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摘 要：目前，TI公司多数DSP芯片都没有UART口，本文在分析相关芯片基础上，提出两种不同的高速通用异步串口设计方案，讨论了其软、硬件实现方法。方案简单可行，有较高的工程利用价值。
关键词：DSP；通用异步串口；SPI；McBSP
前言
实现DSP异步串行通信的实现方法主要分为两类：一是利用DSP自身提供的外设，多通过软件实现异步数据传输格式。这种方法的硬件简单但增加了CPU的负担，所以适合对产品体积要求较高的场合；二是在并行总线上扩展异步串行通信芯片。它的优点是软件实现简单，传输能力强，实时性和可靠性比较高，缺点是总线上还需要扩展其他设备，增加系统的复杂度，所以适合通信数据量大，对系统体积要求不高的场合。
1 McBSP工作于SPI模式
1.1 SPI 接口协议
串行外围设备接口（SPI）是MOTORLA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。
1.2 多通道缓冲串行接口McBSP
TMS320系列许多芯片都具有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。
每个McBSP接口有7个引脚，除数据收发引脚（DX、DR）外，还包括发送时钟（CLKX）、接收时钟（CLKR）、发送帧同步（FSX）、接收帧同步（FSR）和外部输入时钟（CLKS）等引脚，分别用于传输数据、时钟和帧同步信号，实现同步串行通信。
1.3 设计实现
利用DSP的McBSP同步串行接口，在扩展适当硬件的情况下，将同步數据变换为UART异步数据格式进行传输，这样可以充分利用DSP的片上资源，使硬件系统尽量简单化。DSP的McBSP串行接口工作于SPI模式时可直接与MAX3140进行连接，从而实现与RS-422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1所示。
DSP的发送时钟信号（BCLKX）作为MAX3140的串行时钟输入，发送帧同步脉冲信号（BFSX）作为MAX3140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。MAX3140的TX与DI连接，RX与DO连接， 以便利用其片内的转换器实现UART到RS-422电平的转换。MAX3140的中断信号（IRQ）与DSP的外部中断相连。
图1 DSP作SPI接口电路图
2 并行总线扩展UART
设计采用TI公司的异步通信器件XR16C550DIV实现TMS320串口通信。
2.1 TL16C550简介
TL16C550是TI公司的异步通信器件，时钟频率高达16MHz，通信时波特率最高可达1M，可编程设定波特率发生器，具有标准的异步通信位，可选择不同串行数据位，可设置奇偶校验或无校验模式以及停止位长度，独立控制发送、接收、线状态以及中断设置。
TL16C550内部共有11个寄存器。这些寄存器分别用于设置通信参数、访问线路及MODEN的状态、发送和接收数据以及中断管理等。这些寄存器的访问是通过3个地址线控制，LCR控制寄存器D7位DLA参与辅助定义。当DLAB=0时，RBR/THR和IER才能正常工作；而DLAB=1时，则控制DIL和DLM写入。
DSP通过地址线对TL16C550进行控制，数据直接通过数据线传输。DSP与TL16C550之间的数据传输简单，RBR/THR分别是接收和发送缓冲寄存器，它们之间的数据传输是通过DSP读写缓冲寄存器实现的。
2.2 TMS320VC异步串行通信设计实现
TMS320VC串行通信的硬件电路如图2所示。图中，TL16C550的CS0和CS1都接高电平，CS2接C5402的外部I/O空间，选择线IS。
TLC16C550的数据线D0-D7直接与DSP的D0-D7数据线相连，TL16C550的片内寄存器选择线接DSP的A0-A2。
由于RS-422电路差分电平与CMOS电平不同，因此，RS-422驱动器与CMOS电平连接时必须经过电平转换。这里，我们采用MAX490完成这一功能。
图2 TMS320VC异步串行通信硬件接口电路
结束语
针对现有的多数数字信号处理器（DSP）芯片不提供异步串行收发接口。本文提出了：
将DSP的多通道缓冲串行接口（McBSP）配置在SPI模式并配合MAX3140实现异步串行通信；在并行总线上扩展TL16C550芯片来实现异步串行通信两种方法。并详细介绍了两种方法设计实现。由这两种方案设计的UART在某工业控制计算机中已经使用。在不同的波特率下其数据传输正确，可靠，各元件工作正常。实践证明，这两种方案简单可靠，有较高的工程利用价值。
关键词：DSP；通用异步串口；SPI；McBSP
前言
实现DSP异步串行通信的实现方法主要分为两类：一是利用DSP自身提供的外设，多通过软件实现异步数据传输格式。这种方法的硬件简单但增加了CPU的负担，所以适合对产品体积要求较高的场合；二是在并行总线上扩展异步串行通信芯片。它的优点是软件实现简单，传输能力强，实时性和可靠性比较高，缺点是总线上还需要扩展其他设备，增加系统的复杂度，所以适合通信数据量大，对系统体积要求不高的场合。
1 McBSP工作于SPI模式
1.1 SPI 接口协议
串行外围设备接口（SPI）是MOTORLA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。
1.2 多通道缓冲串行接口McBSP
TMS320系列许多芯片都具有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。
每个McBSP接口有7个引脚，除数据收发引脚（DX、DR）外，还包括发送时钟（CLKX）、接收时钟（CLKR）、发送帧同步（FSX）、接收帧同步（FSR）和外部输入时钟（CLKS）等引脚，分别用于传输数据、时钟和帧同步信号，实现同步串行通信。
1.3 设计实现
利用DSP的McBSP同步串行接口，在扩展适当硬件的情况下，将同步數据变换为UART异步数据格式进行传输，这样可以充分利用DSP的片上资源，使硬件系统尽量简单化。DSP的McBSP串行接口工作于SPI模式时可直接与MAX3140进行连接，从而实现与RS-422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1所示。
DSP的发送时钟信号（BCLKX）作为MAX3140的串行时钟输入，发送帧同步脉冲信号（BFSX）作为MAX3140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。MAX3140的TX与DI连接，RX与DO连接， 以便利用其片内的转换器实现UART到RS-422电平的转换。MAX3140的中断信号（IRQ）与DSP的外部中断相连。
图1 DSP作SPI接口电路图
2 并行总线扩展UART
设计采用TI公司的异步通信器件XR16C550DIV实现TMS320串口通信。
2.1 TL16C550简介
TL16C550是TI公司的异步通信器件，时钟频率高达16MHz，通信时波特率最高可达1M，可编程设定波特率发生器，具有标准的异步通信位，可选择不同串行数据位，可设置奇偶校验或无校验模式以及停止位长度，独立控制发送、接收、线状态以及中断设置。
TL16C550内部共有11个寄存器。这些寄存器分别用于设置通信参数、访问线路及MODEN的状态、发送和接收数据以及中断管理等。这些寄存器的访问是通过3个地址线控制，LCR控制寄存器D7位DLA参与辅助定义。当DLAB=0时，RBR/THR和IER才能正常工作；而DLAB=1时，则控制DIL和DLM写入。
DSP通过地址线对TL16C550进行控制，数据直接通过数据线传输。DSP与TL16C550之间的数据传输简单，RBR/THR分别是接收和发送缓冲寄存器，它们之间的数据传输是通过DSP读写缓冲寄存器实现的。
2.2 TMS320VC异步串行通信设计实现
TMS320VC串行通信的硬件电路如图2所示。图中，TL16C550的CS0和CS1都接高电平，CS2接C5402的外部I/O空间，选择线IS。
TLC16C550的数据线D0-D7直接与DSP的D0-D7数据线相连，TL16C550的片内寄存器选择线接DSP的A0-A2。
由于RS-422电路差分电平与CMOS电平不同，因此，RS-422驱动器与CMOS电平连接时必须经过电平转换。这里，我们采用MAX490完成这一功能。
图2 TMS320VC异步串行通信硬件接口电路
结束语
针对现有的多数数字信号处理器（DSP）芯片不提供异步串行收发接口。本文提出了：
将DSP的多通道缓冲串行接口（McBSP）配置在SPI模式并配合MAX3140实现异步串行通信；在并行总线上扩展TL16C550芯片来实现异步串行通信两种方法。并详细介绍了两种方法设计实现。由这两种方案设计的UART在某工业控制计算机中已经使用。在不同的波特率下其数据传输正确，可靠，各元件工作正常。实践证明，这两种方案简单可靠，有较高的工程利用价值。