长 沙 学 院
《DSP原理及应用》 课程设计说明书
题系
(
部
目 基于DSP的串口通信模块设计 )
电信系 电子1班
专业(班级) 姓学指起
名 号
导止
教日
师 期
2014/12/1-2014/12/5
DSP原理及应用课程设计任务书
系(部):电子与通信工程系 专业:11级电子信息工程 指导教师:
课题名称 基于DSP的串口通信模块设计 （1）课题内容：掌握DSP与PC机串口通信技术及其程序编写。在板上加上 设16C550、Max232 和驱动电路部分即可。驱动电路主要完成将 UART 输出的计0-3.3V 电平转换成异步串口电平的工作。转换电平的工作由 MAX232 芯片内完成，但由于它是5V 器件所以它同 DSP 间的信号线必须有电平转换，此板容采用的是 74LVC245。 及（2）要求：DSP硬件设计与仿真；DSP的C语言复杂程序设计；DSP算法要设计与系统方案设计；DSP硬件测试与调试；提交一份完整的课程设计资料，求 包括设计原理、程序设计、程序分析、仿真分析、硬件测试、调试过程，参考文献、设计总结等。 1、DSP硬件设计与仿真； 2、DSP的C语言复杂程序设计； 3、DSP硬件测试与调试； 4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、程序设计、程序分析、仿真分析、调试过程，参考文献、设计总结等。 起止日期（或时间量） 第一天 进度安排 第二天 第三天 第四天 第五天 年 月 日
设计工作量 设计内容（或预期目标） 课题介绍，答疑，收集材料 设计方案论证 程序设计 程序调试、仿真 系统测试并编写设计说明书 备注 教研室 意见 系（部）主管领导意见 年 月 日 长沙学院课程设计鉴定表
姓名 学号 专业 电子信息工程 班级 指导教师 电子1班 设计题目 基于DSP的串口通信模块设计 指导教师意见： 评定成绩： 教师签名： 日期： 答辩小组意见： 评定成绩： 答辩小组长签名： 日期： 教研室意见： 最终评定等级： 教研室主任签名： 日期： 说明
课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“中等”、“及格”、“不及格”五等。
基于DSP的串口通信模块设计
一、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。
二、设计介绍
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波特率相匹配。
数据包（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。
图1 UART接收数据包的帧格式
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DSP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。
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，每个数据位对应16倍时钟周期。起始位和串口时钟的下降沿偏最小，如图3所示。
图2 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，如图所示。
图3 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。
（1） （2）
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：PKTBITS=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。
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，0x0000，0xFFFF，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。
4 、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。程序流程如图所示：
图4 UART程序流程图
三、运行程序
ioport unsigned int port2000,port2001,port2002,port2003,port2004,port2005,port2006,port2007;
#define RBR port2000 #define THR port2000 #define IER port2001 #define IIR port2002 #define FCR port2002 #define LCR port2003 #define MCR port2004 #define LSR port2005 #define MSR port2006 #define SCR port2007 #define DLL port2000 #define DLM port2001
void wait(int nWait);
char cString[17]={ \"Hello PC!,Over|\" },cReceive,cBuffer[17],cAnswer[16]={\"Oh,you say\int bReceive,nLen;
main()
{
unsigned int uWork; int i,k;
bReceive=0; LCR = 0x80; DLL = 0x18; DLM = 0x00; LCR = 0x03; FCR = 0x01; MCR = 0x20;
IER = 0x00;
while ( 1 ) { if ( bReceive==0 ) { for ( i=0;i<16;i++ ) { do { uWork=LSR; } while ( uWork&0x040 != 0x040 ); THR=cString[i]; wait(1024); } } else { for ( i=0;i<10;i++ ) { do { uWork=LSR; } while ( uWork&0x040 != 0x040 ); THR=cAnswer[i]; wait(1024); } do { uWork=LSR; } while ( uWork&0x040 != 0x040 ); THR='\\\"'; for ( i=0;i void wait(int nWait) { int i,j,k=0; } for ( i=0;i 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„„通过这次设计之后，得以把以前所学过的知识重新温故。这次毕业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。在此我表示感谢！ 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 五、参考文献 [1] DSP原理及应用 [M]，邹彦：电子工业出版社. [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. 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容