毕业设计论文最终版(模块化多串口扩展技术研究)

南京理工大学

毕业设计说明书(论文)

作者: 张羊学号：0804620127

学院(系):电子工程与光电技术学院

专业: 真空电子技术

题目: 模块化多串口扩展技术研究

张俊举副教授

指导者：

(姓名) (专业技术职务)

评阅者：

(姓名) (专业技术职务)

2012 年 6月

本科毕业设计说明书（论文）第Ⅰ页共Ⅰ页

目录

1 绪论 (1)

1.1 串口通信及TMS320F2812的发展及应用简介 (1)

1.2 串口扩展方案的现状 (1)

1.3 本文的主要工作 (2)

2 串口扩展总体设计及硬件介绍 (3)

2.1 串口扩展原理 (3)

2.2 串口扩展硬件实物图 (4)

2.3 串口扩展硬件介绍 (5)

2.3.1 TMS320F2812简介 (5)

2.3.2 UART芯片TL16C754B简介 (7)

2.3.3 多协议收发器MAX3160简介 (10)

3 串口扩展硬件设计及软件编程 (12)

3.1 串口扩展硬件连接图 (12)

3.2 串口扩展软件编程 (14)

3.2.1 串口扩展软件原理图 (14)

3.2.2 TI CCS集成开发环境 (15)

3.2.3 串口扩展C程序代码 (15)

3.3 串口扩展调试结果 (21)

4 上位机串口调试设计 (24)

4.1 MSComm控件的创建 (24)

4.2 MSComm控件通讯处理方式及属性 (25)

4.2.1 MSComm控件通讯处理方式 (25)

4.2.2 MSComm控件属性 (25)

4.3 MSComm 控件串口编程 (26)

4.3.1 串口初始化 (26)

4.3.2 串口读写 (27)

4.4 上位机串口调试结果 (28)

5 结束语 (28)

5.1 本论文的工作总结 (30)

5.2 有待进一步进行的工作 (30)

致谢 (32)

参考文献 (33)

1 绪论

1.1 串口通信及TMS320F2812的发展及应用简介

通用异步串行接口(UART)简称串口，现已被广泛用于各种数据通讯系统；自从进入计算机时代，伴随着半导体技术的飞速发展，串口也得到多次大的改进(口线的减少)，性能得到很大的提高，但仍然具有强大的生命力，特别是在嵌入式设备中，一般都带有串口，因而使用串口通讯就显得合乎自然。异步串口通信具有线路简单、应用灵活、可靠性高等一系列优点, 长期以来获得了广泛的应用,在数字控制领域, 其优越性尤为明显。当前，以微处理器为核心构成的智能化测控系统及电子产品不断涌现，为了满足数字化及智能化要求，许多外围电路功能模块、部件、器件及传感器也具备了UART串口通信功能。而现阶段的微处理器芯片或者没有UART接口，或者只有1个UART接口，很少带有2个以上的，很难满足系统中多串口通信的需要。TMS320F2812是TI公司主推的一款用于数字控制处理领域的高性能数字信号处理器，最高工作频率可达150MHz，是目前用于该领域性能最好的32位定点DSP芯片之一，应用前景非常广阔。该芯片提供了两路2路异步串行通信接口SCIA和SCIB，这在很多应用场合远远不够。在这种情形下，多串口扩展就显得很有必要。

1.2 串口扩展方案的现状

就一般的微控制器(MCU)而言，扩展串口的方法有很多种，其主要分为三类：一是时分复用法，二是软件扩展方法，三是硬件扩展方法。

◇时分复用法

采用分时复用一个串口和多个设备通信的方法来扩展，通过串口收发器来接收多路串口信号，将多路串口信号映射到一个时分复用的TDM接口的多个时隙中，虚拟成多个接口。该方法成本低，但只适用于数据量不大的场合，且没有实现同时收发，只能一个方向传输数据，只能由主控CPU主动和多个设备通信，因而限制了应用范围。

◇软件扩展方法

软件扩展方法最常见的是通过I/O口来模拟串口以收发数据，此方法的优点是成本低，扩展方便，但同时也存在着通讯波特率低(最高不能超过4800bps)，可靠性差(尤其是对于实时性要求很高的情形下)等缺点。

◇硬件扩展方法

硬件扩展方法主要是通过增加一个器件来实现，具体实现方法有3种：其一是同步转异步，器件有MAX3100，FPGA，CPLD等；其二是串转串，就是一个主串口带4个从串口，如国腾微电子的GM8125(每个串口波特率必须是一致的)、视普科技的SP2538(各个串口可以设置为不同的波特率，其串口均为简单的3 线接口)等；其三是并转串，就是把并行数据转换成串行数据，器件有TI公司的TL16C550、TL16C554、TL16C654、TL16C754B等。

1.3 本文的主要工作

多串口扩展的设计方案很多，在确立具体设计方案前，应该充分考虑具体项目实施工程中的各种因素。包括使用环境、外设特点、成本、性能、冗余性、可靠性等等。由于传统的异步串口扩展方法很难满足高实时性、高波特率的要求，这种情况下，使用高性能UART芯片进行扩展是一种上佳方案。本文结合某在研项目中的成功使用，对基于高性能UART芯片TL16C754B的TMS320F2812 串口扩展方法进行了详细说明。本人所做的工作主要有：①学习DSP微处理器芯片TMS320F2812的各个功能模块，主要是针对异步通信接口SCI模块深入学习其发送和接收数据的相关原理，熟悉其SCI模块的寄存器及其各位的功能。②学习串口通信的相关原理，了解RS232、RS485和RS422的收发协议，重点熟悉的是RS232通信模式及DB9接口的各个管脚功能。③查阅德州仪器公司UART芯片TL16C754B的芯片资料，熟悉其功能特点和各个管脚的功能以及TL16C754B的11个相关寄存器及其各位的功能。④查阅MAXIM公司可编程多协议收发器MAX3160的芯片资料，熟悉其各个引脚功能以及RS232、RS485和RS422三种工作模式下的接法。⑤查阅各种相关参考文献，了解各种串口扩展的方法，设计基于TL16C754B和MAX3160芯片的串口扩展硬件连接。

⑥学习TI CCS集成开发环境，了解CCS软件的各个功能界面，在熟悉F2812的相关功能模块和相关寄存器以及TL16C754B的相关寄存器的基础上，用C语言编写串口扩展的驱动程序（主要包括F2812初始化配置、SCI模块初始化配置、TL16C754B 的配置以及串口扩展的发送与接收的程序）。⑦在已经设计好的硬件开发板上，利用两台计算机互连通信，在CCS里运行程序，并利用串口调试助手验证发送的数据和接收的数据是否相一致，在示波器上测量相关引脚的波形，最后对扩展的效果给予一定的评价。⑧在Visual C++6.0中插件MSComm的基础上，上位机串口发送数据并基于转台控制系统给出调试结果。