基于DSP的串口通信设计与实现毕业论文.doc
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1、基于DSP的串口通信设计与实现 摘 要 本次毕业设计的主要工作就是基于在TMS320F2812 DSP芯片的SCI(同步串行通信)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,所以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。SCI接收者和发送者皆采用双总线模式,因为每一个皆有自己独自的使能位和中断位。故本文以SCI模块的全双工式通信系统的分析与设计为主线。首先了解串行通信理论的有关概念,并提出了一个既能同时进行,又能够独立进行发送和接收操作的可行方案。因此,为了保证串口通信过程中数据的完整性,最主要的还是FIFO时钟系统的设
2、计。故本文的重点又是基于SCI模块的FIFO设计。 关键字:DSP ; TMS320F2812 SCI ;SCI口FIFO; Abstract The main graduation design is based on TMS320F2812 DSP chip SCI (synchronous serial communication) serial communication port on the design and implementation.The TMS320F2812 includes two serial communication interface (SCI) modu
3、le, so SCI module provides DSP and other standard asynchronous NRZ format digital communication between peripheral.SCI receiver and transmitter by key dual-bus mode, because each has its own own bit and interrupt enable bit.Therefore, this papers full-duplex type SCI module communication systems ana
4、lysis and design of the main line.Serial communication theory to first understand the relevant concepts, and presents a both at the same time, but also capable of independent operations to send and receive options.Therefore, the process of serial communications in order to ensure data integrity, the
5、 most important thing is FIFO clock system design.Therefore, the focus of this paper is designed based on FIFO SCI module. Keyword:DSP ;TMS320F2812 SCI ; SCI FIFO ; 目 录第一章 绪 论- 1 -1.1 引言- 1 -1.2 DSP发展简介- 1 -1.3 论文各章节的安排- 2 -第二章 TMS320F2812 DSP及SCI口结构与原理- 3 -2.1 TMS320F2812 DSP结构与原理- 3 -2.2 TMS320F28
6、12 SCI结构与原理- 5 -2.3 SCI模块发送和接收数据的工作原理- 7 -2.4 SCI数据格式- 8 -2.5 SCI通信波特率- 12 -2.6 SCI FIFO描述- 13 -第三章 串口通信硬件与软件设计- 17 -3.1 基于TMS320F2812的DSP最小系统设计- 17 -3.1.1电源及复位电路的设计- 17 -3.1.2 时钟电路设计- 18 -3.1.3 DSP与JTAG接口设计- 19 -3.2 串口通信硬件设计- 19 -3.3 串口通信软件设计- 21 -第四章 总结与展望- 26 -4.1 结论- 26 -4.2 展望- 26 -致 谢- 27 -参考文
7、献- 28 - 第一章 绪 论1.1 引言 串口是计算机上一种非常通用通信设备的协议,同时也是仪器仪表设备通用的通信协议,也还可以用来获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单,串口按位发送和接收字节。可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据,它很简单并且能够实现远距离通信。 本文主要研究的是基于DSP串口通信在TMS320F2812 SCI口的设计与实现。而DSP是一种独特的微处理器,是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号,转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化,并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性,而
8、且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序,远远超过通用微处理器,是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度,是最值得称道的两大特色。DSP优点主要如下所示: 对元件值的容限不敏感,受温度、环境等外部参与影响小;容易实现集成;VLSI可以分时复用,共享处理器;方便调整处理器的系数实现自适应滤波;可实现模拟处理不能实现的功能:线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等;可用于频率非常低的信号。DSP技术的应用:主要是在处理语音、图像/图形、军事、仪器仪表、自动控制、医疗、家用电器和生物医学信号处理等等方向的应用。1.2 DSP发展简介DSP产业在约40年的历程中经历
9、了三个阶段:第一阶段,DSP意味着数字信号处理,并作为一个新的理论体系广为流行。第二个阶段,开始与80年代,DSP从概念走向了产品,TMS32010所实现的出色性能和特性备受业界关注。第三个阶段,则是始于21世纪,市场竞争更加激烈,TI及时调整DSP发展战略全局规划,并以全面的产品规划和完善的解决方案,加之全新的开发理念,深化产业化进程。而DSP未来的发展方向主要是这几个方面:、数字信号处理器的内核结构进一步改善,多通道结构和单指令多重数据(SIMD)、特大指令字组(VLIM)将在新的高性能处理器中将占主导地位。2、DSP 和微处理器的融合。3、DSP 和高档CPU的融合。4、DSP 和SOC
10、的融合。5、DSP 和FPGA的融合。1.3 论文各章节的安排 这次的毕业论文设计,从接到题目后,就开始着手与论文相关质料的查找和论文进度的安排。从了解串口通信的概念到最后选定由TMS320F2812 DSP芯片来完成本次的论文设计,再基于对TMS320F2812芯片各个引脚的熟悉和了解,最后决定了由TMS320F2812的SCI模块来实现本次论文所想要达到的目的即基于DSP串口通信的设计与实现。又由于TMS320F2812包含了两个串行通信接口(SCI)模块,所以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。SCI接收者和发送者皆采用双总线模式,因为每一个皆有自己独自的
11、使能位和中断位。故本文以SCI模块的全双工式通信系统的分析与设计为主线。首先了解串行通信理论的有关概念,并提出了一个既能同时进行,又能够独立进行发送和接收操作的可行方案。因此,为了保证串口通信过程中数据的完整性,最主要的还是FIFO时钟系统的设计。故本文的重点又是基于SCI模块的FIFO设计。论文章节安排: 第一章绪论主要是叙述了DSP应用领域和发展历程。 第二章介绍了TMS320F2812 DSP及SCI口结构与原理。 第三章介绍了串口通信硬件与软件设计。 第四章为总结和展望。 第二章 TMS320F2812 DSP及SCI口结构与原理2.1 TMS320F2812 DSP结构与原理32位的
12、TMS320F2812 DSP整合了DSP和微控制器的最佳特性,能够在一个周期内完成3232位的乘法累加运算,或两个1616位乘法累加运算。此外,由于器件集成了快速的中断管理单元,使得中断延迟时间大幅减少,满足了适时控制的需要。其功能框图如图1所示: 图1 TMS320F2812 DSP功能框图归纳起来TMS320F2812 DSP有以下特点: 高性能的静态CMOS工艺 ,可使主频达到150MHz ,即每个指令周期是 6167ns ;低功率设计(供电电压只有118V和313V) ; 高性能的32位CPU。能够实现16X16和32X32乘操作 ,快速的中断操作 ,寻址程序空间可达4M,寻址数据空
13、间可达4G,在 C/ C + +和汇编语言中代码可得到优化 ,另外还可向下兼容 TMS320F24X/ LF240X处理器的代码; 片上存储器:闪存 128K字 ,单访问双口 RAM(SARAM) 18k字; 启动只读存储器 ROM4K字 ,具有软件启动模式并包含标准的数学表; 时钟和系统控制采用锁相环技术PLL来控制系统各模块所需要的频率; 具有很强的外围通讯功能:包括同步串行口SPI ,通用异步串行口SCI ,增强的 eCAN 和多通道缓存串行口McBSP。 可以在一个周期内对任何内存地址完成读取、修改、写入操作,使得效率及程序代码达到最佳。此外,还提供多种自动指令提高了程序的执行效率,简
14、化了程序的开发。 针对嵌入式控制领域应用的特殊要求,已推出一款针对C28x内核的C编辑器,能够提供非常杰出的1.1C汇编语言转换比例。C28x DSP的内核还支持IQ变换函数库,使研发人员很方便的使用便宜的定点DSP来实现浮点运算。 在串行通信的应用中,TMS320F2812含有两个接口:外设接口SPI和通信接口SCI,本文研究的是基于TMS320F2812串行通信接口SCI的设计与实现。 而TMS320F2812串行通信接口(SCI)是一个双线通信异步串行通信接口。为减少串口通信时CPU的开销,TMS320F2812的串口支持16级接收和发送FIFO。串行通信接口支持与CPU以及其它使用非归
15、零格式的异步外设之间的异步串行数字通信。它的接收器和发送器都是双级缓冲的,有各自独立的控制位与中断位,都可以同时工作在全双工模式下。为保证数据的完整性,串行通信接口对接收的数据进行间断检测、奇偶性、超时和帧错误检查。串行通信接口可以通过16位的波特率选择寄存器,设置多达65000种通信速度。TMS320F2812的SCI和以往的DSP的SCI相比具有两个特点:一是传送、接收都具有独立的FIFO;二是波特率可以自动检测。2.2 TMS320F2812 SCI结构与原理 SCI(Serial Communication Interface),即串行通信接口,是一个双线的异步串口,即具有接收和发送两
16、根信号线的异步串口,一般可以看作是 UART(通用异步接收/发送装置)。F2812的SCI模块支持DSP与采用NRZ标准格式的异步外围设备之间进行数字通信。2812 内部具有两个相同的SCI模块,SCIA和SCIB,每一个SCI模块都各有一个接收器和发送器。SCI的接收器和发送器各具有一个16级深度的FIFOFirst in fist out 先入先出)队列,它们还都有自己独立的使能位和中断位,可以在半双工通信中进行独立的操作,或者在全双工通信中同时进行操作。 首先,我们从图2可以看到,SCI模块具有两个引脚,SCITXDA和SCIRXDA,分别实现发送数据和接收数据的功能,这两个引脚对应于G
17、PIOF模块的第4和第5位,在编程初始化的时候,需要将GPIOFMUX寄存器的第4和第5位置为1,才能使得这两个引脚具有发送和接收的功能,否则就是普通的I/O引脚。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。从图2,我们可以清楚的看到SCIA可以产生两个中断,SCIRXINTA 和SCITXINTA,即发送中断和接收中断。 图2 SCIA的 CPU接
18、口 SCI相关信号如表1所示:信号名称描述外部信号RXDSCI异步串行数据接收信号TXDSCI异步串行数据发送信号控制信号通信速率低速外设预分频时钟中断信号TXINT发射中断RXINT接收中断 表 1 SCI相关信号SCI模块的其他一些特点如表2所示:序号 SCI模块的特点 1具有4 个错误检测标志:极性(parity)、溢出(overrun)、 帧 (framing)、中断(break)检测。2多处理器模式下具有两种唤醒方式:空闲线方式和地址位方式。通常使用的时候很少遇到多处理器模式,我们采用的是空闲线方式。 3通信工作于半双工或者全双工模式。 4具有双缓冲接收和发送功能,接收缓冲寄存器为S
19、CIRXBUF,发送缓冲寄存器为SCITXBUF。5发送和接收可以通过中断方式来实现,也可以通过查询方式来实现。6具有独立的发送中断使能位和接收中断使能位。 7SCIA 模块具有 13 个控制寄存器,值得注意的是,这些寄存器都是 8 位的寄存器,当某器被访问时,数据位于低8 位,高8位为0,因此,把数据写入高8 位将是无效的。 表2 SCI模块特点2.3 SCI模块发送和接收数据的工作原理 图3 SCI模块的工作原理 SCI模块的工作原理如图3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
20、发送数据的过程如下:如图3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,SC
21、IRXBUF会将数据加载到RX FIFO的队列中,CPU再从FIFO的队列读取数据。2.4 SCI数据格式 在SCI中,通信协议体现在SCI的数据格式上。通常将SCI的数据格式称之为可编程的数据格式,原因就是可以通过SCI的通信控制寄存器SCICCR来进行设置,规定通信过程中所使用的数据格式。SCI 使用的是NRZ的数据格式,NRZ数据格式包括了如表3所示:序号内容11个起始位21-8个数据位31个奇/偶/非极性位41-2个结束位5在地址位模式下,有1个用于区别数据或者地址的特殊位 表3据格式包数据是18 位,1个字符的长度。将带有格式信息的每一个数据字符叫做一帧。SCI有空闲线模式和地址 位
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