SPR |
| 0 | 0 | 0 | *除數鎖存低位（DLL） | DLL |
| 0 | 0 | 1 | *除數鎖存高位（DLH） | DLH |
| 0 | 1 | 0 | **增強功能寄存器（EFR） | EFR |
| 1 | 0 | 0 | ** Xon-1字符值 | Xon-1字符值 |
| 1 | 0 | 1 | ** Xon-2字符值 | Xon-2字符值 |
| 1 | 1 | 0 | ** Xoff-1字符值 | Xoff-1字符值 |
| 1 | 1 | 1 | ** Xoff-2字符值 | Xoff-2字符值 |
| 1 | 1 | 1 | +傳輸控制寄存器（TCR） | TCR |
| 1 | 1 | 0 | +觸發等級寄存器（TLR） | TLR |
| 1 | 1 | 1 | ++FOFO狀態寄存器（FIFO RDY） | FIFO RDY |
２．４ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ工作流控制模式
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ有２種工作流控制模式：硬件流控制和軟件流控制。使用前者可降低軟件消耗，通過ＲＴＳ和ＣＴＳ引腳信號的硬件連接可自動控制串行數據流，從而提高系統的有效性；后者則通過使用可編程的Ｘｏｎ／Ｘｏｆｆ字符來自動控制數據傳輸。本文主要介紹軟件流控制模式。
軟件流控制模式的使能可通過ＥＦＲ和ＭＣＲ這２個寄存器來實現。不同流模式的組合如表２所列（可通過設定ＥＦＲ的低４位實現）。
表2 軟件流控制模式
| EFR[3] | EFR[2] | EFR[1] | EFR[0] | TX RX軟件流控制組合模式 |
| 0 | 0 | X | X | 無發送流控制 |
| 1 | 0 | X | X | 發送Xon1,Xoff1 |
| 0 | 1 | X | X | 發送Xon2,Xoff2 |
| 1 | 1 | X | X | 發送Xon1,Xoff1；Xon2,Xoff2 |
| X | X | 0 | 0 | 無接收流控制 |
| X | X | 1 | 0 | 接收器比較Xon1,Xoff1 |
| X | X | 0 | 1 | 接收器比較Xon2,Xoff2 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 發送Xon1,Xoff1；接收器比較Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 發送Xon2,X0ff2；接收器比較Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 發送Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2;接收器比較Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 無發送流控制；接收器比較Xon1,Xoff1;Xon2，Xoff2 |
具體工作流程（從接收的角度）為：接收時，若操作達到接收中斷等級，則產生中斷，但這時傳輸還在進行（這里假設中斷有一定延時）；而當ＲＨＲ中的數據數目達到接收停止等級規定的數值時，接收端發送Ｘｏｆｆ１／２，以通知發送端停止發送數據，這時接收端將讀取ＲＨＲ中的數據。當ＲＨＲ中的數據數目降到接收啟動等級規定的數值時，接收端發送Ｘｏｎ１／２，以通知發送端可以繼續發送數據。
３ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ與ＰＣ的通信電路
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ與ＰＣ的串行通信部分的硬件連接電路如圖３所示。圖中，地址線Ａ０～Ａ２、數據線Ｄ０～Ｄ７分別和ＤＳＰ的地址總線Ａ０～Ａ２、外部數據線Ｄ０～Ｄ７直接相連，而選通信號ＣＳＡ／ＣＳＢ、讀寫信號ＩＯＲ／ＩＯＷ、復位信號ＲＥＳＥＴ以及中斷信號ＩＮＴＡ／Ｂ則接入ＣＰＬＤ并由ＣＰＬＤ處理。同時ＤＳＰ端的ＰＳ、ＤＳ、ＩＳ、ＩＯＳＴＲＢ、Ｒ／ Ｗ、ＭＳＴＲＢ也同時接入ＣＰＬＤ以用于生成控制信號。電路中使用ＣＰＬＤ一方面可以對ＵＡＲＴ的地址靈活配置，另一方面也可以靈活生成ＵＡＲＴ的復位、選通和讀寫信號，從而增強系統的靈活性，方便系統調試。
由于ＰＣ端串口采用ＲＳ２３２電平標準，因此ＵＡＲＴ之后需要連接ＭＡＸ３２２１以完成電平轉換。ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的數據發送引腳和數據接收引腳分別與ＭＡＸ３２２１的數據輸入引腳和數據輸出引腳連接。這里只使用一套ＵＡＲＴ來完成ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ和ＰＣ的通信。數據收、發采用中斷方式，ＵＡＲＴ＿ＩＮＴＡ通過ＣＰＬＤ和ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１的外部中斷ＩＮＴ０相連接。而３．０７２ＭＨｚ晶振則連接到ＸＩＮ和ＸＯＵＴ兩引腳。波特率設定為３８４００，故ＤＬＬ／ＤＬＨ分別為０６和００ｈ。
具體調試時，可先從查詢方式開始，若沒有問題，再使用中斷方式。
圖3
４ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ和ＰＣ通信的軟件編程
該系統的軟件設計部分主要包括ＰＣ機程序、ＤＳＰ初始化、ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ初始化和數據發送／接收以及雙方的通信協議等。下面介紹ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的初始化程序。
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ初始化程序主要包括以下幾部分：
（１）波特率的設定；
（２）增強功能的使能及設置ＥＦＲ的相關位；
（３）完成有關收、發ＦＩＦＯ的設定，主要是ＭＣＲ／ＴＣＲ／ＴＬＲ ３個寄存器的設置；
（４）軟件流控制模式使能以及Ｘｏｎ／Ｘｏｆｆ字符的設置；
（５）傳輸數據格式設定，包括８位數據位、２位停止位、ＤＭＡ傳輸模式１、偶校驗、不使用強制校驗模式、暫停控制位無效等；
（６）設置ＦＩＦＯ控制以及中斷控制寄存器。
此外，在完成設置前，還應注意以下幾點：
（１） 設定ＤＬＬ和ＤＬＨ前，ＬＣＲ[７]應為１。
（２） 設定ＭＣＲ前，ＥＦＲ[４]應為１,ＬＣＲ應為００ｈ。地址相重疊的寄存器不能同時使能。
（３） 讀寫ＲＨＲ和ＴＨＲ時，由于ＤＳＰ的讀寫速度很快，故最好不要連續讀寫，而是在每讀、寫一次后延時一段時間，然后再進行下一次讀寫。
（４） 這里，ＤＭＡ只是一個名稱，而并非是 “直接存儲器訪問”。
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的地址分配在Ｉ／Ｏ空間的００２０ｈ～００２７ｈ，讀寫通過ＰＯＲＴＲ和ＰＯＲＴＷ指令完成。ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ初始化程序如下：
ｉｎｉ_ｕａｒｔ_ｓｔａｒｔ:
；設置 ｂａｕｄ ｒａｔｅ＝３８４００ ; ｄｉｖｉ-ｓｏｒ＝０００６ｈ
ｓｔｍ ＃ｔｅｍｐ１_ｒｅｇ,ａｒ１
ｎｏｐ
ｓｔ ＃８０ｈ;＊ａｒ１ ；除數鎖存使能 ＬＣＲ＝ｂｆｈ
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＬＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＤＬＬ_ｖａｌｕｅ,＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１,＃ｋ_ＤＬＬ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＤＬＨ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１,＃ｋ_ＤＬＨ_ａｄｄｒ
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
ｓｔ ＃ｋ_ＬＣＲ_ｖａｌｕｅ?＊ａｒ１ ；ＬＣＲ＝ｂｆｈ
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＬＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ１ ＥＦＲ ｖａｌｕｅ?＊ａｒ１ ；增強功能使能
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＥＦＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃０，＊ａｒ１ ；設定ＬＣＲ＝ ０
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１?＃ｋ ＬＣＲ ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＦＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；設定ＦＩＦＯ控制寄存器
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＦＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＭＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；設定ＭＣＲ／ＴＣＲ／ＴＬＲ寄存器
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＭＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＴＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＴＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＴＬＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＴＬＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ１_ＭＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＭＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＬＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；為訪問Ｘｏｎ／Ｘｏｆｆ／ＥＦＲ，ＬＣＲ重設定為ＢＦｈ
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＬＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_Ｘｏｆｆ１_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；設置軟件流控制
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_Ｘｏｆｆ１_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_Ｘｏｎ１_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_Ｘｏｎ１_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_Ｘｏｆｆ２_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_Ｘｏｆｆ２_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_Ｘｏｎ２_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_Ｘｏｎ２_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＥＦＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；設置軟件流控制組合方式
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＥＦＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＬＣＲ_ｄｌａｔｃｈ_ｄｉｓａｂｌｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＬＣＲ_ａｄｄｒ ；設定傳輸數據格式
ｓｔ ＃ｋ_ＩＥＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；設置中斷
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＩＥＲ_ａｄｄｒ
５ 結束語
通過擴展串口完成ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１與ＰＣ機串行通信硬件接口比較簡單、數據傳送距離遠、使用經濟。該電路及其軟件經與微機的通信實驗證明，在波特率為３８４００時，能夠可靠地實現與ＰＣ機的通信。
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