1  引言

数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP）有高速数字信号处理等特点，软件运行采用了流水线作业方式，指令周期为ns级，字长可以是16位、32位或64位，能够实现整数或浮点数的实时处理，在图形图像处理、高精度测量控制、高性能仪器仪表等众多领域得到越来越广泛的应用。在许多场合，往往需要把DSP采集处理后的数据传送给PC机进行存储和进一步处理，通过PC机的RS-232异步串行口通信是一种简单易行的方法。但DSP的种类繁多，硬件不兼容，指令不统一，即使同一厂商推出的芯片，其功能和性能也差异很大。运行速度一般很高，有些DSP的指令周期仅为0.05ns^[1]，字长多为32位或更长，I/O电平多为3.3V，即使有些DSP中设置了串行口，其串口的引脚数目、通信速率、工作方式、接口电平等与PC机的RS232口也有着很大的差异，这对DSP与PC机RS232口的通信带来了一定的困难。

采用德克萨斯仪器公司（Texas Instrument, TI）于2001年推出的新一代高性价比DSP—TMS320VC33实现了与PC机RS232口的通信。选择该芯片实现与RS232口通信的意义在于：第一，在目前的几十家DSP生产商中，TI是最大的供应商，占到市场份额的50%以上^[1]；第二，TMS320VC33是该公司性价比最高的芯片；第三，该芯片的I/O电平、字长、运行速度、串口功能代表了许多DSP的共同特点。因此，TMS320VC33与PC机RS232通信的实现方法对其它类型的DSP有许多可供参考之处。

2  采用通用I/O引脚实现串行通信

PC机的RS-232口没有时钟信号，只能按照设定的固定波特率传送。通过PC机的RS-232串行口进行通信采用三线式接法，即只需连接RX（数据接收）、TX（数据发送）、GND（地）三个引脚。PC机按帧格式发送、接收数据，一帧通常包括1位起始位（“0”电平）、5-8位数据位、1位（或无）校验位、1 位或1位半停止位（“1”电平）。起始位表示数据传送开始，数据位是低位在前，高位在后，停止位表示一帧结束。而VC33的串口帧格式与PC机不同，它没有起始位和停止位，只有数据位，而且是高位在前，因此要想利用VC33的通用I/O引脚实现串行通信，必须针对RS232的通信协议编写相应的DSP程序，同时这一工作又与所采用的DSP硬件资源有关。

VC33共有10个引脚可配置为通用I/O引脚，其中XF0和XF1是专用的通用I/O引脚，通过软件设计可使这两个专用I/O引脚与PC机RS232实现串行通信，其电路结构如图1所示。

图1  通用I/O引脚与PC机RS232口的连接图

图中采用MAX202作为RS232C电平与TTL电平的转换芯片，即R1in、T1out为RS232C电平，R1out、T1in为TTL电平，但由于VC33能够承受的最高电压为4.5V^[2]，所以作为输入引脚使用的XF0和INT2不能直接与R1out相连，为了简化结构，采用了电阻分压的方式，使这两个引脚上的高电平为3.3V，这就保证了VC33不被损坏。XF1是VC33的输出引脚，可以与MAX202的T1in引脚直接相连。

图1中VC33的INT2引脚为外部中断脚，MAX202的R1out经电阻分压后同时连接到INT2和XF0，这样可以利用传输的第一位触发VC33的外部中断。这种传输方式的传输速率及传输位数都是在软件中控制的。实现这种方案的关键是软件设计，在本系统中设计的传输软件不仅灵活性很高，并且在一定程度上降低了误码率。

利用VC33内部定时器和中断标志寄存器IOF来完成软件设计。数据接收和发送流程基本相同，下面以图2的数据接收流程来说明数据传输过程（假设已经对系统进行了初始化）。设传输速率为9600bit/s，一个起始位（“0”），8位数据位，一个终止位（“1”）。开始位只定时半位的时间，第一位以后的定时周期设置为一个位的时间，这就保证了每一位都是在中间采样，这是与传统RS232串口传输方式最大的不同，也是设计这种传输方式的一个特点，这种方法有利于降低传输的误码率。

当数据的起始位到来时就触发VC33的INT2中断，进入INT2中断服务子程序后，首先关掉INT2中断，设置传输的字节长度Rx =0AH，开定时器0（TIMER0）的中断。当进入定时器0中断服务子程序后，先判断Rx是不是0Ah，即判断是不是传输起始位，若Rx＝0Ah，表明传输的是数据起始位，同时要判断XF0管脚的状态是“0”还是“1”，如果此时XF0管脚上的状态是“1”，则可以判定数据传输错误，重新开始接收下一个数据的准备工作。反之表明数据开始正常的传输。Rx将减1，同时刷新Rx中的内容，即Rx＝Rx－1，在TIMER0

图2  通用I/O引脚实现串行通信的数据接收流程图

的周期寄存器和计数寄存器中存入定时整个位的时间常数，开定时器0的中断。定时时间一到，程序又进入TIMER0的中断服务子程序，再判断Rx是不是终止位，如果是终止位，就开始接收新的数据，打开INT2，TIMER0周期寄存器和计数寄存器中存放半位的时间参数。如果判断的结果不是终止位， 采样并存储XF0的状态，同时刷新Rx中的内容，即Rx＝Rx－1，启动定时器。定时一到就进入TIMER0的中断服务子程序，再判断各个参数。直到接收到的是终止位。处理发送数据的程序与接收数据的程序大体相同。

3 VC33的串口引脚作为通用I/O引脚实现串行通信

VC33的串口引脚也可以作为通用I/O引脚，通过对I/O引脚的操作可实现串行数据的接收和发送，本文用VC33中口的数据接收引脚DR接收RS232数据，用VC33的数据发送引脚DX向RS232口发送数据，电路结构如图3，图中，

 图3  VC33的串口引脚与PC机RS232口的连接图

MAX202的R2out与VC33的INT1和DR相连。

VC33软件的设计需要用到定时器和串口寄存器，其中定时器的设置与图1所示电路相同，因此，将VC33的串口寄存器设置好后，数据接收流程与图2类同。VC33串口寄存器设置的关键是将其串口引脚DR、DX设置为通用I/O引脚，即不实施串口功能。这时，DR、DX引脚的作用与图1中XFO和XF1的功能相同，接收数据的流程也与图2大体相同。

需要说明的是：第一，通过图1和图3所示硬件电路的组合，可实现一片VC33与两台微机的同时通信；第二，VC33共有10个引脚可配置为通用I/O引脚，因此，通过巧妙地利用VC33的内部和外部中断源、2个定时器、1个串口定时器和软件定时等方式，实现1片VC33与多台微机同时通信。

4 直接利用VC33的串口功能实现RS232通信

这种方法的特点是直接利用VC33的串口功能进行通信，而不是将串口引脚设置为通用I/O引脚再实现串行通信。VC33 的串行通信有固定数据速率和可变数据速率两种类型，每种类型又有连续、标准和爆发方式^[3]，适合与RS232接口的通信方式是固定速率的爆发方式，在该方式下，每个字的传送都由帧同步（FSX/FSR）信号开始，后面是数据位，其时序如图4所示。

          图4  VC33串口固定爆发方式时序图

需要注意，VC33在爆发方式接收数据时，从帧同步信号后开始接收就不再考虑FSR信号，但在一帧信号的最后一位时，FSR必须为低电平，否则就将会被作为下一帧的帧同步信号位。

根据上面的分析，通过软件模拟以及简单的硬件控制，就可实现VC33与标准串口间的通信。图5便是所设计的硬件连接电路，和上面的两种方法一样，也是采用三线连接的电路。由于PC机起始位为低电平，VC33 帧同步位为高电平，为了使它们统一起来，MAX202的R1out信号经反相并通过电阻分压后连接到DSP的数据接收引脚DR和帧同步引脚FSR。采用分压电阻的原因是因为VC33引脚不能承受5V电平。加了反相器后，也会使数据相位和停止位都变反，但数据信号很容易用软件方法使它还原。

图5  VC33的串口与RS-232的连接电路

由于图5所示方法是利用VC33的串口来实现异步串行通信的，所以软件设计比图1和图3所示将DSP引脚作为能用I/O引脚的情况简单，具体地说，只要把串口的相应寄存器设置好，开启串口相应的中断就可以完成与PC机的通信了，这种方法在接收时采用了帧同步信号，所以误码率较低，是一种比较实用的方法。另外对该方法还需要说明两点：

（1）在DSP接收时，由于接收信号同时连接到接收引脚DR 和接收帧同步引脚FSR， 因此，PC发送1帧信号的起始位是被用作接收帧同步信号，其后才开始接收数据，而且引脚FSR在接收帧的最后一位时必须为低电平，以满足VC33 爆发方式串行通信的要求。PC机采用上述发送帧格式，其停止位反相后，正好满足FSR 的要求。

（2）在DSP发送时，VC33的字长只能是8、16、24或32位，且不需要起始位、结束位，而RS232的字长只能是8位，且需要起始位和结束位。由图5知，VC33的FSX采用内部同步，DX引脚上出现的是数据，要使它符合PC机接收的帧格式，需要设置为16位数据位，实际上是把最高位作为起始位，其后是8位数据位，1位停止位，6位空闲位，这样就可以符合PC帧格式为10位的通信要求，而空闲位的多少对通信数据没有影响。同时，也正是由于有空闲位，所以须采用固定速率的爆发方式。

4  结论

本文给出了利用VC33的通用I/O引脚、可配置为能用I/O的其它引脚（文中以串口引脚为例）、以及直接利用VC33的串口功能实现其与RS232通信的电路连接和软件设计方法，经过软、硬件设计和调试，达到了良好的效果，所采用的方法可作为其它型号的DSP与PC机之间实现通信的参考。

应该说明，除了本文所述方法外，也可采用CPLD(Complex Programmable

Logic Device)或FPGA(Field Programmable Gate Array)等可编程逻辑芯片接收VC33的并行或串行数据，进而实现与RS232的通信，也可以采用专用的异步通信器件来实现同步到异步协议的转化。显然这两种方法都需要添加器件，但通过合理的设计，均可达到DSP与PC机实现异步通信的目的。另外，利用异步通信器件还可以扩展异步串口，如应用TL16C554就可以实现四串口的扩展，进而满足工程设计的需要。

参考文献

[1]党瑞荣等编著, TMS320C3x DSP 原理与应用 [M]. 西安：陕西科学技术出版社，2006.2.

[2] TMS320VC33 Digital Signal Processor [s]. Texas Instrument. 1999.

[3] TMS320C3x User’s Guide [s].Texas Instrument. 1997.