基于Lab Windows／CVI的PC與 DSP的串行通信

0 引言
    隨著數(shù)字信號處理理論及微電子技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字信號處理器(DSP)已廣泛應(yīng)用于各個控制領(lǐng)域。而在控制系統(tǒng)中，通常會利用PC機(jī)與DSP之間的通信來對系統(tǒng)各個狀態(tài)／參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。這種方法既利用了DSP功耗低、價格相對便宜、功能強(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)、適宜于分布現(xiàn)場等優(yōu)點(diǎn)，同時又結(jié)合了PC機(jī)的軟硬件資源豐富、管理功能強(qiáng)大、人機(jī)界面友好、操控平臺穩(wěn)定可靠、數(shù)據(jù)通信方便快捷等系統(tǒng)功能優(yōu)勢。為此，本文擬通過使用比較廣泛的RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)來研究PC與TMS320F2812 DSP之間的異步串行通信。

1 硬件設(shè)計
    這里采用最簡單的三線連接方法，即PC機(jī)與DSP的發(fā)送、接收端彼此交叉連接，地線對應(yīng)連接的方法。另外，由于DSP的串行通信接口SCI的兩個外部引腳SCITXD和SCIRXD的信號為TTL電平，與RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平不一致，因此，要進(jìn)行信號電平轉(zhuǎn)換后才能連接到PC機(jī)的串口接頭DB9，圖1所示是其硬件連接電路，其中電平轉(zhuǎn)換選用MAX3232芯片和若干電容來實(shí)現(xiàn)，使用時只用其中的一對收／發(fā)單元。

2 軟件設(shè)計
2．1 通信協(xié)議
    本設(shè)計將通信的幀格式設(shè)置為1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(yàn)位，1個停止位。圖2所示為其數(shù)據(jù)幀格式，其傳輸波特率為9600 bps，采用全雙工通信方法。

    PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包的格式是：包頭+功能碼+參數(shù)碼+數(shù)據(jù)內(nèi)容+校驗(yàn)和，本設(shè)計分別設(shè)置它們占1、2、2、4、4個字節(jié)。其中包頭是一個數(shù)據(jù)包開始的標(biāo)志，這里設(shè)置為字符’～’；功能碼表示本次通信要完成的操作，其中”01”表示向DSP發(fā)送參數(shù)，”02”表示讓DSP回傳數(shù)據(jù)；參數(shù)碼表示通信傳送的數(shù)據(jù)類別，”01”表示要傳送P參數(shù)，”02”表示要傳送I參數(shù)，”03”表示要傳送D參數(shù)。假如通過PC機(jī)來設(shè)置DSP中數(shù)字PID控制程序的參數(shù)P為15．20，可以設(shè)定數(shù)據(jù)的量綱為1：100，那么就應(yīng)當(dāng)發(fā)送15．20×100=1520=05F0H，即依次發(fā)送字符’0’=30H、’5’=35H、’F’=46H、’0’=30H；且在前面發(fā)送的字符串為”～010105F0”。校驗(yàn)和的計算是把從功能碼到數(shù)據(jù)內(nèi)容己經(jīng)轉(zhuǎn)換為ASCII碼的全部字節(jié)連續(xù)累加，其值為7EH+30H+31H+30H+31H+30H+35H+46H+30H=021BH，所以，PC向DSP發(fā)送完整的數(shù)據(jù)包為字符串”~010105F0021B”，其格式如圖3所示。

    DSP上傳電流、電壓、頻率等實(shí)時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包格式與圖3類似，但它可以不使用功能碼或參數(shù)碼。如頻率數(shù)據(jù)包的包頭采用字符’*’，電流數(shù)據(jù)包的包頭采用字符’#’，以示區(qū)別即可。[!--empirenews.page--]
2．2 上位機(jī)PC端程序
    PC機(jī)主要完成三部分工作：一是對從機(jī)進(jìn)行控制(比如修改參數(shù))，二是對從機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和數(shù)值計算，三是向用戶提供友好、美觀的儀器界面。以上功能均可依靠軟件實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)軟件既可以使用Visual C++、VisualBasic等通用的開發(fā)工具，也可以使用LabWin-dows／CVI、LabView等專用于計算機(jī)測控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺。LabWindows／CVI是NI公司開發(fā)的32位、以ANSI C為核心的交互式虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，它將功能強(qiáng)大的C語言與測試技術(shù)相結(jié)合，具有靈活的交互式編程方法和豐富的庫函數(shù)，可為開發(fā)人員建立監(jiān)測、自動測試、數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控等系統(tǒng)提供理想的軟件開發(fā)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)虛擬儀器及網(wǎng)絡(luò)化儀器的快速途徑。由于其簡單易學(xué)，故可大大縮短開發(fā)周期。LabWindows／CVI具有專門用于RS-232串行通信的函數(shù)庫，主要包括：串行口打開／關(guān)閉函數(shù)(OpenCom／OpenComConfig和CloseCom)、串行口輸入／輸出函數(shù)(ComRd、ComRdByte、ComWrt、ComWrtByte)、串行口控制函數(shù)(FlushInQ、FlushOutQ)、串行口狀態(tài)查詢函數(shù)(GetInQLen、GetOutQLen)、串行口事件處理函數(shù)(InstallCom-Callback)等5大類。以下是程序部分代碼：
    主函數(shù)：

    PC機(jī)發(fā)送程序：
    PC機(jī)要能向DSP發(fā)送控制命令，比如開機(jī)，關(guān)機(jī)，修改參數(shù)等，下面以修改PID控制參數(shù)P為例。

2．3 下位機(jī)DSP程序
    DSP的軟件開發(fā)可利用集成開發(fā)環(huán)境CCS3．1(Code Composer Studio)，并采用C語言進(jìn)行編程。利用DSP的SCI模塊實(shí)現(xiàn)串行通信的主程序流程圖如圖4所示。DSP的串行通信程序設(shè)計可采用查詢法或中斷法來進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，這里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)。DSP收到PC機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)時，便轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷子程序，其中斷服務(wù)子程序流程如圖5所示。其串口SCI初始化配置如下：

    void SCI_Init(void)
    {
    SciaRegs．SCICCR．a(chǎn)ll=0x0007；／／字符長度8位
    SciaRegs．SCICTL1．a(chǎn)ll=0x0003；//使能發(fā)送和接收
    SciaRegs．SCICTL2．a(chǎn)ll=0x0002； ／／使能接收中斷，禁止發(fā)送中斷
    SciaRegs．SCIHBAUD=0x00；／／置波特率高8位
    SciaRegs．SCIHBAUD=0xF3；／／置波特率低8位
    SciaRegs．SCICTL1．a(chǎn)ll=0x23；／／使SCI退出復(fù)位
    }
    DSP收到字符串”～010105F0019D”之后，首先進(jìn)行和校驗(yàn)。如果正確，則根據(jù)功能碼和參數(shù)碼判斷PC機(jī)發(fā)送的是否是修改參數(shù)P的命令。然后提取數(shù)據(jù)”05F0'’，將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)1520，再除以100即得到要設(shè)置的P值15．20；如果和校驗(yàn)出錯，則要求主機(jī)重發(fā)。若PC機(jī)發(fā)送的是上傳數(shù)據(jù)的命令，則將發(fā)送標(biāo)志變量send_flag置1，這樣，在主循環(huán)中，經(jīng)過判斷后，便可向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語
    本文利用LabWindows/CVI開發(fā)平臺編寫了上位機(jī)PC程序，同時利用CCS3．1開發(fā)環(huán)境編寫下位機(jī)DSP程序，然后通過RS232總線進(jìn)行串行通信。利用這種方法設(shè)計的PC機(jī)與DSP的串行通信系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、成本低、實(shí)現(xiàn)容易等特點(diǎn)，并具有良好的可移植性和可擴(kuò)展性，能夠很好地滿足PC與DSP的通信需求。