长沙理工大学DSP串口通信课程设计

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1、DSP串口通信 摘要 本次课程设计的主要工作就是基于在TMS320F2812 DSP芯片的SCI口上的串口通信的设计与实现。由于TMS320F2812包含了两个串行通信接口（SCI）模块， SCI模块提供了DSP与其他标准NRZ格式的异步外围之间的数字通讯。TMS320F2812 是美国TI 公司推出的TMS320F281x 系列中的性能最优的32 位定点信号处理器, 它具有高度集成、高速、低功耗、易于开发等优点。本文主要介绍了TMS320F2812 硬件结构、功能特点及其在串行通信中的简单应用。串行通信接口是采用双线通信的异步串行通信接口，即通常所说的UART口。为减小串口通信时CPU的开销

2、，F2812的串口支持16级接收和发送FIFO。SCI模块采用标准非归0 (NRZ)数据格式，可以同CPU或其他通信数据格式兼容的异步外设进行数字通信。当不使用FIFO时，SCI接收器和发送器采用双级缓冲传送数据，SCI接收器和发送器有自己的独立使能和中断位，可以独立的操作，在全双工模式下也可以同操作。为保证数据完整，SCI模块对接收到的数据进行间断、极性、超限和帧错误检测。通过对16位的波特率控制寄存器进行编程，配置不同的SCI通信速率。关键字：TMS320F2812；SCI；串口通信；26 / 29文档可自由编辑打印目录1 绪论 1 1.1 课程设计内容及要求1 1.2 TMS320F28

3、1x系列芯片功能概述 12 课程设计环境 5 2.1 DSP集成开发实验箱 5 2.2 CCS2000开发环境的安装 63 电路组成和工作原理 9 3.1 SCI模块结构与原理 9 3.2 SCI模块发送接收原理 11 3.3 PIE中断原理概述 12 3.4 SCI通信波特率 13 4 串口通信硬件与软件设计 14 4.1 串口通信硬件设计 144.2 串口通信软件设计 165 心得体会 216 参考文献 22附录 DSP串口通信程序 23 1 绪论1.1 课程设计内容及要求DSP课程设计是对数字信号处理、DSP原理及应用等课程的较全面练习和训练，是实践教学中的一个重要环节。通过本次课程设计

4、，综合运用数字信号处理、DSP技术课程以及其他有关先修课程的理论和生产实际知识去分析和解决具体问题，并使所学知识得到进一步巩固、深化和发展。初步培养学生对工程设计的独立工作能力、电子系统设计的一般方法。通过课程设计树立正确的设计思想，提高学生分析问题、解决问题的能力。进行设计基本技能的训练，如查阅设计资料和手册、程序的设计、调试等。本题目要求实现DSP与计算机的异步串行通信，设计目的在于了解DSP与PC机串行通信的实现软硬件方案，了解DSP的中断系统，掌握DSP的I/O工作方式。（1）设计DSP与PC的异步通讯接口电路，实现串行数据的发送与接收（2）通过编写DSP程序，实现DSP与PC机之间的

5、数据交换。（3）要求详细叙述DSP与PC异步通讯接口设计方案以及控制的编程。（4）按要求编写课程设计报告书，正确、完整的阐述设计和实验结果。（5）在报告中绘制程序的流程图，并文字说明。1.2 TMS320F281x系列芯片功能概述C28x系列的主要片种为TMS320F2810和TMS320F2812。两种芯片的差别是：F2812内含128K16位的片内Flash存储器，有外部存储器接口，而F2810仅有64K16位的片内Flash存储器，且无外部存储器接口。其硬件特征如表1所示。表1 硬件特征特 征F2810F2812指令周期（150MHz）6.67ns6.67nsSRAM（16位/字）18K

6、18K3.3V片内Flash（16位/字）64K128K片内Flash/SRAM的密钥有有Boot ROM有有掩膜ROM有有外部存储器接口无有事件管理器EVA和EVBEVA、EVBEVA、EVB *通用定时器44 *比较寄存器/脉宽调制1616 *捕获/正交解码脉冲电路6/26/2看门狗定时器有有12位的ADC有有 *通道数1616特 征F2810F281232位的CPU定时器33串行外围接口有有串行通信接口（SCI）A和BSCIA、SCIBSCIA、SCIB控制器局域网络有有多通道缓冲串行接口有有数字输入/输出引脚（共享）有有外部中断源33供电电压核心电压1.8VI/O电压3.3V核心电压1

7、.8VI/O电压3.3V封装128针PBK179针GHH，176针PGF温度选择 A：-40 +85 S：-40 +125PBK仅适用于TMSPGF和GHH仅适用于TMS产品状况产品预览（PP）高级信息（AI）产品数据（PD）AI（TMP）AI（TMP） TMS320F281x系列DSP(数字信号处理器)是TI公司最新推出的数字信号处理器，该系列处理器是基于TMS320C2xx内核的定点数字信号处理器。器件上集成了多种先进的外设如图2所示，为电机及其它运动控制领域应用的实现提供了良好的平台。同时代码和指令同F24x系列数字信号处理器完全兼容，保障了项目或产品设计的可延续性。同F24x系列数字信

8、号处理器相比， F281x系列数字信号处理器提高了运算的精度（32位）和系统的处理能力（达到150 MIPS）。该系列数字信号处理器还集成了128K的Flash存储器，4K的引导ROM，数学运算表及2K的OTP ROM，从而大大改善了应用的灵活性。128位的密码保护机制有效的保护了产品的知识产权。两个事件管理器模块为电机及功率变换控制提供了良好的控制功能。16通道高性能12位ADC单元提供两个采样保持电路，可以实现双通道信号同步采样。引脚LQFP封装图如图1所示，芯片功能框图如图2所示。 图1 176引脚LQFP封装顶视图图2 TMS320F281x系列DSP功能框图 2 课程设计环境2.1

9、DSP集成开发实验箱（1）适用范围： 专家IV+型（EL-DSP-EXPIV+）教学实验系统如下图3所示是我公司在总结多年开发经验的基础上推出的一款全新DSP教学实验系统。适合信号处理、电子信息、计算机、自动化、测控等相关专业的教学实验及科研研发。同时本产品也是大学生电子设计竞赛的理想开发平台。（2）结构简介： 系统采用模块化分离式结构，便于用户使用、扩展和二次开发。该系统采用双CPU设计，实现了DSP多处理器的协调工作，支持54X系列和2X系列的CPU板。客户可根据自己的需求选用不同类型的CPU板，目前以可选CPU板有：TMS320VC5402、TMS320VCVC5416、LF2407、F

10、2812、VC5509。用户在不需要改变任何配置情况下，更换CPU板即可做不同类型的DSP实验。通过“E-lab”和“Techv”扩展总线，可以扩展机、电、声、光等不同领域的扩展模块，完成数据采集、图象处理、通讯、网络、控制等扩展实验。除此之外，在实验箱上有丰富的外围扩展资源，可以完成DSP基础实验、算法实验、编解码试验、双CPU综合实验、扩展实验。图3 EL-DSP-EXPIV+型实验系统原理框图2.2 CCS2000开发环境的安装选择安装界面中 “Code Cmposter Studio”选项。如下所示完成上述步骤后只需点“Next”继续。在出现提示确认没有运行病毒检测软件的提示窗口时点“

11、确定”。如下所示选择“Yes”同意CCS的安装协议。如下所示选择默认安装组件，点“Next”。如下所示选择默认安装路径“C:ti”点“Next”。如下所示出现下所示时取消勾选项，并点击“Finish”。完成上述步骤，再出现的对话框中点击“确定”。如下所示安装完成后，计算机桌面出现如下所示的快捷方式图标。 3 电路组成和工作原理 3.1 SCI模块结构与原理SCI接口采用双线通信的异步串行通信接口，通常所说的UART口。为减小串口通信时CPU开销，F2812的串口支持16级接收和发送FIFO。SCI模块采用标准非归0 (NRZ)数据格式，同CPU或其他通信数据格式兼容的异步外设进行数字通信。当不

12、使用FIFO时，SCI接收器和发送器采用双级缓冲传送数据，SCI接收器和发送器有自己的独立使能和中断位，可以独立的操作，在全双工模式下也可以同时操作。为保证数据完整，SCI模块对接收到的数据进行间断、极性、超限和帧错误检测。通过对16位的波特率控制寄存器进行编程，配置不同的SCI通信速率。外部晶振通过PLL模块产生了CPU的系统时钟SYSCLKOUT，然后SYSCLKOUT 经过低速预定标器之后输出低速时钟LSPCLK供给SCI。要保证SCI的正常运行，系统控制模块下必须使能SCI的时钟，也就是在系统初始化函数中需要将外设时钟控制寄存器PCLKCR的SCIAENCLK位置1。从下图4，我们可以

13、清楚的看到SCIA可以产生两个中断，RXINT和STXINT，即发送中断和接收中断。图4 SCI同CPU之间的接口下图5给出了串行通信接口(SCI)模块方框图：图5 串行通信接口(SCI)模块方框图3.2 SCI模块发送接收原理图6 串行通信接口发送接收原理图SCI模块的工作原理如图6所示，之所以SCI能工作于全双工模式，是因为它有独立的数据发送器和数据接收器，这样能够保证SCI既能够同时进行，也能够独立进行发送和接收的操作。 SCI发送数据的过程如下：如图6右半部分所示，在FIFO功能使能的情况下，首先，发送数据缓冲寄存器SCITXBUF从TX FIFO中获取由CPU加载的需要发送的数据，然

14、后SCITXBUF将数据传输给发送移位寄存器TXSHF，如果SCI的发送功能使能，TXSHF则将接收到的数据逐位逐位的移到SCITXD引脚上。 SCI接收数据的过程如下：如图3的左半部分所示，首先，接收移位寄存器 RXSHF逐位逐位的接收来自于SCIRXD引脚的数据，如果SCI的接收功能使能，RXSHF将这些数据传输给接收缓冲寄存器SCIRXBUF，CPU就能从SCIRXBUF读取外部发送来的数据。当然，如果FIFO功能使能的话，SCIRXBUF会将数据加载到RX FIFO的队列中，CPU再从FIFO的队列读取数据。3.3 PIE中断原理概述C281x CPU支持17个CPU级的中断，其中包括

15、一个不可屏蔽中断 (NMI)和16个可屏蔽中断 (INT1到INT14，RTOSINT和DLOGINT)。C281x器件还有很多外设，每个外设都会产生一个或者多个外设级中断。由于CPU没有能力处理所有CPU级的中断请求，因此需要一个中断扩展控制器来仲裁这些中断。系统中PIE向量表是存放每个中断服务程序的地址，每个中断都有自己的中断向量，在系统初始化时，需要定位中断向量表，在操作的过程中也可对中断向量表的位置进行调整。如下图7所示中断扩展模块图。图7 中断扩展模块图3.4 SCI通信波特率TMS320F2812的每个SCI都具有两个8位的波特率寄存器,SCIHBAUD和SCILBAUD，通过编程

16、,可以实现达64K不同的速率。波特率的计算公式如下所示： (1) 因此 (2)其中 BRR=波特率选择寄存器中的值，从十进制转换成十六进制后，高8位赋值给 SCIHBAUD，低8位赋值给SCILBAUD。值得注意的是，式1 所示的波特率公式适用于1BRR65535，当BRR=0是，波特率如公式（3）所示： (3)BRR的值是16位波特率选择寄存器内的值，其选择值如表2所示：理想波特率LSPCLK时钟频率，37.5MHZBRR实际波特率错误百分比/%24001952（7A0H）240004800976(3D0H)4798-0.049600487(1E1H)96060.0619200243(00F

17、3H)192110.0638400121(0079H)384220.06表2 波特率值选择表在SCI通信时双方都必须以相同的数据格式和波特率进行通信，否则通信会失败。4 串口通信硬件与软件设计4.1串口通信硬件设计串行通信是指使用一条数据线（另外需要地线，可能还需要控制线），将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。使用串口通信时，发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的，每一位为1或者为0。如图8所示： 图8 串口通信 TMS320F2812芯片内部集成了一个串行通信

18、接口(SCI)模块，该模块是一个标准的通用异步接收/发送(UART)通信接口，通信接口有SCITXD(SCI发送输出引脚)和SCIRXD(SCI接收输入引脚)两个外部引脚，引脚的信号电平为TTL类型。而DSP串口的异步串行通信基于RS232C标准，两者的信号逻辑电平不一致，必须进行信号电平转换。TMS320F2812接口电路如图9所示： 图9 TMS320F2812接口电路 -以RS232C通信标准进行通信，在保证通信准确性的前提下，通信距离一般以不超过12m为宜，在工业控制现场很受限制。为保证硬件设计的兼容性和易扩展性，能够应用于不同场合，在DSP硬件电路板端还采用了一个MAX489芯片，添

19、加了一个RS485/RS422通信接口。因为MAX489芯片功耗低，集成度高，+5V供电，具有两个接收和发送通道。由于TMS320LF2812采用+3.3V供电，所以在MAX489与TMS320LF2812之间必须加电平转换电路。 实际使用过程中，系统在选择不同的通信标准时，切换十分方便。如图6所示，当跳线端子JUMP2与JUMP3的2、3脚短接时，SCITXD接通MAX232芯片的T1I引脚，SCIRXD接通MAX232芯片的R1O引脚，即DSP的通信接口与MAX232芯片相连，此时系统采用RS232C的通信标准。当跳线端子JUMP2与JUMP3的1、2脚短接时，SCITXD接通MAX489

20、芯片的DI引脚，SCIRXD接通MAX489芯片的RO引脚，即DSP的通信接口与MAX489芯片相连，此时系统采用RS485/422的通信标准，DSP端只需添加一个RS232C/RS485转换器即可进行通信接口电平转换。4.2 串口通信软件设计 在DSP端的软件程序设计中，通过中断方式接收发送端发送过来的数据包，并校验确认后接收有效数据，再将发送端所需的数据打包回送。基于DSP功能模块化的特点，其串行通信汇编程序的编制主要分三个步骤：(1)初始化设置时钟源模块，得到所需的CPUCLK和SYSCLK(因为计算波特率时与之有关)； (2)设置SCI模块，初始化各SCI控制寄存器； (3)编写串行通

21、信中断服务子程序，即可完成DSP发送端与接收端之间的串行通信。 SCI模块采用了一个比较经典的通信类模型，很好的体现了分层结构，应用层调接口函数对缓冲区进行操作，不直接操作硬件。应用层只需 要将需要发送的字节送入缓冲区，驱动程序会自行判断是否启动首次发送，启动首次发送后，应用程序不再需要参与发送流程，驱动会自动完成全部的工作，直到缓冲区为空。当SCI接受到数据后，会触发接收中断，由接收中断负责将收到的数据送入到缓冲区。在串行通信中断服务子程序的编制过程中，参考图10所示的DSP串行通信流程图 接线引脚（RxD） 发送引脚(TxD)发送移位寄存器接收移位寄存器 SCI数据寄存器MCU内部总线SC

22、I状态寄存器SCI波特率寄存器SCI控制寄存器 图 10 SCI程序流程图 而通常使用的有两种方式：一种是查询方式，另一种是中断方式。 （1）查询方式，就是程序不断去查询状态标志位，看看SCI是不是已经做好了数据发送或者接收的准备。 当数据发送时，需要查询的是位于SCI控制寄存器2（SCICTL2）的第7位TXREADY，发送缓冲寄存器就绪标志。当这个位为1的时候，表明发送数据缓冲寄存器SCITXBUF已经准备好开始接收并发送下一个数据了。当数据写入SCITXBUF，TXREADY自动会清零，如果TXENA使能了，发送移位寄存器TXSHF就会把SCITXBUF里面的数据发送出去。当数据接收时，

23、需要查询的是SCI接收状态寄存器（SCIRXST）中的RXRDY，接收器就绪标志。当从SCIRXBUF寄存器中已经准备好一个字符的数据，等待CPU去读时，RXRDY位就会置1。当数据被CPU从SCIRXBUF 读出后，或者系统复位，都可以使RXRDY清0。其流程图如下图11所示。 （2）中断方式，根据前面所学的三级中断的知识，必须使能外设自己的中断、PIE中断和CPU中断。SCIA的发送和接收中断分别位于PIE模块第9组的第1和第2 位，同时对应于CPU中断的INT9。前面所述的TXRDY是中断标志位，当该位置1时，就会产生发送中断事件，如果各级中断都已经使能，则会响应SCI的发送中断函数。当

24、接收中断标志位RXRDY置1时，就会产生接收中断标志。如果各级中断已经使能，则会响应SCI的接收中断。其流程图如下图12所示。 特别注意：外设中断的标志位一定要手动复位，在这里SCI是个例外，原因如下：当发送器缓冲寄存器SCITXBUF做好准备发送数据时，TXRDY置1，但是当CPU将数据写入SCITXBUF的时候，TXRDY自动会清0。而当接收器缓冲寄存器已经准备好数据等待CPU去读取时，RXRDY置1，当CPU将数据从SCIRXBUF读出时，RXRDY也会自动清0。这是和其他外设中断不一样的地方。 图11 查询方式流程图 图12 中断方式流程图（1）使用查询方式发送或者接收数据的程序结构如

25、下：调用主程序：/发送程序If (SciaTx_Ready() = 1) SciaRegs.SCITXBUF =SCI_Senddata; /SCI_senddata 为需要发送的数据/接收程序if(SciaRx_Ready() = 1) Sci_Receivedata = SciaRegs.SCIRXBUF.all; /SCI_Receivedata 用于存放 接收的数据/发送就绪标志状态查询函数int SciaTx_Ready(void) unsigned int i; if(SciaRegs.SCICTL2.bit.TXRDY = 1) i = 1;/返回 1 说明发送器已经准备就绪，可

26、以接收新的数据进行发送 Else i = 0; return(i);/接收就绪标志状态查询函数int SciaRx_Ready(void) unsigned int i; if(SciaRegs.SCIRXST.bit.RXRDY = 1) i = 1; /返回 1 说明数据接收已经就绪，等待 CPU 去读取数据 Else i = 0; return(i);（2）使用中断方式发送或者接收的程序：Void main() InitPieCtrl();/*初始化 PIE 中断*/ InitPieVectTable();/*初始化 PIE 中断矢量表*/ /*设置中断服务程序入口地址*/ EALLOW

27、; / This is needed to write to EALLOW protected registers PieVectTable.TXAINT = &SCITXINTA_ISR; PieVectTable.RXAINT = &SCIRXINTA_ISR; EDIS; / This is needed to disable write to EALLOW protected registers /PIE 中断使能 PieCtrl.PIEIER9.bit.INTx1=1; /使能 SCI 发送中断 PieCtrl.PIEIER9.bit.INTx2=1;/使能 SCI 接收中断 IER

28、 |= M_INT9; /*开 CPU 中断*/ EINT; / Enable Global interrupt INTM ERTM; / Enable Global realtime interrupt DBGM/接收中断函数interrupt void SCIRXINTA_ISR(void)/ SCI-A PieCtrl.PIEACK.bit.ACK9 = 1; /释放 PIE 同组中断 if(SciaRx_Ready() = 1) Sci_Receivedata = SciaRegs.SCIRXBUF.all;/SCI_Receivedata 用于存放接收的数据 EINT;/使能全局中断

29、/发送中断函数interrupt void SCITXINTA_ISR(void)/ SCI-A PieCtrl.PIEACK.bit.ACK9 = 1; /释放PIE同组中断 if(SciaTx_Ready() = 1) SciaRegs.SCITXBUF =SCI_Senddata; /SCI_senddata为需要发送的数据 EINT; /使能全局中断5 心得体会 在电苑楼实验室的这几个星期的DSP课程设计期间，我学到了很多，理论只有在实践中运用，才能记忆的更佳深刻。实验期间有的时候仅仅是一个小小的程序问题，可能你得搞半天才能解决。设计中我遇到了很多问题，不过，好在最后都通过和同学讨论问

30、老师解决了。这期间学习了DSP的基本知识，对TMS320F2812器件的结构和工作原理也有了一定的了解；对C语言的语法结构、编程结构也都有了一定的掌握；结合实验课学会了编程下载和硬件测试等内容；对CCS2000也掌握了一些基本的操作.在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟是第一次综合应用DSP技术来做设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固通过这次课程设计之后，得以把以前所学过的知识重新温故。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，同学的帮助下终于迎刃而解。在此我表

31、示感谢！ 6 参考文献1 DSP原理及应用 M，邹彦：电子工业出版社.2 TI1 20041 TMS320F2810 , TMS320F2811 , TMS320F2812 ,TMS320C2810 , TMS320C2811 , TMS320C2812 Digital Signal Process ors DataManual Literature Number : SPRS174K.3 张雄伟，曹铁男.DSP芯片的原理与开发应用（第2版）M.北京：电子工业出版社，2000.4 张毅刚，赵光权，孙宁，等.TMS320L F2812 DSP原理，开发与应用M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20

32、06.5 Texas Instruments Inc. TMS320F2812 DSP Enhanced and Peripherals,1999.6 郑红，吴冠. TMS320F2812 DSP 应用系统的设计M.北京：北京航天航空大学出版社，2002.7 刘和平等，TMS320LF240xDSP C语言开发应用北京航空航天大学出版社，2003年1月.附录 DSP串口通信程序#include DSP281x_Device.h#include DSP281x_Examples.hchar send_buff = 0x00; /发送缓冲char rece_buff = 0x00; /接收缓冲Ui

33、nt16 show = 0x00aa;interrupt void SCIRXINT_isr(void); /中断1中断子程序void Delay(Uint16 numbers); /长延迟/-void Initsci(void) /UART初始化子程序 SciaRegs.SCICCR.all=0x0007; /1位停止位，用奇校验，禁用回馈测试， /普通协议模式，8位数据位 SciaRegs.SCICTL1.all=0x0003; /禁止接收错误中断，禁用传输唤醒模式， /禁用休眠模式，使能数据发送和接收 SciaRegs.SCIHBAUD=0; SciaRegs.SCILBAUD=0xF3

34、; /150M CLKOUT,波特率为19200 = CLKOUT/（BRR+1）*8 /BRR=1E7H SciaRegs.SCICTL2.all=0x0002; /使用接收中断，禁用发送中断 SciaRegs.SCIPRI.all=0x0010; /高中断优先级，仿真挂起时完成当前操作 SciaRegs.SCICTL1.all =0x0023; / Relinquish SCI from Reset interrupt void SCIRXINT_isr() /中断子程序 Uint16 k; k=SciaRegs.SCIRXBUF.all; asm( nop ); SciaRegs.SCI

35、TXBUF=k; asm( nop ); show = show; PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP9; SciaRegs.SCIFFRX.bit.RXFFINTCLR = 1;/ 清除接受中断标志 /*- 函数名称 : void Delay(int numbers)- 函数说明 : 延时- 输入参数 : numbers- 输出参数 : 无*/void Delay(Uint16 numbers) Uint16 i,j; for(i=0;i40000;i+); for(j=0;jnumbers;j+); void main(void) InitSysCt

36、rl(); EALLOW; SysCtrlRegs.LOSPCP.all=0x0002; EDIS; EALLOW; GpioMuxRegs.GPFMUX.bit.SCITXDA_GPIOF4 = 1; GpioMuxRegs.GPFMUX.bit.SCIRXDA_GPIOF5 = 1; EDIS; DINT; InitPieCtrl(); IER = 0x0000; IFR = 0x0000; InitPieVectTable(); Initsci(); /初始化UART设置寄存器 EALLOW; PieVectTable.RXAINT = &SCIRXINT_isr; EDIS; PieCtrlRegs.PIECRTL.bit.ENPIE = 1; PieCtrlRegs.PIEIER9.bit.INTx1=1; IER |= 0x100;/ Enable CPU INT EINT; while(1) *(int *)0x88001 = show;