基于DSP和RS-485串行通信的控制系统设计

焦佳伟 ，石云波 ，邹 坤

（1.苏州中盛纳米科技有限公司，苏州 215123；2.中北大学 电子测试技术国家重点实验室，太原 030051）

加速度传感器在研制后及使用前均需要进行参数性能的测试和标定，用到加速度传感器批量标定测试设备，该设备在运行过程中，需要下发数据指令进行控制，也需要向上位机反馈运行数据，实时对工作过程中的位置信号以及工作状况进行监测和在线分析，达到实时监测的目的，因此需要系统和上位机进行通信。通常的微处理器都集成有1路或多路硬件UART通道，可以非常方便地实现和上位机进行串行通讯[1]。在工业控制、智能仪表等领域中，也常常使用简便易用的串行通讯方式作为数据交换的手段。但在工业控制等环境中，常会有电气噪声干扰传输线路，使用RS-232通讯时经常因外界的电气干扰而导致信号传输错误；另外，RS-232通讯的最大传输距离在不增加缓冲器的情况下只可以达到15 m[2]。

本文基于此设计了一种基于DSP和RS-485串行通信的控制系统，该系统选用SP3485芯片进行串行通信，该芯片采用了平衡差分接收的RS-485通信协议标准，其抗共模干扰能力强，接收灵敏度高，通常被用作为一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。同时，RS-485电路具有控制方便、成本低廉等优点。

1 DSP与RS-485通信电路设计

系统采用TI公司的TMS320F28335芯片，该DSP融合了控制外设的集成功能和微处理器MCU的易用性，具有强大的控制和信号处理能力以及C语言编程效率，能够实现复杂的控制算法，内部有3路专用的串行通信模块（SCIA、SCIB、SCIC），每个模块都有用于通信的I/O引脚：发送端SCIxTXD和接收端 SCIxRXD （x 分别为 A、B、C）。 SCI模块支持CPU与其他使用标准不归零码格式（NRZ）的异步外围设备间的数字通信。SCI接收器和发射器是各自拥有一个16级深度FIFO，也各自拥有自己的使能和中断位。两者都能独立进行半双工通信，或者联立进行全双工通信[3]。

系统中采用SP3485芯片，该芯片是1种+3.3 V低功耗半双工RS-485收发器，完全满足RS-485串行协议要求，数据传输速率高达10 Mb/s[4]。

DSP处理器TMS320F28335与SP3485芯片进行连接，构成RS-485通信接口电路，如图1所示。

图1 RS-485通信接口电路Fig.1 Communication interface circuit

电路通过光耦TLP512-4对DSP处理器TMS320-F28335和RS-485总线电路进行隔离，提高系统的抗干扰能力。

SP3485接收器和发送器的选择由DSP的GPIO20引脚控制，通过软件编程控制GPIO20脚电平，可控制SP3485处于发送或接收状态。

如果DE的逻辑电平为高时，将使能驱动器的差分输出；如果为低时，则驱动器的输出呈现三态。

如果RE#脚的逻辑电平为低时，使能接收器输入，反之，禁止输入。

2 DSP串行通信程序设计

DSP的SCI模块发送器和接收器可以通过查询和中断方式进行控制。在查询方式下，不使能接收和发送中断，CPU通过查询相应标志位，状态成立就去执行相应的动作。这种方式不需要开设SCI中断，节约了CPU的资源，但是在高速通信速率下，有可能导致数据丢失，因此只建议在低速率情况下使用。在中断方式下，CPU在中断服务程序中进行数据的接收和发送，可以保证数据传送的及时性和确定性，代价是增加了系统中断[5]。本设计采用中断方式，上位机和下位机采用应答方式进行通信，系统的串行通信协议具体规定如表1所示。

表1 通信协议格式Tab.1 Communication frames format

下发和上传数据指令都包括帧头、字节长度、有效指令/数据、和校验、帧尾5个部分，协议数据均采用16进制通信。

（1）帧头：表示一帧数据的开始；

（2）字节长度：表示一帧数据的整个字节长度；

（3）有效指令/数据：有效指令表示上位机要让下位机执行的命令；有效数据表示下位机向上位机反馈的相关信息；

（4）和校验：表示有效指令/数据的数据相加和，如果相加超出了FF那么就取和的低字节；

（5）帧尾：表示完整的一帧数据结束。

本系统的通信波特率为9600 b/s，每个字节包括8位数据位和l位停止位，无校验。接收数据采用中断方式，发送数据采用直接写外设方式。对SCI初始化，设置数据帧格式、波特率、中断优先级等，SCI初始化程序为

采用中断方式接收数据，在接收中断服务程序中，读取SCI接收缓冲寄存器，放在自定义的接收缓冲区内。一条指令信息帧包含多个字节，需要识别完整的一帧数据，设计中通过判断数据头、数据尾，对数据长度校验来保证接收到完整的一帧数据。除了上述措施外，软件中也启用了定时器，进行超时处理，若在一定的时间内，没有完整的接收到一组数据，就将此帧数据丢弃，清除相应标志以及缓冲区，重新接收新的数据指令。具体中断程序流程图如图2所示。

图2 中断接收数据流程Fig.2 Interrupt receiving data flow chart

为了保证下发数据指令准确有效执行，在上述措施的基础上，还进行了和校验，和校验程序放到主函数中的while（1）里面进行处理，部分程序为

3 上位机软件

上位机软件使用 C++语言开发，开发平台为Visual Studio 2010，这个版本的Visual Studio提供了对C++新标准的支持，并增加了C++代码的实时语法错误检查，极大地提高了工作效率[6]。系统控制软件主要下发控制指令，实现对测试平台的控制和实时状态显示，如图3所示。

图3 控制界面Fig.3 Control interface

4 系统试验与结果

对加速度传感器批量标定测试设备平台进行试验，上位机下发数据指令，主要对水平、竖直、翻转电机进行操作。通过串口助手下发不同方位电机运转、停止以及正反运行指令进行测试，测试的部分数据指令如图4所示。

图4 测试的数据指令Fig.4 Test data instructions

通过串口助手软件调试稳定后，换用编写的上位机控制软件下发数据指令进行调试，经过反复试验验证，电机能够执行相应的指令，性能稳定、运行可靠，满足了加速度传感器的自动化批量标定测试方面的要求。

5 结语

本系统实现了DSP与PC机通过RS-485进行串行通信，并成功应用于加速度传感器批量标定测试设备中。文中重点介绍了通信电路的设计以及通信协议，还详细地介绍了DSP通信程序的设计，以及软件采用的措施，提高系统通信的可靠性。经试验验证，该系统硬件电路简单，软件编写容易，数据通信稳定可靠。

[1]王炼红，章兢.TMS320F2812 DSP与PC机的串口通信设计[J].微计算机信息，2006，22（20）：173-175.

[2]广州致远电子有限公司.嵌入式隔离RS-485收发器产品数据手册[Z]，2009.

[3]刘陵顺，高艳丽，张树团.TMS320F28335 DSP原理及开发编程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[4]广州致远电子有限公司.数据手册[Z]，2009.

[5]徐科军，陶维青，王海宁，等.DSP及其电气自动化工程应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[6]邵宪辉.多路加速度传感器测试系统设计[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.