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用TL16C752B實現(xiàn)DSP和PC機的串行通信
通信技術(shù)，又稱通信工程（也作信息工程、電信工程，舊稱遠距離通信工程、弱電工程）是電子工程的重要分支，同時也是其中一個基礎(chǔ)學(xué)科。以下是小編收集整理的用TL16C752B實現(xiàn)DSP和PC機的串行通信，供大家參考借鑒，希望可以幫助到有需要的朋友。
用TL16C752B實現(xiàn)DSP和PC機的串行通信 1
摘 要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，同時也伴隨著綠色能源的產(chǎn)生，電力電子技術(shù)在我國蒸蒸日上，不斷拓展�；贒SP的整流器技術(shù)已經(jīng)成為電力電子技術(shù)研究的熱點話題。整流器技術(shù)憑借其自身強大的特點，可以實現(xiàn)電網(wǎng)無污染以及電能的雙向傳輸，它成為現(xiàn)代人最理想的用電設(shè)備。當(dāng)今，經(jīng)過技術(shù)變換處理后再供用戶使用的電能在全國供電總量的比值，直線上升，并且這也代表了我國技術(shù)水平的突飛猛進。本論文主要介紹了DSP、整流器的工作原理，以及PWM整流器的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)研究方向和控制領(lǐng)域設(shè)計，最后表明整流器的應(yīng)用領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：DSP 整流器 發(fā)展現(xiàn)狀 研究方向 控制領(lǐng)域設(shè)計
在現(xiàn)代工業(yè)、交通、經(jīng)濟、政治、國防飛速發(fā)展的今天，我們生活的各個領(lǐng)域都需要大量的各種類型的交流裝置，這些具有高技術(shù)的交流裝置將一種特定頻率或幅值的電能運用其自身的技術(shù)完美的轉(zhuǎn)化成另一種頻率、幅值的電能，從而使我們的用電設(shè)備達到我們理想的狀態(tài);同時，滿足我們用電負載的各種需求，達到我國的經(jīng)濟效益最大化。本文對三相電壓器PWM整流器的設(shè)計做出研究，為其為潛力開發(fā)做好鋪墊，并且開發(fā)無污染能源是電子電力設(shè)備的主要任務(wù)之一。整流器設(shè)備為其提供途徑，并且加快其進程，因此我們要將基于DSP的整流器設(shè)備做出概述，證明其應(yīng)用的可能性以及現(xiàn)實性，明白其國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，了解PWM整流器控制技術(shù)的研究方向，更好的將電能在最小代價下轉(zhuǎn)化成最有效，最符合人們用電標(biāo)準(zhǔn)的電能。
1、工作原理
1.1 DSP的工作原理
DSP(digital signal processor)是一種比較特殊的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)化為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進行修改、強化、刪除等，它還可以再其他系統(tǒng)芯片中進行解譯，例如把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯成模擬數(shù)據(jù)或者實際環(huán)境各種格式。DSP具有可編性，并且其實際運行速度快的驚人，可達每秒數(shù)千萬條復(fù)雜指令的程序，這遠遠超出一般普通的微處理器。DSP具有強大的數(shù)據(jù)處理能力以及高速度的運行，這就是DSP成為數(shù)字化電子世界的寵兒，在電子界有重要的地位，是新生代的佼佼者。具有無窮的潛力和發(fā)掘的價值。
1.2 整流器的工作原理
整流器是將電流(AC)轉(zhuǎn)化成直流的一種轉(zhuǎn)化設(shè)備。其具有強大的轉(zhuǎn)化能力，可將電能轉(zhuǎn)化為人們生活或者工作所能接受的最好的狀態(tài)。隨著工業(yè)和經(jīng)濟的飛速發(fā)展，整流器在其中的作用越來越明顯，其不僅可以將工業(yè)的發(fā)展推到專業(yè)化，技術(shù)化水平，還可能開發(fā)綠色能源，倡導(dǎo)文明綠色的經(jīng)濟發(fā)展方式。整流器使經(jīng)濟的能源利用達到最大化，經(jīng)濟效益得到最大化，使我國的技術(shù)水平越來越先進，不斷突破。整流器的轉(zhuǎn)化原理充分體現(xiàn)了這種轉(zhuǎn)化裝置有很大的發(fā)展空間。
2、整流器國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 整流器的概況
變頻器、高頻開關(guān)電源以及各種交流器等等設(shè)備很大一部分都需要整流這一重要環(huán)節(jié)，從而獲得直流電壓，如果經(jīng)常采取不控整流電路，這將對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的“污染”，由此可見，只有對整流器做出研究，就可以有效的控制污染源的出現(xiàn)。
2.2 PWM整流器的發(fā)展現(xiàn)狀
20世紀(jì)80年代，隨著全控器件的日趨成熟，推動了三相PWM整流器的應(yīng)用和研究。外國科學(xué)家提出了三相PWM整流器拓撲結(jié)構(gòu)和電流等的控制策略，并實現(xiàn)了電流型PWM整流器單位功率的'有效控制，這就是早期電壓型PWM整流器的設(shè)計思想。后來，隨著離散動態(tài)模型和控制策略的發(fā)展PWM整流器又發(fā)展到新的高度。
隨著PWM整流器的發(fā)展，其相關(guān)領(lǐng)域也不斷拓展，同時，PWM整流器以及控制技術(shù)也得到不斷發(fā)展完善，它們相互促進彼此發(fā)展，相輔相成。PWM整流器已經(jīng)有半控型器件橋路過渡偶倒全控件橋路;PWM整流器的開關(guān)控制由單純的硬開關(guān)控制完善到軟開關(guān)調(diào)制;更重要的是，其功率等級由千瓦級別飛躍到兆瓦級別;并且其在主電路的類型上也有所變化，電流型整流器與電壓型整流器并存，有廣闊的使用空間，為人們生活提供了便利，也為國家的發(fā)展有重要的推動作用。
3、整流器控制技術(shù)的研究方向
控制技術(shù)是整流器發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，所以，有關(guān)PWM整流器控制技術(shù)的研究應(yīng)該非常有針對性，要切中要害，一針見血，研究其核心有價值的議題。一是努力降低整流器對電網(wǎng)的負面影響，一定要適當(dāng)減少交流側(cè)輸入電流的畸變率，通常我們經(jīng)過方法的研究一般要求在整個負載波動的范圍之內(nèi)，一定程度上會減少對我國電網(wǎng)的不利影響。二是運用技術(shù)提高功率因數(shù)，從而減少整流器的非線性行為，使其對電網(wǎng)而言是純電阻的負載。三是提高整個整流器系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力，從而減少動態(tài)響應(yīng)時間，減少對電網(wǎng)影響。四是降低整個系統(tǒng)的開關(guān)能源消耗，提高裝備效率。五是減少直流側(cè)紋波的系數(shù)，縮小整流器其體積，達到減輕重量。
4、總結(jié)
DSP雖然作為微處理器，可是卻有極大的潛能，其超大規(guī)模集成電路的工藝和高性能的數(shù)字信息處理器技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展，為將來DSP使各種復(fù)雜的語音編解碼的同步實現(xiàn)奠定了堅實額基礎(chǔ)。整流器作為一種新型的媒介出現(xiàn)在大眾的生活和社會中，為我們帶來了極大的便利，使資源得到了綜合的利用，而且有效地節(jié)約的資源，倡導(dǎo)我們做綠色能源的實踐者。
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這個學(xué)期通過《對DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用》課程的學(xué)習(xí)，對DSP芯片的概念、基本結(jié)構(gòu)、開發(fā)工具、常用芯片的運用有了一定的了解和認識，下面分別談?wù)勛约旱捏w會。
一、DSP芯片的概念
數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing)是利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備,以數(shù)字形式對信號進行采集、變換、增強、濾波、估值、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。20世紀(jì)60年代以來，隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運而生并得到迅速的發(fā)展。在通信、等諸多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。
DSP(Digital Signal Process)芯片,即數(shù)字信號處理器,是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，其應(yīng)用主要是實時快速的實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。該芯片一般具有以下主要特點：
�。�1） 在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；
（2） 程序與數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；
�。�3） 片內(nèi)具有快速RAM，通�？赏ㄟ^獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問；
�。�4） 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；
�。�5） 快速的中斷處理和硬件支持；
�。�6） 具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；
�。�7） 可以并行執(zhí)行多個操作；
�。�8） 支持流水線操作，使取值、譯碼和執(zhí)行等操作可以同時進行。
世界上第一個單片DSP芯片應(yīng)當(dāng)是1978年AMI公司發(fā)布的S2811，1979年美國INTEL
公司發(fā)布的商用可編程器件2920是DSP芯片的一個主要里程碑。這兩種芯片內(nèi)部都沒有現(xiàn)代DSP芯片所必須有的單周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的uPD7720是第一個具有乘法器的商用DSP芯片。
當(dāng)前，美國德州公司（TI），Motorola公司，模擬器件公司（AD），NEC公司，AT&T公司是DSP芯片主要生產(chǎn)商。
選擇合適的DSP芯片，是設(shè)計DSP應(yīng)用系統(tǒng)的一個非常重要的環(huán)節(jié)。一般來說，要綜合考慮如下因素：
（1），DSP芯片的運算速度；
�。�2），DSP芯片的價格；
（3），DSP芯片的硬件資源；
�。�4），DSP芯片的運算精度；
（5），DSP芯片的開發(fā)工具；
�。�6），DSP芯片的功耗等等。
二、DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)。
TI公司的TMS320系列芯片的基本結(jié)構(gòu)包括：
（1） 哈佛結(jié)構(gòu)。哈佛結(jié)構(gòu)是一種并行體系結(jié)構(gòu)，主要特點是將程序和數(shù)
據(jù)存儲在
不同的存儲空間中，獨立編址，獨立訪問。由于設(shè)立了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐量提高了一倍。為了進一步提高芯片性能，TMS320系列芯片允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲器中，并被算術(shù)運算指令直接使用；還把指令存儲在高速緩沖器(Cache)中，減少從存儲器中讀取指令需要的時間。
（2） 流水線。DSP芯片廣泛采用流水線以減少指令執(zhí)行時間，從而增強了處理器的處理能力。以三級流水線為例，取指，譯碼和執(zhí)行操作可以獨立的處理，在第N個指令取指時，前一個（N-1）個正在譯碼，而第N-2個指令則正在執(zhí)行。
（3） 專用的硬件乘法器。TMS320系列芯片中，有專門的硬件乘法器，乘法可以在一個周期內(nèi)完成。
�。�4） 特殊的DSP指令。比如LTD這條指令在一個指令周期內(nèi)可以完成LT、DMOV和APAC三條指令。
�。�5） 快速的指令周期。DSP芯片的指令周期可以在200ns以下。TMS320系列芯片的指令周期已經(jīng)降到了20ns以下�？梢詽M足很多DSP應(yīng)用的要求。
�。ㄈ� 開發(fā)工具。
可編程DSP芯片的開發(fā)需要一整套完整的軟硬件開發(fā)工具。通常開發(fā)工具可以分為代碼生成工具和代碼調(diào)試工具兩類。代碼生成工具是將用C或匯編語言編寫的DSP程序編譯匯編并鏈接成成可執(zhí)行的DSP程序。代碼調(diào)試程序是將DSP程序及系統(tǒng)進行調(diào)試，使之能達到設(shè)計目標(biāo)。
就軟件開發(fā)而言，用DSP芯片的匯編語言編寫程序是一件比較繁雜的事情。因為不同公司不同類型的芯片的匯編語言都不盡相同�；谝陨显颍鱾�公司都相繼推出了高級語言（如C語言）編譯器，使得DSP芯片的軟件可以通過高級語言編寫而成。
TI的優(yōu)化C編譯器能夠產(chǎn)生可與手工編寫的匯編語言相比的匯編語言程序，提供了簡單的C執(zhí)行時環(huán)境的程序接口，使得關(guān)鍵的DSP算法可用匯編語言實現(xiàn)建立了一定規(guī)模的工具庫來方便使用。在C編譯器中還提供了一個所謂的外殼程序（Shell），可以使C程序的編譯、匯編和鏈接三個過程一次完成。
�。ㄋ模╆P(guān)于TMS320C54X定點DSP芯片的設(shè)計使用。
TMS320C54X定點DSP芯片具有很高的性價比，體積小，功耗低，功能強，已在通信等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
該系列芯片大部分采用低電壓供電方式，可以降低功耗，其電源分為兩種，內(nèi)核電源（CVdd）電源和I/O電源(DVdd)。與3.3V的供電相比，2.5V的內(nèi)核電源可以降低44%的功耗；而I/O電源3.3V可以直接與外部低壓器件接口，無需額外的電平轉(zhuǎn)換電路。但是，由于現(xiàn)在很多外圍芯片的工作電壓都是5V，如EPROM、SRAM、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片等，因此就要特別注意不同IC之間電平的轉(zhuǎn)換。例如5V的TTL和3.3v的TTL器件之間只要耐壓允許，電平可以通用；而5V的CMOS被3.3v的TTL驅(qū)動時，要加雙電壓（一邊是3.3V供電，一邊是5V供電）的驅(qū)動器。
TMS320C54X系列芯片有豐富的內(nèi)部快速存儲器，也可以擴展外部存儲器。一般需要擴展EPROM/PROM，擴展時也要注意電平轉(zhuǎn)換的問題。采用Flash存儲器存儲程序和固定數(shù)據(jù)是一種比較好的選擇。
進行軟件設(shè)計時，要注意以下一些問題：
（1） 流水線沖突。TMS320C54X采用了深度為6級的流水線操作，因此流水線沖突不可避免。一般在沖突發(fā)生時，由DSP自動插入延遲解決問題。但有些情況下DSP無法自動解決問題，需要程序員通過調(diào)整程序語句的次序或在程序中插入一定數(shù)量的NOP來解決。如果在調(diào)試程序中不能得到正確的結(jié)果，而又找不到程序錯誤時，就應(yīng)該想到是否發(fā)生了流水線沖突，解決方法是在合適的位置插入一至幾個NOP指令。
（2） 編譯模式選擇。在ST1狀態(tài)寄存器中，有1位編譯器模式控制位CPL。用于指示在相對直接尋址中采用哪種指針。為0是使用頁指針DP，為1 時采用堆棧指針SP。注意模式切換時可能引起流水線沖突。
（3） 指令對存儲器的要求。有些指令是對存儲器是有特殊要求的，使用時要注意。
此外，在軟件編程時還有一些技巧。比如要充分利用片內(nèi)存儲器，節(jié)省程序運行時從片外存儲器讀入程序或數(shù)據(jù)的時間；利用程序?qū)ぶ房臻g，可以方便的尋址和執(zhí)行更大規(guī)模的程序；利用兩個內(nèi)部累加器，可以有效的提高編程效率；利用ALU的分裂操作模式和CSSU單元可以加快運算速度；利用自動溢出保護功能和利用條件存儲指令等等。
TMS320C54X系列芯片一般都在片內(nèi)設(shè)置有BOOT程序，主要作用是在開機時將用戶程序從外部裝入到程序存儲器。用戶需要使用BOOT時，需要將DSP設(shè)置為微計算機工作方式。
除此之外，通過學(xué)習(xí)我還了解了如何用MATLAB進行DSP設(shè)計模擬，其他一些DSP芯片的大致結(jié)構(gòu)和性能，以及具體的DSP應(yīng)用開發(fā)方面的知識。在教員的悉心教導(dǎo)下，經(jīng)過我的認真學(xué)習(xí)，對DSP應(yīng)用方面的知識有了一個整體的了解，雖然還沒有利用DSP芯片做過實際的東西，但我通過對該課的學(xué)習(xí)，為以后可能的設(shè)計應(yīng)用打下了一定基礎(chǔ)。
對于數(shù)字信號處理課程最初的料想是在學(xué)長和以前的任課老師那里聽來的，據(jù)說這門課是跟隨著信號系統(tǒng)的步伐，而且難度比較的大。
而至于濾波器就更加簡單，只是根據(jù)頻域的圖像告訴我們，可以通過相乘得到這樣的一部分我們所需要的頻段。
對于連續(xù)型號我們可以很簡單的從圖像中看出來，那么數(shù)字信號呢？我們知道現(xiàn)實中模擬信號的傳輸是很麻煩的，而我們現(xiàn)在廣泛采取的就是數(shù)字信號，那么同樣的問題數(shù)字信號也是怎么解決的嗎？
答案是顯然的。那么既然不一樣，我們可以做出數(shù)/�！�/數(shù)之間的轉(zhuǎn)換是不是就可以了？轉(zhuǎn)換之后，會不會添加或者減少了一些東西呢？
數(shù)字濾波器到底是怎么做出來的呢？實際的濾波器肯定不可能就是一個門函數(shù)，那么物理可實現(xiàn)的濾波器又是怎么樣設(shè)計出來的呢？
還有關(guān)于調(diào)制解調(diào)嚴(yán)格的相干條件，如果頻率有出路該怎么辦，如果是倍頻或是半頻又該怎么辦呢？
因為牽涉到離散的問題，原來很清晰的連續(xù)函數(shù)不再完全適用，那么我們應(yīng)該怎么在信號系統(tǒng)后承接好數(shù)字信號處理這門課呢？
應(yīng)該說這些問題是我在信號系統(tǒng)之后一直想的，也是在學(xué)習(xí)數(shù)字信號處理之前應(yīng)該思考的。
讓我釋然的是李老師在第一節(jié)課時對這門課程作解釋時的一句話，我到現(xiàn)在仍然記憶猶新。她說：很多學(xué)生看到這么多公式就感到害怕，但實際上我們不是要求大家單純的去算這些式子。我們不是數(shù)學(xué)課，我們的要求其實是希望大家能夠理解這些式子背后的物理含義。很多式子從數(shù)學(xué)推理上學(xué)很難，但是用物理的方法很簡單的一看就明白了。而我們這門課大家就要學(xué)會從物理模型的角度去思考，很多問題就很容易就理解了。
從物理模型的角度去理解記憶這些公式，這是我對老師話的總結(jié)。在后續(xù)的課程中我也是這么做的。
但是我對這門課的心得還要再加上兩句話：
（1） 拓展從信號系統(tǒng)中學(xué)到的知識，比較它與這門課的異同。
�。�2） 從物理模型的角度去理解記憶這些公式，或者是從自己的角度去理解，不要拘泥于老師和課本上的條條框框
（3） 重視matlab仿真實驗，從圖像中去加深理解。
對于這三句話我會在下面作解釋。
首先，對于信號系統(tǒng)與數(shù)字信號處理的'關(guān)系，只要是學(xué)過這兩門課程的人都看的出來。我前面說過，在學(xué)習(xí)的開始就有人有意無意的提醒我這兩門課程的關(guān)系。有先入為主的概念，幾乎每個人在學(xué)習(xí)數(shù)字信號系統(tǒng)的時候都會有意無意的去比較這兩門課程。
顯然這是溫故而知新，對這門課程是有幫助的。但是這種被動的比較，幫助很小，我們應(yīng)該學(xué)會主動的去羅列他們的不同之處。比如說第三章Z 變換、Z 變換收斂域、Z 反變換、Z 變換的性質(zhì)，雖然是離散的，在表示方式上與連續(xù)的有所不同，但是變換的實質(zhì)是差不多的，所以很多性質(zhì)往往可以與傅里葉變換性質(zhì)一起記憶，甚至許多性質(zhì)公式完全可以從傅里葉變換的性質(zhì)中互推得到。又比如采樣中，采樣定理的原理是一樣的，但是如連續(xù)時間信號的離散時間處理，或者離散時間信號的連續(xù)時間處理，將會導(dǎo)致一些不同，這歸根結(jié)底在于離散信號與連續(xù)信號不同之處。
這些異同之處加以理解，甚至反過來，回頭再看以前的課本，你會發(fā)現(xiàn)很多地方又加深了理解，以前的有些疑問也釋然了�；蛟S有人認為以前的課程已經(jīng)結(jié)束了，過去的問題懂不懂無所謂。實際上，很多以前的東西是現(xiàn)在學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)扎實了，在以后有可能就因為這個道理，觸類旁通反而解決了后續(xù)的問題。
如此看來，不單單是信號系統(tǒng)，我們甚至可以與其他一些并行的課程一起理解，比如自動控制原理中的零極點圖，和最小相位系統(tǒng)是一致的理論；通信原理中也有調(diào)制解調(diào)和編碼的東西甚至濾波器的設(shè)計，雖然主要是考慮信噪比的計算，但是基本原理是一樣的。
盡管這種比較可能對做題上沒有什么很大的影響，但是了解整個過程，了解整個系統(tǒng)是怎么運作的就對整個系統(tǒng)由了深刻的理解。這樣在物理模型層面上，就更明白這是為什么了。
這就為老師所說的，從物理模型的角度去理解記憶這些公式打下了基礎(chǔ)。有很多章節(jié)，他的基礎(chǔ)都是前幾章的公式，或是正對后面章節(jié)實現(xiàn)的定義。剛開始看的時候，覺得沒有道理，而且很簡單的問題偏偏要用數(shù)學(xué)表達式去表示，很顯然的推論，用數(shù)學(xué)語言描述之后就看不太明白了。
那么既然如此，我們也沒必要一定要把那些數(shù)學(xué)表示方法背下來，完全可以通過其物理的現(xiàn)象去理解它。本來，你用什么語言去寫，也不過是描述他罷了，沒有必要舍本逐末，只要理解就好。比如全通系統(tǒng)，最小相位系統(tǒng)，線性相位系統(tǒng)，你可以用幅度和相角把每個都表示出來，也完全可以把圖像記住了，那么一切也都記住了。甚至如李老師上課說的，通過平面幾何的方法，你可以得到和數(shù)學(xué)推理一樣的結(jié)論，因為兩者完全是一一對應(yīng)的關(guān)系。你完全可以按照自己的理解來，只要言之有理，自圓其說就可以了。
如果你沒有辦法想出自己的方法，那么通過圖像來理解是一種不錯的選擇。整門課程隨時隨地都充斥著各種圖像，比起枯燥的數(shù)字，圖像更具體的表達了它們的物理本質(zhì)，也方便記憶。
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