《TMS320C55x的UART通信设计》实验设计报告

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1、TMS320C55x的UART通信设计实验设计报告专 业： 电子信息工程 班 级： 电信0902班 姓 名： 指导教师： 二0一二 年 5 月 21 日引言 TMS320C55x数字信号处理器通过多通道缓冲串口（McBSP）提供了与外设的多种同步串行通信方式。然而，由于DSP中串行通信由数据信号、帧同步信号和时钟3种信号配合实现，其中帧同步信号和数据信号由不同的数据线传输。而异步串行通信则在一根传输线上实现数据发送或接收，且不需要专门的时钟信号线。因此DSP与异步设备的接口，如UART通信实现相对复杂，需要对多通道缓冲串口（McBSP）的相关寄存器进行正确初始化。DSP中实现全双工异步通信的通

2、常做法是使用专用的串行接口芯片，如TL16C550，这种设计方法编程相对简单，但增加了设计成本和电路复杂度。本文介绍了一种TMS320C55x DSP芯片利用McBSP和DMA直接实现UART的方法，基于该方法实现的DSP异步串行通信模块已成功应用于控制偏振图集处理的DSP硬件设备中。实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTAC)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为126 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于05 dB，采

3、用18 V电源，TSMC 018m CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。全双工异步串行通信在TMS320C55xDSP上的通常实现方式是利用DSP的McBSP接口加外接芯片实现，这种设计方法增加了实现UART的硬件成本和电路设计复杂度。提出了一种直接利用DSP的MCBSP接口和DMA通道实现UART的方法。具有实现成本低，硬件电路简单，移植性强等。1. UART在DSP上的实现 异步串行通信要求DSP能够模拟和检测到UART的帧信号。由于DSP串口是同步串口，而且DSP时钟为高速时钟，经分频或倍频后无法保证与UART的异步串行时钟精确同步。DSP的帧同步信号无法与UA

4、RT的帧信号同步，造成串行通信信号中信号位的偏移。最好的解决方法是减小偏移和对接收的数据流进行过采样，本文采用了对UART信号的16倍过采样。W 1.1 McBSP设置 DSP的McBSP通过3种信号实现同步通信：数据、帧同步和时钟。异步通信发送和接收各在一条线上进行，具有自己的帧时序。 UART的通信时钟由使用的通信波特率（每秒传输的数据位个数）决定，通常为2400，9600，19200等。DSP与UART异步通信时，由于DSP的内部时钟频率通常都不是UART时钟频率的整数位，因而会造成双方通信时数据位的偏移，为了尽量减小这种偏移，McBSP的串口时钟需要正确的设置时钟频率以达到与UART波

5、特率相匹配。 数据（PKTBITS）由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成，起始位为1位，停止位通常为1，1.5，2位，数据数通常为8位，如何使用校验，那么数据包还包括1位校验位。以上数据位中，每1位都被DSP以16倍波特率的时钟频率过采样。 发送时，为保证UART能收到半个停止位，需要将DSP的McBSP发送端口设置为2相的数据帧。第1相为16位的数据字，第2相为8位的数据字。那么第1相数据长度为（起始位+数据位+校验位）个字，第2相长度为停止位的字长。发送时的总帧长（TxPKTBITS）为这两相的总字长。接收数据包格式与发送相似，其结构如图2所示。DSP的串口发送引脚与外部串口设备的接收

6、引脚相连，不使用FSX引脚和CLKX引脚。接收时，McBSP通过接收帧同步信号引脚（FSR）检测数据的到来，根据帧同步信号的不同，帧同步信号可配置成上升沿触发或下降沿触发，由于UART的起始位为低电平，因此使用下降沿触发。将UART发送数据信号与McBSP的数据接收引脚DR和FSR相连，实现用UART的发送信号触发McBSP的接收帧同步信号。在McBSP接收一帧数据期间，为了防止下降沿再次触发一帧数据接收，McBSP应该设置为接收数据包期间忽略帧同步信号。UART接收数据包接收完一帧数据后，需要对数据解码，收于DSP发送和接收时钟是UART串口时钟频率的16位，因此每个UART数据位对应于DS

7、P中1个16位字（停止位对应8位字）。在McBSP接收寄存器中将接收帧设置为2相，第1相16位字，字长为RxPKTBITS（起始位+数据位+校验位），第2相为8位字，对应于停止位字数。此外，接收帧延时值应该设置为1位。 1.2 McBSP时钟采样率设置 McBSP与UART通信时，McBSP接收到一帧的帧同步信号后，该帧期间之后出现的帧同步信号将被忽略。为了获得最大数据流量，一帧数据发送结束时，其停止位后紧接着为起始位，帧同步信号的检测依赖于停止位到起始位的下降沿。为了正确检测到帧同步信号，高电平应该至少保持一个时钟周期以上时间。理想情况下，串口时钟信号边沿与数据位边沿精确对应，此时，每个数据

8、位对应16倍时钟周期。起始位和串口时钟的下降沿偏最小， McBSP串口时钟与UART时钟精确同步时的时序 正常通信时，McBSP的帧同步信号与UART串口的时钟之间会有一定的偏差。McbSP串口时钟与UART时钟存在偏差时的时序 存在偏差时，为保证McBSP能检测到接收到信号的下降沿，McBSP的串口采样时钟频率必须准确设置。其设置方法如公式1、2所示。其中，DIV是McBSP寄存中串口采样时钟分频值，DSPCLK是DSP的CPU时钟频率，baudrate为通信波特率。通信波特率为19200，DSP时钟频率为75MHz，接收数据包为10位（1位起始位，8位数据位，无校验，1位停止位：PKTBI

9、TS=10，RxPKTBITS=9.5），根据公式1计算得DIV ，由于分频值DIV为整数，因此取DIV 。根据公式2计算得DIV ，取整后得DIV 。取DIV最佳值为244。TMS320VC55x DSP以常用波特率通信时的分频值如表1所示。 75-MHz DSP Clock100-MHz DSP ClockBaud RateDivisorMinimumExact DivisorDivisorMaximumDivisorMinimumExact DivisorDivisorMaximum19200240244.14248320325.5233138400120122.07124160162.

10、76165576008081.6882107108.511101152004040.69415454.25551.3 DMA设置 UART通信时，DSP发送和接收到的数据存储在数据存储器中，为了实现DSP的高速处理，减少DSP响应McBSP数据寄存器中断的次数。发送和接收数据与McBSP发送和接收寄存器DXR和DRR之间的数据传输通过DMA通道完成。这里以使用DMA通道4和通道5为例，其中，DMA通道4作为数据接收通道，DMA通道5做为数据发送通道。将通道4和通道5的同步事件分别设置为McBSP串口接收事件和串口发送事件，DMA通道4的源地址为McBSP的接收寄存器DRR地址，目的地址为数据存

11、储器中存放接收数据的变量地址；DMA通道5的源地址为数据存储器中待发的数据，目的地址为McBSP的DXR寄存器地址。每当McBSP接收到数据时，会触发DMA通道4将接收到的数据拷贝到DSP数据存储器的相应置，同时目的地址指针自动加1；发送数据时，DMA通道5将待发送数据拷贝到DXR，将数据依次发出。发送数据时，待发字符被打包成适于UART接收的数据格式，以发送16进制无符号数0xAA为例，首先发送起始位，然后是数据位最低位，最后发送停止位。该数值在数据存储器中按地址由低到高的存放格式为：0x0000，0x0000，0xFFFF，0x0000，0xFFFF，0x0000，0xFFFF，0x000

12、0，0xFFFF，0xFFFF。 接收到数据后，取过采样到的每个16位二进制数据字的中间四位，若中间四位中1的个数不小于3，则表示收到当前的UART数据位值为1；若中间四位中0的个数不小于3，则表示收到当前的UART数据位值为0。否则认为数据传输出错。 2. 程序设计 在McBSP和DMA寄存器设置正确的基础上，利用TI公司提供的Code Composer Studio集成开发环境编写了UART串口通信软件，软件开发中使用了CSL（片上支持库），使整个开发过程快速、直观、具有很强的可读性。3. 实验分析 硬件和软件设计完成后，进行了测试实验，实验上位机为PC机，DSP处理器为TI公司的TMS3

13、20VC5509A，通信波特率为19200，DSP外部晶振频率为20MHz，CPU时钟频率为100MHz，UART数据格式为1位起始位，8位数据位，1位停止位，无校验。多次实验结果表明数据发收准确，无误码现象发生。 4. 结论 DSP系统直接与外部全双工异步串行设备的通信时，通过正确的使用DSP上的McBSP和DMA通道，利用16倍过采样原理准确的计算McBSP通信接口的采样值和配置相关寄存器，能够实现DSP与外部异步设备的可靠通信。与传统的采用串并转换芯片的实现方法相比，具有更低的成本更简单的外部电路。本文中的程序针对TI公司的TMS320VC5509x DSP芯片编写，通过对少数寄存器的修

14、改，该程序可直接应用于TI公司的C5000和C6000系列DSP芯片上。主要创新点：提出了一种直接利用DSP的McBSP接口和DMA通道实现UART的方法，具有实现成本低，硬件电路简单，移植性强等特点。 5.程序代码：.text start: SSBX FRCT STM #b0,AR1 RPT #6 MVPD table,*AR1+ STM #xn+6,AR2 STM #b0+6,AR3 STM #7,BK STM #-1,AR0 LD #xn,DP PORTR PA1,xnFIR2: RPTZ A,#6 MAC *AR2+0%,*AR3+0%,A STH A,y PORTW y,PA0 BD

15、 FIR2 PORTR PA1,*AR2+0.title “FIR2.ASM” .mmregs .def start .bss y,1xn .usect “xn”,7b0 .usect “b0”,7PA0 .set 0PA1 .set 1 .datatable: .word 1*32768/10 .word 2*32768/10 .word 3*32768/10 .word 4*32768/10 .word 5*32768/10 .word 6*32768/10 .word 7*32768/10.end参考文献： 1 TMS320VC5509A Fixed-Point Digital Sign

16、al Processor Data Manual. Texas Instruments 2 TMS320VC5501/5502/5503/5507/5509/5510 DSP Multichannel Buffered Serial Port (McBSP) Reference Guide. Texas Instruments 3 Implementing a Software UART on the TMS320C54x with the McBSP and DMA. Texas Instruments 4 TMS320VC5503/5507/5509/5510 DSP Direct Mem

17、ory Access (DMA) Controller Reference Guide 5 TMS320C55x Chip Support Library API Reference Guide. Texas Instruments 6 TMS320C6000 McBSP: UART. Texas Instruments 附件：关于对DSP应用设计系统授课的几点意见1. 在讲TMS320C55X的硬件结构时，最好能结合实物图或者实物进行讲解，这样就不会感觉那么的枯燥和抽象。同时也能对实物有一个更深的认识。2. 在讲TMS320C55X的指令系统时，希望在讲到各寻址方式时，能尽量的多举些实例进行分析，这样才能更有利于我们及时的理解。而在讲完所有的寻址方式后，再进行实例讲解，这样感觉对前面讲的寻址方式概念有些模糊啦。之前只是一味的讲理论知识，也给人很抽象，乏味的感觉。3. 在上机课时能对操作软件进行必要的讲解，使得大家都能熟练的使用软件实现简单的功能，这样才能更深入的学习。（以上只是本人在听过老师的课后所发表的想法，如有不恰之处还望老师谅解）10