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ＤＳＰ在电子工业领域得到了越来越广泛的应用。在ＤＳＰ应用系统设计中，必不可少的是各种通信接口的设计。与并行接口相比，串行接口的最大特点是减少了器件引脚数目，降低了接口设计复杂性。串行数据传输可分为同步和异步两种模式。通用ＰＣ机的ＲＳ－２３２接口为通用异步接口ＵＡＲＴＵｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ，而ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司的串行外围设备接口ＳＰＩ、队列ＳＰＩ(ＱＳＰＩ)、ＰＨＩＬＩＰＳ公司的内部ＩＣ总线(Ｉ２Ｃ)，Ｎａｔｉｏｎａｌ公司的微总线(ＭＩＣＲＯＷＩＲＥ)均为同步串行协议。 目前几乎所有的数字信号处理器都提供了一个或多个串行接口，然而，多数ＤＳＰ芯片提供的是同步串口。在实际的应用中，也需要ＤＳＰ能够与外设进行异步串行通信，如与ＰＣ机进行串行数据传输就要求ＤＳＰ系统具有ＵＡＲＴ串行接口。针对这种情况，本文研究并实现了一种简单、可*的异步串口扩展方法。 １ 扩展方案 综合分析ＤＳＰ应用系统中扩展异步串行接口的方案，其基本方法和优缺点如下： (１)在ＤＳＰ的并行总线上扩展ＵＡＲＴ芯片(如ＴＩ公司的ＴＬ１６Ｃ５５２)，用硬件实现异步数据传输。优点是软件实现简单，缺点是在总线上还需扩展其它设备，这样做使目标系统复杂化，增大系统体
积。 (２)利用ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ和ＤＭＡ，在不扩展其它硬件的情况下，用软件实现异步数据传输格式。这种方法的优点在于硬件简单，但软件复杂，加大了ＣＰＵ的负担，所以不适合通信数据量大的场合。 (３)利用ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ同步串行接口，在扩展适当硬件的情况下，将同步数据变换为ＵＡＲＴ异步数据格式进行传输。这样，就充分利用了ＤＳＰ的片上资源，使硬件系统尽量简单化。
综合考虑硬件连接和软件编程的方便性，本文采用第三种方案，应用美国ＭＡＸＩＭ 公司的ＭＡＸ３１１１串行异步收发器，与ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ口直接连接。硬件上无需任何其它外围器件，同时由于异步数据的发送和接收由ＭＡＸ３１１１以硬件方式实现，所以软件编程需要考虑的也只是ＤＳＰ与ＭＡＸ３１１１之间的同步数据通信。这样，用最简单的硬件连接和软件编程就能实现同步到异步的串行数据格式转换。 ２ ＳＰＩ接口协议及ＤＳＰ的多通道缓冲串行接口 ２．１ ＳＰＩ接口协议 串行外围设备接口(ＳＰＩ)是ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司提出的一个同步串行外设接口允许ＣＰＵ与各种外围接口器件以串行方式进行通信、交换信息。它使用４条线：串行时钟线ＳＣＫ、主机输入／从机输出线(ＭＩＳＯ)、主机输出／从机输入线(ＭＯＳＩ)、低电平有效的使能信号线(ＣＳ)。这样仅需３～４根数据线和控制线即可扩展具有ＳＰＩ接口的各种Ｉ／Ｏ器件。其典型的接口示意图如图１所示。
 ２．２ ＭｃＢＳＰ的功能与特点 ＴＭＳ３２０Ｃ５４ＸＸ系列ＤＳＰ芯片都具有２～３个高速、全双工、多通道缓冲串行接口(ＭｃＢＳＰ)其方便的数据流控制可使其与大多数同步串行外围设备接口。ＭｃＢＳＰ是在标准串行接口的基础上对功能进行扩展的，除具有标准串口的功能特点外，其灵活性体现在如下几个方面： (１)双缓冲区发送，三缓冲区接收，允许连续数据流传输；
(２)可与ＳＰＩ、ＩＯＭ－２、ＡＣ９７等兼容设备直接接口；
(３)可编程帧同步、数据时钟极性，支持外部移位时钟或内部频率可编程移位时钟；
(４)拥有相互独立的数据发送和接收帧同步脉冲和时钟信号；
(５)多通道发送和接收，最多可达１２８个通道，速度可为１００Ｍｂｉｔ／ｓ。 ２．３ ＭｃＢＳＰ的ＳＰＩ方式 ＴＭＳ３２０Ｃ５４ＸＸ系列ＤＳＰ芯片的ＭｃＢＳＰ串口工作于时钟停止模式时与ＳＰＩ协议兼容。当将ＭｃＢＳＰ配置为时钟停止模式时，发送器和接收器在内部得到同步，这时ＭｃＢＳＰ可作为ＳＰＩ的主设备或从设备。发送时钟信号(ＢＣＬＫＸ)对应于ＳＰＩ协议中的串行时钟信号(ＳＣＫ)，发送帧同步信号对应于从设备使能信号(ＣＳ)。在这种方式下对接收时钟信号(ＢＣＬＫＲ)和接收帧同步信号(ＢＦＳＲ)将不进行连接，因为它们在内部与ＢＣＬＫＸ和ＢＦＳＸ相连接。ＭｃＢＳＰ工作于ＳＰＩ模式的主机时，与其它ＳＰＩ器件接口如图２所示。 
３ ＭＡＸ３１１１通用异步收发器 ３．１ ＭＡＸ３１１１功能特点 ＭＡＸ３１１１通用异步收发器是ＭＡＸＩＭ公司专门为小型微处理系统进行最优化设计的ＵＡＲＴ它包括一个振荡器和一个可编程波特率发生器；具有一个可屏蔽的中断源；另具有一个８字节的接收ＦＩＦＯ(先入先出)缓冲器。它应用ＳＰＩ／ＭＩＣＲＯＷＩＲＥ接口技术直接与主控制器进行通信，线路简单、体积小，通信速率可达２３０ｋｂｉｔ／ｓ。另外其内部除具有ＵＡＲＴ之外，还包括两个ＲＳ－２３２电平转换器，这样无需再接入普通的ＭＡＸ２３２进行电平转换，即可应用一个芯片实现微控器(具有ＳＰＩ／ＭＩＣＲＯＷＩＲＥ接口)与ＰＣ机或其它设备之间的异步数据传输。 ３．２ 对ＭＡＸ３１１１的操作 ＭＡＸ３１１１通过ＳＰＩ接口与主设备进行１６位数据的全双工同步通信，即主设备传送１６位数据给ＭＡＸ３１１１的同时，也可接收到ＭＡＸ３１１１发送的１６位数据。主设备在ＭＯＳＩ线上向ＭＡＸ３１１１发送的１６位串行数据序列中包括传输格式控制字，如波特率设置、中断屏蔽、奇偶校验位等，同时还有发送的数据字。ＭＡＸ３１１１在ＭＩＳＯ线上向主设备发送的１６位数据序列中除了接收到的数据外，还包括中断标志等状态位。所以通过１６位的实时数据传输，主设备可获得ＭＡＸ３１１１工作状态信息，同时对其具有完全控制权利。这样，两个设备的控制、状态、数据信息的实时通信就保证了数据传输的可*性和稳定性。 ４ ＤＳＰ与ＭＡＸ３１１１的接口设计 ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ串行接口工作于ＳＰＩ模式时可直接与ＭＡＸ３１１１进行连接，从而实现与ＲＳ－２３２设备进行异步数据传输。此时ＤＳＰ作为ＳＰＩ协议中的主设备，其接口电路如图３所示。 
ＤＳＰ的发送时钟信号(ＢＣＬＫＸ)作为ＭＡＸ３１１１的串行时钟输入，发送帧同步脉冲信号(ＢＦＳＸ)作为ＭＡＸ３１１１的片选信号(ＣＳ)。ＢＤＸ与ＤＩＮ连接作为发送数据线，ＢＤＲ与ＤＯＵＴ连接作为接收数据线。ＭＡＸ３１１１的ＴＸ与Ｔ１ＩＮ连接，ＲＸ与Ｒ１ＯＵＴ连接，以便利用其片内的转换器实现ＵＡＲＴ到ＲＳ－２３２电平的转换。ＭＡＸ３１１１的中断信号(ＩＲＱ)与ＤＳＰ的外部中断相连。 在ＳＰＩ串行协议中，主设备提供时钟信号并控制数据传输过程。由ＭＡＸ３１１１接口电路时序图(图４)可知，必须设置ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ于适当的方式才能保证与ＭＡＸ３１１１的时序相配合。 ＭＡＸ３１１１要求在数据传输过程中ＣＳ信号必须为低电平，在传输完毕后必须为高电平。此信号由ＭｃＢＳＰ的ＢＦＳＸ引脚提供，因此必须正确设置ＤＳＰ的帧脉冲发生器，使之在每个数据包传输期间产生帧同步脉冲，即在数据包传输的第一位变为有效状态，然后保持此状态直到数据包传输结束。 ＭｃＢＳＰ的采样率发生器产生适当频率的时钟信号，由ＢＣＬＫＸ引脚输出，保证主从设备间的同步数据传输。因此必须正确设置ＤＳＰ的采样率发生器时钟源ＣＬＫＳＭ和时钟降频因子ＣＬＫＧＤＶ。根据ＳＰＩ传输协议，必须正确设置数据发送延迟时间(ＸＤＡＴＤＬＹ)。由图４可知ＭＡＸ３１１１要求在ＳＣＬＫ变高之前的半个周期开始传输数据。 
所以必须为ＭｃＢＳＰ选择合适的时钟方案，即设置ＭｃＢＳＰ的时钟停止模式。在本应用中采用ＭｃＢＳＰ的时钟停止模式２ＣＬＫＳＴＰ＝１１ｂ，ＣＬＫＸＰ＝０这样即可保证与ＭＡＸ３１１１的时序相配合。 ５ ＤＳＰ的异步通信软件的设计 考虑到应用系统软件的可移植性和可读性，数据传输软件采用Ｃ语言进行编写，这样，可以利用ＤＳＰ开发软件ＣＣＳ２．０所提供的ＤＳＰ／ＢＩＯＳ中的芯片支持库函数(ＣＳＬ)。ＣＳＬ提供Ｃ语言可调用的ＤＳＰ外围接口库函数，其中包括ＤＭＡ模块、ＭｃＢＳＰ模块、ＴＩＭＥＲ模块等。应用这些库函数可大大提高程序可读性，缩短软件开发周期。在本文所提到的应用中，主要调用ＭＣＢＳＰ模块。数据传输软件主要包括以下几部分。 (１)ＭｃＢＳＰ串口初始化 如上所述，在本应用中应将ＴＭＳ３２０Ｃ
５４ＸＸ ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ串行口配置为ＳＰＩ模式，以ＤＳＰ作为主设备。表１给出了应设置的寄存器或寄存器位的值，未涉及的寄存器保持其默认值即可。
根据表１，调用ＣＳＬ的ＭｃＢＳＰ配置库函数即可完成ＭｃＢＳＰ的初始化： ＭｃＢＳＰ＿Ｈａｎｄｌｅ ｈｐｏｒｔ０ ／声明指向
ＭｃＢＳＰ的句柄／
ＭｃＢＳＰ＿Ｃｏｎｆｉｇ ＰｏｒｔＣｏｎｆｉｇ＝ ／定义寄存
器设置结构／
０ｘ１８００ ／设置串口控制寄存器１
的值／
０ｘ００００ ／设置串口控制寄存器２
的值／
０ｘ００４０ ／设置接收控制寄存器的
值／
．．．
ｈｐｏｒｔ０ ＝ ＭＣＢＳＰ＿ｏｐｅｎ０ ＭＣＢＳＰ＿ＯＰＥＮ＿ＲＥＳＥＴ
／打开第一个ＭｃＢＳＰ串口 ／
ＭＣＢＳＰ＿ｃｏｎｆｉｇ ｈｐｏｒｔ０ ＆ＰｏｒｔＣｏｎｆｉｇ
／按结构设置ＭｃＢＳＰ的各寄存器／ (２) ＭＡＸ３１１１工作模式及波特率设置 在进行通信之前，ＤＳＰ必须首先根据命令序列格式向ＭＡＸ３１１１写入配置命令字，之后才能进行正确的数据传输，如８位数据位、一位停止位、无奇偶校验位、波特率为１１５２００、使能接收和发送中断的异步数据传输。ＤＳＰ对ＭＡＸ３１１１进行配置的简要过程为：
．．．
ＭｃＢＳＰ＿ｓｔａｒｔｈｐｏｒｔ０ ／ＭｃＢＳＰ开始数据传输／
ＭｃＢＳＰ＿ＳＲＧＲ＿ＳＴＡＲＴ｜ＭＣＢＳＰ＿ＳＲＧＲ＿ＦＲＡＭＥＳＹＮＣ
｜ＭｃＢＳＰ＿ＲＣＶ＿ＳＴＡＲＴ｜ＭＣＢＳＰ＿ＸＭＩＴ＿ＳＴＡＲＴ ０ｘ２００
ｗｈｉｌｅＭｃＢＳＰ＿ｘｒｄｙｈｐｏｒｔ０ ／等待发送寄存器为空／
ＭｃＢＳＰ＿ｗｒｉｔｅ１６ｈｐｏｒｔ００ｘ６Ｅ０Ｂ ／向ＭＡ３１１１写入配
置命令字／
．．． (３)中断服务程序 在进行中断方式数据传输时，需要注意的是：虽然ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ有自身的发送和接收中断，但由于ＭｃＢＳＰ与ＭＡＸ３１１１之间的同步串行数据传输速率高于ＭＡＸ３１１１将数据以一定波特率(最高２３０ｋｂｐｓ)异步发送的速率，因此如果应用ＭｃＢＳＰ的发送中断，将造成发送数据的丢失。同时，在ＳＰＩ协议中，数据的传输是由ＳＰＩ主设备发起的，所以在ＳＰＩ方式下的ＭｃＢＳＰ并不能产生接收中断。因此，本方案应用的关键之一是将ＭＡＸ３１１１的ＩＲＱ中断信号连接至ＤＳＰ的一外部中断，以实现中断方式下可*、正确的数据传输。 针对现有的多数数字信号处理器(ＤＳＰ)芯片上不提供异步串行收发器(ＵＡＲＴ)接口，而只有同步串行接口的情况。本文通过简单的硬件电路将同步接口转换为异步串行接口，充分利用了ＤＳＰ的在片硬件资源，很好地解决了ＤＳＰ的异步串口扩展问题。此方法在工程实践中已经得到应用。实践证明，在各种波特率下(最高可为２３０．４ｋｂｐｓ)，其查询和中断方式数据传输正确、可*，各元件工作正常，并且在此硬件连接的基础上，利用ＤＳＰ的ＤＭＡ功能进行串行数据接收及发送收到了良好效果，进一步提升了应用系统的性能。
 参考文献 １ ＴＭＳ３２０Ｃ５４ ＤＳＰ ＣＰＵ Ａｎｄ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｅｔ．
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Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｖｏｌ４ Ｏｃｔｏｂｅｒ２００１ ３ ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ Ｃｈｉｐ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｌｉｂｒａｒｙ ＡＰＩ Ｕｓｅｒ’ｓ Ｇｕｉｄｅ
Ｏｃｔｏｂｅｒ２００１ ４ ＭＡＸＩＭ ２００１ Ｎｅｗ Ｒｅｌｅａｓｅｓ Ｄａｔａ Ｂｏｏｋ Ｖｏｌｕｍｅ Ⅶ．ＭＡＸＩＭ
２００１ ５ 胡又农，赵锦红．具有ＩｒＤＡ模式的ＵＡＲＴ芯片ＭＡＸ３１００
及其应用． 国外电子元器件，１９９９；８(３) ６ 王鲁南．ＭＡＸ３１００在串行红外数据与ＲＳ２３２转换器中的
应用．电子工程师，２０００(２) ７ 戴明祯，周建江．ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ ＤＳＰ 结构、原理及应用． |
