利用異步通信芯片16C552實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與DSP的串行通訊
關(guān)鍵詞：16C552；串行通訊；異步
當(dāng)實(shí)現(xiàn)ＰＣ機(jī)與ＤＳＰ的串行通訊時(shí)，通常可直接利用ＤＳＰ的串行通訊接口（ＳＣＩ）模塊和ＳＣＩ多處理器通訊協(xié)議（即空閑線路模式和地址位模式）來在同一串行線路中實(shí)現(xiàn)多個(gè)處理器之間的通訊，也可以采用ＳＣＩ異步通訊模式實(shí)現(xiàn)串行通訊。這兩種方式雖然都能方便地實(shí)現(xiàn)串行通訊，但它們都需占用系統(tǒng)較多的硬件和軟件資源，因而不適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高且系統(tǒng)資源緊張的應(yīng)用場(chǎng)合。筆者在研制電力有源濾波實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，由于采用了異步通訊芯片１６Ｃ５５２，從而成功解決了這個(gè)問題。本文將從電路結(jié)構(gòu)和軟件編程兩個(gè)方面介紹該方案的實(shí)現(xiàn)方法。
１ １６Ｃ５５２簡(jiǎn)介
１．１ 功能特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)框圖
１６Ｃ５５２是ＴＩ（ＴＬ１６Ｃ５５２）和ＶＬＳＩ（ＶＬ１６Ｃ５５２）等公司生產(chǎn)的異步通信芯片，具有兩個(gè)增強(qiáng)的通用異步通訊單元通道和一個(gè)增強(qiáng)的雙向打印機(jī)端口；支持ＴＬ１６Ｃ４５０和ＦＩＦＯ兩種模式，其１６字節(jié)的ＦＩＦＯ可減少ＣＰＵ中斷；每個(gè)通道都具有獨(dú)立的發(fā)送、接收、線路狀態(tài)和設(shè)置中斷功能，同時(shí)具有獨(dú)立的ＭＯ-ＤＥＭ控制信號(hào)、可編程的串行數(shù)據(jù)發(fā)送格式（包括數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度、校驗(yàn)方式、停止位長(zhǎng)度）和可編程波特率發(fā)生器；另外，每個(gè)通道的數(shù)據(jù)和控制總線還具有三態(tài)ＴＴＬ驅(qū)動(dòng)功能。
ＴＬ１６Ｃ５５２ＡＭ是ＴＩ公司的６８腳ＰＬＣＣ（Ｐｌａｓｔｉｃ Ｌｅａｄｅｄ Ｃｈｉｐ Ｃａｒｒｉｅｒ）封裝芯片，其管腳及功能框圖如圖１所示。從圖中可以看出，它的串行口主要完成兩個(gè)功能，一是把外設(shè)或調(diào)制解調(diào)器接收來的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)；二是把ＣＰＵ的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)以便發(fā)送。在正常操作過程中，ＣＰＵ可以隨時(shí)讀?。保叮茫担担驳臓顟B(tài)信息，以報(bào)告１６Ｃ５５２傳輸操作的類型和狀態(tài)，包括各種錯(cuò)誤狀態(tài)，如奇偶校驗(yàn)、溢出、幀錯(cuò)誤和ＦＩＦＯ錯(cuò)誤等。此外，１６Ｃ５５２還具有完整的ＭＯＤＥＭ控制功能，并有ＣＴＳ、ＲＴＳ、ＤＳＲ、ＤＴＲ、ＲＩ、ＤＣＤ等信號(hào)端。
１６Ｃ５５２具有一套完善的中斷系統(tǒng)，可以自動(dòng)設(shè)定優(yōu)先級(jí)。它的串行口和并行口都可以獨(dú)立地工作于中斷和查詢兩種工作方式。
１．２ １６Ｃ５５２的內(nèi)部寄存器
１６Ｃ５５２內(nèi)部有１２個(gè)單字節(jié)寄存器，這些寄存器占用了８?jìng)€(gè)Ｉ／Ｏ口地址，其地址由Ａ０～Ａ２決定。其中有些寄存器共用一個(gè)Ｉ／Ｏ口地址，共用的Ｉ／Ｏ口可以通過讀／寫信號(hào)和線路控制寄存器（ＬＣＲ）的Ｄ７位（ＤＬＡＢ）來進(jìn)行區(qū)分，具體描述見表１所列，需要說明的是：只有當(dāng)１６Ｃ５５２的ＣＳ０或ＣＳ１為低電平時(shí)，串行通道才能被訪問。
表1 I6C552的內(nèi)部寄存器
| DLAB | A2 | A1 | A0 | 符 號(hào) | 寄 存 器 |
| L | L | L | L | RBR | 接收緩沖寄存器 |
| L | L | L | H | THR | 發(fā)送保持寄存器 |
| L | L | L | L | IER | 中斷允許寄存器 |
| X | L | H | H | IIR | 中斷識(shí)別寄存器 |
| X | L | H | L | FCR | FIFO控制寄存器 |
| X | L | H | H | LCR | 線路控制寄存器 |
| X | H | L | L | MCR | MODE控制寄存器 |
| X | H | L | H | LSR | 線路狀態(tài)寄存器 |
| X | H | H | L | MSR | MODEM狀態(tài)寄存器 |
| X | H | H | H | SCR | 高速緩存器寄存器 |
| H | L | L | L | DLL | 除數(shù)鎖存器低位 |
| H | L | L | H | DLM | 除數(shù)鎖存器高位 |
關(guān)于各寄存器內(nèi)容的具體規(guī)定，限于篇幅，這里不作詳述，有興趣者可參看ＴＩ公司的相關(guān)產(chǎn)品資料介紹，但在串行通訊應(yīng)用中，要重點(diǎn)搞清楚ＦＣＲ、ＬＣＲ、ＩＥＲ等幾個(gè)寄存器的內(nèi)容。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)可能會(huì)忽視ＭＯＤＥＭ控制寄存器中的Ｄ４位，該位為自測(cè)試循環(huán)回送狀態(tài)控制位，利用它可以對(duì)串口的自測(cè)試進(jìn)行控制，因此，在自測(cè)試進(jìn)行完畢后，還應(yīng)對(duì)該位進(jìn)行復(fù)位，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
２ 通訊系統(tǒng)硬件接口電路
本系統(tǒng)的硬件接口電路如圖２所示。其中，地址譯碼電路可以根據(jù)實(shí)際需要采用不同的電路實(shí)現(xiàn)。為了使系統(tǒng)使用靈活方便，本方案中采用一片ＣＰＬＤ來進(jìn)行系統(tǒng)的地址分配。復(fù)位電路可以利用專用復(fù)位芯片，也可用上拉電阻方式實(shí)現(xiàn)。外接晶振可以自行選擇，然后根據(jù)晶振頻率設(shè)置除數(shù)鎖存器的高位和低位，從而獲得通訊系統(tǒng)正確的波特率，本系統(tǒng)中使用的晶振是８ＭＨｚ。此外，由于１６Ｃ５５２Ａ有兩個(gè)串行通道和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并行口，它們相互之間的配合使用在硬件和軟件上都要加以注意。建議將不用端口的片選接到高電平（１６Ｃ５５２Ａ的片選為低電平有效），以免出現(xiàn)錯(cuò)誤。
３ 串行通訊軟件設(shè)計(jì)
３．１ 通訊協(xié)議
本設(shè)計(jì)的通訊協(xié)議包括以下幾點(diǎn)：
（１）波特率為９６００。
（２）通訊命令由２個(gè)字節(jié)構(gòu)成：第一個(gè)字節(jié)是同步字節(jié)０ＸＦＦ；第二個(gè)字節(jié)是命令碼，主要用來指示各種控制命令。
（３）每個(gè)字節(jié)包括８位數(shù)據(jù)位和１位停止位，無校驗(yàn)。
（４）在通訊過程中，上位機(jī)向ＴＭＳ３２０Ｆ２４３發(fā)送同步命令，ＴＭＳ３２０Ｆ２４３接收到后立即應(yīng)答，若應(yīng)答錯(cuò)誤則重發(fā)。
（５）通訊程序向ＴＭＳ３２０Ｆ２４３發(fā)送控制命令時(shí)，ＴＭＳ３２０Ｆ２４３返回接收正確應(yīng)答信號(hào)；通訊程序向ＴＭＳ３２０Ｆ２４３查詢系統(tǒng)參數(shù)命令時(shí)，ＴＭＳ３２０Ｆ２４３按照規(guī)定格式返回所需數(shù)據(jù)。
ＰＣ機(jī)和ＴＭＳ３２０Ｆ２４３均采用異步通訊方式，ＰＣ機(jī)采用事件驅(qū)動(dòng)方式來接收數(shù)據(jù)，ＴＭＳ３２０Ｆ２４３采用中斷方式接收數(shù)據(jù)，而用查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù)。
３．２ 上下位機(jī)通訊軟件設(shè)計(jì)
在ＰＣ機(jī)上編寫串行通訊程序至少有三種方法，分別為匯編語言、Ｃ語言和Ｖｉｓｕａｌ系列通訊控件（ＭＳＣｏｍｍ）。相比較而言，Ｖｉｓｕａｌ系列通訊控件能夠用少量的代碼輕松高效地完成編程任務(wù)。實(shí)際應(yīng)用中，可用以Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ（簡(jiǎn)稱ＶＢ）６．０中的通訊控件ＭＳＣｏｍｍ為基礎(chǔ)編寫ＰＣ機(jī)的串行通訊程序，而用匯編語言編寫下位機(jī)（Ｆ２４３）軟件。上、下位機(jī)的串口程序流程分別如圖３和圖４所示。 １６Ｃ５５２的初始化程序如下：
;ＴＨＥ １６Ｃ５５２ ＩＮＩＴＩＡＬＩＺＡＴＩＯＮ ＰＲＯＧＲＡＭ
Ｃ５５２_ＩＮＩＴ:
ＬＤＰ ＃００ｈ
ＳＰＬＫ ＃８３ｈ,ＧＳＲ０
ＯＵＴ ＧＳＲ０,０Ｅ００３ｈ ;設(shè)置ＬＣＲ
ＳＰＬＫ ＃３４ｈ,ＧＳＲ０
ＯＵＴ ＧＳＲ０,０Ｅ０００ｈ ;設(shè)置ＤＬＬ
ＳＰＬＫ ＃００ｈ,ＧＳＲ０
ＯＵＴ ＧＳＲ０,０Ｅ００１ｈ ?; 設(shè)置ＤＬＭ
ＳＰＬＫ ＃０３ｈ,ＧＳＲ０
ＯＵＴ ＧＳＲ０,０Ｅ００３ｈ ?; 設(shè)置ＬＣＲ
ＳＰＬＫ ＃０８ｈ,ＧＳＲ０
ＯＵＴ ＧＳＲ０,０Ｅ００４ｈ ?; 設(shè)置ＭＣＲ
ＳＰＬＫ ＃０１ｈ,ＧＳＲ０
ＯＵＴ ＧＳＲ０,０Ｅ００２ｈ ?; 設(shè)置ＦＣＲ
ＳＰＬＫ ＃０１ｈ,ＧＳＲ０
ＯＵＴ ＧＳＲ０,０Ｅ００１ｈ ? ;設(shè)置ＩＥＲ
ＲＥＴ
圖4
４ 結(jié)束語
本文對(duì)使用異步通信芯片１６Ｃ５５２實(shí)現(xiàn)ＰＣ機(jī)與ＤＳＰ之間的串行通訊方法進(jìn)行了研究，筆者已開發(fā)了其串行通訊軟件，并在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試通過。該軟件不僅使用靈活方便，而且可以利用１６Ｃ５５２的ＦＩＦＯ模式實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的收發(fā)，從而減少了對(duì)ＤＳＰ的中斷，緩解了系統(tǒng)資源緊張的情況。
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