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关键词：数字信号处理；通信接口；异步通信；TL16C752B；TMS320VC5421
１ 引言
美国德州仪器公司（ＴＩ）的ＴＭＳ３２０ＶＣ５４ＸＸ系列ＤＳＰ芯片与ＰＣ机实现异步通信通常有两种方法：第一种是使用通用Ｉ／Ｏ信号ＸＦ和ＢＩＯ作为串口发送和接收信号，用软件逐位发送和接收数据，即软件异步通信方法，这种方法需要占用很多ＣＰＵ时间，因此，只能在ＤＳＰ不太忙、实时性要求不高的情况下采用；第二种是通过扩展异步通信芯片来实现高速串行通信，本文选用的就是此方法。
在笔者设计数字调幅广播系统中的基带处理子系统时，复用器与信道编码器之间的通信采用的是异步串行通讯方案。复用器则使用通用ＰＣ机来实现，信道编码器使用ＴＩ公司生产的ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１来设计实现。
２ ＵＡＲＴ芯片ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ简介[１]
２．１ 主要特点
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ是ＴＩ公司推出的新型ＵＡＲＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ）收发器。该器件的主要特点如下：
●引脚和ＳＴ１６Ｃ２５５０兼容，内置两套ＵＡＲＴ系统，可独立工作；
●工作时，最高波特率可以达到１．５Ｍｂｐｓ（使用２４ＭＨｚ晶体时）或３Ｍｂｐｓ（使用４８ＭＨｚ振荡器或时钟源时）；
●具有６４字节发送／接收ＦＩＦＯ（接收ＦＩＦＯ包含错误标志）。由于收、发ＦＩＦＯ的触发等级可通过软件编程实现，因而减少了ＣＰＵ的中断次数；
●接收ＦＩＦＯ的启动和停止等级可以通过软件编程来实现；
●具有两种控制模式：其中软件流控制模式可通过编程Ｘｏｎ／Ｘｏｆｆ字符来实现；而硬件流控制模式则可通过设置ＲＴＳ和ＣＴＳ引脚及相应的寄存器来实现；
●波特率可编程；
●可编程下列串行数据格式：
——５、６、７、８ 四种字符；
——数据奇偶校验或者无校验；
——１、１．５、２ｂｉｔｓ 停止位；
●内部闭环。
２．２ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的引脚功能
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ内含双ＵＡＲＴ，并自带６４字节收发ＦＩＦＯ，可自动进行软件流和硬件流控制，最大波特率可达３Ｍｂｐｓ。此外，ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ还提供了其它一些增强功能，可通过设定ＥＦＲ寄存器的相关位来实现。通过ＦＩＦＯ ＲＤＹ 寄存器可读取ＴＸＲＤＹ／ＲＸＲＤＹ引脚的状态；而通过片内寄存器则可为使用者提供接收数据的错误识别、操作状态以及ＭＯＤＥＭ的接口控制信号。
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的引脚排列如图１所示，各主要引脚的功能如下：
Ａ０～Ａ２：地址线，通过这几个引脚以及读写信号ＩＯＲ和ＩＯＷ可以访问及设定片内寄存器?
Ｄ０～Ｄ７：双向８位数据线?
ＣＳＡ、ＣＳＢ：两套ＵＡＲＴ的片选信号?
ＴＸＡ／ＲＸＡ、ＴＸＢ／ＲＸＢ：分别表示所要发送和接收的数据端口?
ＩＮＴＡ／ＩＮＴＢ：中断信号?
ＲＥＳＥＴ：芯片复位信号?
ＸＩＮ／ＸＯＵＴ：时钟输入／输出信号。
２．３ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的内部寄存器
图２所示是ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的内部功能模块图，该器件内部共有２０个寄存器，这些寄存器可分别用于实现通信参数的设置、对线路及ＭＯＤＥＭ状态的访问、数据的发送和接收以及中断管理等功能。其地址可分别通过Ａ０～Ａ２地址线和某些寄存器的特定位来确定，由于有些寄存器的地址是重叠的，所以还必须通过读／写信号加以区分。ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ内部寄存器的映射如表１所列。表中：
“＊” 表示仅当ＬＣＲ的第７位为１时，访问ＤＬＬ／ＤＬＨ。
“＊＊ ”表示仅当ＬＣＲ为０ｘＢＦ时，访问ＥＦＲ以及Ｘｏｎ１／２，Ｘｏｆｆ１／２。
“＋” 表示当ＥＦＲ[４]为１，且ＭＣＲ[６]为１时，访问ＴＣＲ／ＴＬＲ。
“＋＋”表示当片选信号有效、ＭＣＲ[２]为１且处于非闭环模式时，访问 ＦＩＦＯ ＲＤＹ。
此外，对于ＭＣＲ[７]，只有当ＥＦＲ[４]为１时才可以更改。在上述说明中，[]表示该寄存器的第几位。
表1 TL16C752B的内部寄存器映射表
| A[2] | A[1] | A[0] | 读 模 式 | 写 模 式 |
| 0 | 0 | 0 | 接收保持寄存器（RHR） | 发送保持寄存器（THR） |
| 0 | 0 | 1 | 中断使能寄存器（IER） | IER |
| 0 | 1 | 0 | 中断标示寄存器（IIR） | FIFO控制寄存器（FCR） |
| 0 | 1 | 1 | 线路控制寄存器（LCR） | LCR |
| 1 | 0 | 0 | MODEM控制寄存器（MCR） | MCR |
| 1 | 0 | 1 | 线路状态寄存器（LSR） | LSR |
| 1 | 1 | 0 | MODEM状态寄存器（MSR） | MSR |
| 1 | 1 | 1 | 临时寄存器（SPR） | SPR |
| 0 | 0 | 0 | *除数锁存低位（DLL） | DLL |
| 0 | 0 | 1 | *除数锁存高位（DLH） | DLH |
| 0 | 1 | 0 | **增强功能寄存器（EFR） | EFR |
| 1 | 0 | 0 | ** Xon-1字符值 | Xon-1字符值 |
| 1 | 0 | 1 | ** Xon-2字符值 | Xon-2字符值 |
| 1 | 1 | 0 | ** Xoff-1字符值 | Xoff-1字符值 |
| 1 | 1 | 1 | ** Xoff-2字符值 | Xoff-2字符值 |
| 1 | 1 | 1 | +传输控制寄存器（TCR） | TCR |
| 1 | 1 | 0 | +触发等级寄存器（TLR） | TLR |
| 1 | 1 | 1 | ++FOFO状态寄存器（FIFO RDY） | FIFO RDY |
２．４ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ工作流控制模式
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ有２种工作流控制模式：硬件流控制和软件流控制。使用前者可降低软件消耗，通过ＲＴＳ和ＣＴＳ引脚信号的硬件连接可自动控制串行数据流，从而提高系统的有效性；后者则通过使用可编程的Ｘｏｎ／Ｘｏｆｆ字符来自动控制数据传输。本文主要介绍软件流控制模式。
软件流控制模式的使能可通过ＥＦＲ和ＭＣＲ这２个寄存器来实现。不同流模式的组合如表２所列（可通过设定ＥＦＲ的低４位实现）。
表2 软件流控制模式
| EFR[3] | EFR[2] | EFR[1] | EFR[0] |
TX RX软件流控制组合模式 |
| 0 | 0 | X | X | 无发送流控制 |
| 1 | 0 | X | X | 发送Xon1,Xoff1 |
| 0 | 1 | X | X | 发送Xon2,Xoff2 |
| 1 | 1 | X | X | 发送Xon1,Xoff1；Xon2,Xoff2 |
| X | X | 0 | 0 | 无接收流控制 |
| X | X | 1 | 0 | 接收器比较Xon1,Xoff1 |
| X | X | 0 | 1 | 接收器比较Xon2,Xoff2 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 发送Xon1,Xoff1；接收器比较Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 发送Xon2,X0ff2；接收器比较Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 发送Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2;接收器比较Xon1,Xoff1;Xon2,Xoff2 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 无发送流控制；接收器比较Xon1,Xoff1;Xon2，Xoff2 |
具体工作流程（从接收的角度）为：接收时，若操作达到接收中断等级，则产生中断，但这时传输还在进行（这里假设中断有一定延时）；而当ＲＨＲ中的数据数目达到接收停止等级规定的数值时，接收端发送Ｘｏｆｆ１／２，以通知发送端停止发送数据，这时接收端将读取ＲＨＲ中的数据。当ＲＨＲ中的数据数目降到接收启动等级规定的数值时，接收端发送Ｘｏｎ１／２，以通知发送端可以继续发送数据。
３ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ与ＰＣ的通信电路
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ与ＰＣ的串行通信部分的硬件连接电路如图３所示。图中，地址线Ａ０～Ａ２、数据线Ｄ０～Ｄ７分别和ＤＳＰ的地址总线Ａ０～Ａ２、外部数据线Ｄ０～Ｄ７直接相连，而选通信号ＣＳＡ／ＣＳＢ、读写信号ＩＯＲ／ＩＯＷ、复位信号ＲＥＳＥＴ以及中断信号ＩＮＴＡ／Ｂ则接入ＣＰＬＤ并由ＣＰＬＤ处理。同时ＤＳＰ端的ＰＳ、ＤＳ、ＩＳ、ＩＯＳＴＲＢ、Ｒ／ Ｗ、ＭＳＴＲＢ也同时接入ＣＰＬＤ以用于生成控制信号。电路中使用ＣＰＬＤ一方面可以对ＵＡＲＴ的地址灵活配置，另一方面也可以灵活生成ＵＡＲＴ的复位、选通和读写信号，从而增强系统的灵活性，方便系统调试。
由于ＰＣ端串口采用ＲＳ２３２电平标准，因此ＵＡＲＴ之后需要连接ＭＡＸ３２２１以完成电平转换。ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的数据发送引脚和数据接收引脚分别与ＭＡＸ３２２１的数据输入引脚和数据输出引脚连接。这里只使用一套ＵＡＲＴ来完成ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ和ＰＣ的通信。数据收、发采用中断方式，ＵＡＲＴ＿ＩＮＴＡ通过ＣＰＬＤ和ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１的外部中断ＩＮＴ０相连接。而３．０７２ＭＨｚ晶振则连接到ＸＩＮ和ＸＯＵＴ两引脚。波特率设定为３８４００，故ＤＬＬ／ＤＬＨ分别为０６和００ｈ。
具体调试时，可先从查询方式开始，若没有问题，再使用中断方式。
图3
４ ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ和ＰＣ通信的软件编程
该系统的软件设计部分主要包括ＰＣ机程序、ＤＳＰ初始化、ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ初始化和数据发送／接收以及双方的通信协议等。下面介绍ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的初始化程序。
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ初始化程序主要包括以下几部分：
（１）波特率的设定；
（２）增强功能的使能及设置ＥＦＲ的相关位；
（３）完成有关收、发ＦＩＦＯ的设定，主要是ＭＣＲ／ＴＣＲ／ＴＬＲ ３个寄存器的设置；
（４）软件流控制模式使能以及Ｘｏｎ／Ｘｏｆｆ字符的设置；
（５）传输数据格式设定，包括８位数据位、２位停止位、ＤＭＡ传输模式１、偶校验、不使用强制校验模式、暂停控制位无效等；
（６）设置ＦＩＦＯ控制以及中断控制寄存器。
此外，在完成设置前，还应注意以下几点：
（１） 设定ＤＬＬ和ＤＬＨ前，ＬＣＲ[７]应为１。
（２） 设定ＭＣＲ前，ＥＦＲ[４]应为１,ＬＣＲ应为００ｈ。地址相重叠的寄存器不能同时使能。
（３） 读写ＲＨＲ和ＴＨＲ时，由于ＤＳＰ的读写速度很快，故最好不要连续读写，而是在每读、写一次后延时一段时间，然后再进行下一次读写。
（４） 这里，ＤＭＡ只是一个名称，而并非是 “直接存储器访问”。
ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ的地址分配在Ｉ／Ｏ空间的００２０ｈ～００２７ｈ，读写通过ＰＯＲＴＲ和ＰＯＲＴＷ指令完成。ＴＬ１６Ｃ７５２Ｂ初始化程序如下：
ｉｎｉ_ｕａｒｔ_ｓｔａｒｔ:
；设置 ｂａｕｄ ｒａｔｅ＝３８４００ ; ｄｉｖｉ-ｓｏｒ＝０００６ｈ
ｓｔｍ ＃ｔｅｍｐ１_ｒｅｇ,ａｒ１
ｎｏｐ
ｓｔ ＃８０ｈ;＊ａｒ１ ；除数锁存使能 ＬＣＲ＝ｂｆｈ
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＬＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＤＬＬ_ｖａｌｕｅ,＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１,＃ｋ_ＤＬＬ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＤＬＨ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１,＃ｋ_ＤＬＨ_ａｄｄｒ
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
ｓｔ ＃ｋ_ＬＣＲ_ｖａｌｕｅ?＊ａｒ１ ；ＬＣＲ＝ｂｆｈ
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＬＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ１ ＥＦＲ ｖａｌｕｅ?＊ａｒ１ ；增强功能使能
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＥＦＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃０，＊ａｒ１ ；设定ＬＣＲ＝ ０
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１?＃ｋ ＬＣＲ ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＦＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；设定ＦＩＦＯ控制寄存器
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＦＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＭＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；设定ＭＣＲ／ＴＣＲ／ＴＬＲ寄存器
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＭＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＴＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＴＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＴＬＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＴＬＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ１_ＭＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＭＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＬＣＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；为访问Ｘｏｎ／Ｘｏｆｆ／ＥＦＲ，ＬＣＲ重设定为ＢＦｈ
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＬＣＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_Ｘｏｆｆ１_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；设置软件流控制
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_Ｘｏｆｆ１_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_Ｘｏｎ１_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_Ｘｏｎ１_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_Ｘｏｆｆ２_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_Ｘｏｆｆ２_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_Ｘｏｎ２_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_Ｘｏｎ２_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＥＦＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；设置软件流控制组合方式
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＥＦＲ_ａｄｄｒ
ｓｔ ＃ｋ_ＬＣＲ_ｄｌａｔｃｈ_ｄｉｓａｂｌｅ，＊ａｒ１
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＬＣＲ_ａｄｄｒ ；设定传输数据格式
ｓｔ ＃ｋ_ＩＥＲ_ｖａｌｕｅ，＊ａｒ１ ；设置中断
ｐｏｒｔｗ ＊ａｒ１，＃ｋ_ＩＥＲ_ａｄｄｒ
５ 结束语
通过扩展串口完成ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１与ＰＣ机串行通信硬件接口比较简单、数据传送距离远、使用经济。该电路及其软件经与微机的通信实验证明，在波特率为３８４００时，能够可靠地实现与ＰＣ机的通信。
