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基于DSP的圖文輸入系統

黎澤清，王明泉，李博，厚琳

摘要： 介紹了一種基于DSP+UART實現串行通信的方法，并運用在圖文輸入系統中。實驗表明，該方法能夠可靠地實現TMS320C6713與圖文輸入系統之間的通信。

關鍵詞： DSP UART C6713 TI

Abstract：

Key words :

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　　摘要： 介紹了一種基于DSP+UART實現串行通信的方法，并運用在圖文輸入系統中。實驗表明，該方法能夠可靠地實現TMS320C6713與圖文輸入系統之間的通信。
　　關鍵詞： 數字信號處理器；異步串行通信；TL16C752B

　　異步串口由于采用RS-232電平,傳輸距離長、連線簡單，因而得到了廣泛應用。圖文聲并現的多媒體電話機的輸入部分是圖文輸入系統，該系統使用TI公司的TMS320C6713 DSP, DSP中有同步高速串口，但沒有異步串口，無法與低速設備進行通信。因此如果DSP能通過RS-232/485串口與其他外部設備進行通信，將會為圖文輸入系統提供極大的方便。圖文輸入系統采用手寫板作為輸入設備，方便人們在電話交流中的使用。手寫板通過電磁感應產生電信號，并通過RS-232接口輸出。但是，TI公司生產的TMS320C6000系列的數字信號處理器不具有異步串口，故實現異步通信功能的設計方法一般有2種：一種基于軟件編程來實現，通過編程將DSP的多通道緩沖串行接口（McBSP）改為異步通信串口；另一種基于硬件來實現。采用硬件方法來實現不占用多通道緩沖串行接口，而且可以根據外部設備的需要靈活地設置波特率。因此，本文采用TI公司的專用異步串行芯片TL16C752B來實現串行通信。
1 TMS320C6713 DSP和手寫板簡介
　　TMS320C6713是高性能的32位浮點DSP，適用于專業音頻信號處理，其主頻高達300 MHz,處理速度高達2400 MIPS/1800 MFLOPS。采用改進哈佛結構、片上共有264 K×8位存儲器，其中4 K×8位一級程序緩存、4 K×8位一級級數據緩存、256 K×8位二級緩存，并且具有豐富的片上外設資源，其中就包括2個同步串口McBSP。此外，TMS320C6713還有32位的EMIP總線、有4個空間，每個空間均可與SDRAM、SBSRAM和異步外設實現無縫接口[1]。本文將異步外設TL16C752B映射在EMIP的CE1空間，所以DSP在訪問TL16C752B上的寄存器時只需要將基地址加上偏移量就可以了。
　　手寫板可分為2大類：手觸式與電磁感應式。手觸板是利用筆觸及到基板時，基板上的電容及電阻發生作用的變化來起作用。因此，所謂“筆”，可以是任何會改變電阻或電容的任何物件，例如手指或塑料棒。由于筆必須接觸到基板才能起作用，因此，當筆提起后，將不會產生作用，用起來比較不自然。制造時，由于電阻值與電容值很難做到均勻與精確，所以手觸板有一些先天上的限制。電磁感應筆的工作原理：電磁感應筆會放出電磁波，由基板感應到后，計算出筆的位置，由于電磁波能隔空傳導，所以筆即使不接觸到基板，基板也能感應到。本系統選用電磁感應式手寫板，采用接口為RS-232。
2 TL16C752B的組成及結構特點
TL16C752B采用8位異步并行存儲器接口（D7～D0）,可與TMS320C6713的外部存儲器接口(EMIF)直接相連，具有2個異步串行轉換通道（UART-A和UART-B），當使用48 MHz的輸入時鐘時，波特率最高可以達到3 Mb/s。每個通道包含18個寄存器，通過地址線A2～A0對寄存器進行尋址，并且分別具有64 B的發送FIFO和64 B的接收FIFO。UART-A和UART-B分別由片選信號/CSA和/CSB選通。TL16C752B還提供2個中斷請求信號INTA和INTB，分別用于通道A和B申請C6713的中斷。其功能模塊圖如圖1所示。

　　TL16C752B的各個寄存器的映射地址[2]如表1所示，其中黑體部分的寄存器為二次尋址的寄存器。

　　TL16C752B有2種工作流控制模式: 硬件流控制和軟件流控制。使用前者通過請求發送引腳RTS和允許發送引腳CTS的硬件連接可自動控制串行數據流,從而提高系統的有效性；后者則通過使用可編程的Xon/ Xoff 字符來自動控制數據傳輸。本文采用硬件流控制的方式進行電路連接。
3 硬件接口電路
　　C6713也采用雙電源供電方式，即內核是1.8 V，接口是3.3 V，因此TL16C752B可以直接與DSP相連，簡化了電路。但由于手寫板采用RS-232電平，在RS-232C標準中的電壓相對地是對稱的，邏輯“0”的電平為+3 V～+15 V；邏輯“1”的電平為-3 V～-15 V。實際應用中通常由±12 V電源供電，所以與TTL、CMOS接口需電平轉換。本系統采用MAX3160來完成電平轉換的工作。
　　TL16C752B的數據線D7~D0直接與TMS320C6713的ED7～ED0數據線相連，實現數據的傳輸。TL16C752B的片內寄存器選擇線A2～A0與TMS320C713的地址線EA4～EA2相連。當TL16C752B的片選信號/CSA、/CSB為有效電平時，分別選中A、B通道。通道A映射為DSP的地址空間為0x80000000到0x80000007, 通道B映射為DSP的地址空間為0xC0000000到0xC0000007。DSP 采用中斷方式接收從手寫板輸入的數據，通道A、B分別占用DSP的外部中斷6和外部中斷7，如圖2所示。

4 DSP軟件編程
　　在對TLC752B訪問之前要對其進行初始化，TL16C752B的初始化程序主要包括以下幾部分：
　　(1)波特率的設定。TL16C752B包含一個可編程的波特率寄存器分為高位寄存器(DLH)和低位寄存器(DLL)，用來存儲分頻系數的高8位和低8位，它可以在輸入時鐘的基礎上進行分頻（最大分頻系數為216-1），分頻系數的計算公式如下：
　　分頻系數=輸入時鐘頻率/(比例系數×16×期望得到的波特率)
　　注：當MCR寄存器中的bit7為0時，比例系數為1；當MCR寄存器中的bit7為1時，若比例系數為4。
　　因此，在輸入時鐘頻率為30.72 MHz時，若想要獲得9.6 kb/s的波特率就需要分別向DLH和DLL寫入0x00和0xC8。
　　(2)增強功能的使能及設置EFR 的相關位。
　　(3)對接收FIFO和發送FIFO 的設定, 通過設置MCR、TCR和TLR這3個寄存器來實現。
　　(4) 傳輸數據格式設定, 包括數據位長度（5位、6位、7位或8位）、停止位長度（1位、1.5位或2位）、DMA 傳輸模式1或0、奇偶校驗、是否使用強制校驗模式、暫停控制位等。本文設定數據長度為8位，1個停止位，無奇偶校驗位，DMA0模式。
　　(5)設置FIFO 控制以及中斷控制寄存器。
　　TL16C752B 初始化程序如下，程序采用C語言編寫，具有可移植性：
　　#define baudrate_9k6 0x00c8
　　#define UartWordLen 0x0003 　//數據長度為8
　　#define UartStopBits 0x0000 　//1個停止位
　　#define UartParity 0    　　　//奇偶校驗位
　　#define RHR 0x0000<<1
　　#define IER 0x0001<<1
　　#define FCR 0x0002<<1
　　#define LCR 0x0003<<1
　　#define MCR 0x0004<<1
　　#define LSR 0x0005<<1
　　#define MSR 0x0006<<1
　　#define DLL 0x0000<<1
　　#define DLH 0x0001<<1
　　#define EFR 0x0002<<1
　　Uint8 baudratel,baudrateh,uartdata;
　　UARTA_Handle = UART_open(UART_ A);    //打開UART A通道
    　　　　　　　　　　　　　　　　   　　/* 設置波特率. */
　　UART_rset(UARTA_Handle, LCR,0x80);
　　BaudRate = baudrate_9k6;   //將波特率設置為9.6 kb/s
　　baudratel = (UartBaud & 0x00ff);
　　UART_rset(UARTA_Handle, DLL,baudratel); /*將波特率的低8位字節賦給DLL寄存器*/
　　baudrateh = (UartBaud & 0xff00) >> 8;
　　UART_rset(UARTA_Handle, DLH,baudrateh); /*將波特率的高8位字節賦給DLH寄存器*/
　　UART_rset(UARTA_Handle, LCR,0x00);
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　/* Set word length. */
　　uartdata = UartWordLen + UartStopBits + UartParity;
　　UART_rset(UARTA_Handle, LCR,uartdata); //設置傳輸格式
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　/* Set FIFO 寄存器. */
　　UART_rset(UARTA_Handle, FCR,0x02); 　　//復位FCR寄存器
　　UART_rset(UARTA_Handle, FCR,0x07); 　　//設置FCR寄存器
　　UART_rset(UARTA_Handle, MCR,0x08); 　　//使能UART中斷
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　/*設置接收保持寄存器中斷RHR. */
　　UART_rset(channel, IER, 0x01); 　　　　//設置FIFO 接收中斷
　　UART_rset(channel, MCR,0x49);
　　通過擴展串口完成TMS320C6713與圖文輸入系統串行通信硬件接口比較簡單、數據傳送距離遠、使用經濟。該電路及其軟件經與圖文輸入系統的通信實驗證明, 在波特率為9 600 kb/s時, 能夠可靠地實現兩者之間的通信。
參考文獻
[1] Texas Instruments. TMS320C6713, TMS320C6713B Floating-point digital signal processors.2004.
[2] Texas Instruments. TL16C752B 3. 3 - V Dual UART with 64 B FIFO.2000.

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