基于DSP和单片机通信的液晶显示设计

摘要：在含有人机界面的数字化电源系统中，为更好地发挥DSP的强大运算功能，可采用DSP+51单片机的双CPU结构，因而二者之间的可靠通信至关重要。在此介绍了TMS320F2812型DSP和MCS51系列单片机的一种通信方案的设计与实现，给出对应的程序，并描述在此通信基础上实现的液晶显示电路和结构。该系统具有硬件电路简单、通信可靠、程序编写简单、界面友好等优点。实验证明系统能完整可靠地实现了人机界面功能，具有较高的实用价值。
关键词：串行通信；DSP；数字化电源系统；液晶

0 引言
随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术得到了迅速的发展。数字控制使得电力电子变换控制更为灵活，在CPU计算速度允许的情况下，可实现模拟控制难以做到的复杂控制算法，设计者可以根据自己的系统需求，方便地更改控制器参数，即便是在控制对象改变的情况下，也无需对控制器硬件做修改，只要改变某些软件参数即可，从而大大增强了系统的兼容性。随着DSP的应用逐渐普及，用DSP取代模拟电路中的专用PWM集成电路，已广泛应用于UPS和逆变器控制中。
作为智能化设备，液晶屏和键盘等人机交互装置是数字化电源系统所必不可少的。而DSP的工作频率较高，读写周期很短，主要用于处理实时性要求苛刻、算法复杂的关键性任务，例如对功率开关管的控制，数据采集、分析、处理等，而液晶显示和键盘扫描的任务可由普通的51系列单片机来完成，而DSP和51单片机间的数据交流可采用异步通信方式，即系统采用双CPU结构。

1 系统的结构原理
本文中所采用的DSP和单片机型号分别是TI公司的TMS320F2812和MCS51系列。在系统中，DSP实现与单片机的串口异步通信，单片机将用户的原始设置数据传输到DSP，而DSP将采集到的实时数据信息返回给单片机，单片机不断刷新液晶的显示。系统的基本结构如图1所示。

1．1 串口介绍
本文中DSP是基于串行通信接口模块SCI实现通信的。SCI支持CPU与其他使用标准格式的异步外设之间的数据通信。SCI仅需要2根数据线进行数据传输，虽然传输速度不快，但已经能满足一般的通信要求，而且外围接口电路非常简单。传输的数据长度在一定范围内也是可变的。
MCS51系列单片机内部具有一个全双工串行口，该串行口有4种工作方式，可以通过软件进行设置，由片内定时／计数器产生波特率。串行口的接收和发送数据均可以触发中断，并含有接收、发送缓冲器SBUF，二者共用一个地址。
1．2 单片机与DSP的通信接口电路
SCI接口分为RXD和TXD两个管脚，传统的2个设备异步通信采用RS 232或RS 485的形式，须另配置对应的RS 232和RS 485驱动芯片。而本文所提及的采用双CPU结构的数字化电源设备，DSP和51单片机位于同一设备内，距离较短，可省去RS 232和RS 485驱动芯片，采用2个CPU的RXD和TXD直接交叉连接即可。但需注意的是，由于DSP的工作电压为3．3 V，而MCS51单片机的工作电压为5 V，因此二者之间的通信电路需要进行电平转换，如图2所示。

在该电路中，单片机的TXD端电压高于DSP的RXD端，故仅需要使用分压电路，计算出合适的阻值即可满足要求，而从DSP向单片机传送数据时，需要提升电平，因而采用了光耦电路，将电平提升到单片机的工作电平。这样就能以简单的电路实现电平的转换。需要注意的是，所采用的光耦速率要高于数据传输速率，这样才能保证数据准确高效的传输，以免出现数据丢失。
1．3 单片机与DSP通信的软件实现
在异步通信中必须先规定3件事：一是字符格式，即传输的每一帧数据的格式；二是通信双方要设置为相同的波特率，且该波特率能适应双方的时钟频率；三是通信双方要有约定的通信协议，也就是双方要互相确认后才能传输数据。
在本设计中，DSP和单片机采用的数据帧格式是1位起始位，8位数据位和1位停止位。由于数据包采用校验和的方式进行校验，因而在数据帧格式中没有设置奇偶校验位。因而MCS51单片机应设置工作在串口方式1状态下，此时串行口为8位异步通信接口。为了保证数据传输具有较高的速率，同时又有比较低的传输误码率，因而选择波特率为9 600 b／s。通过相应的波特率设置计算公式计算出DSP和单片机的初始化时寄存器的初值，即可完成设置。这样就保证了通信双方帧格式的统一和波特率的统一，从而使数据通信正确、可靠。
DSP的串口初始化设置程序如下：

在本设计中，采用自己规定的通信协议，首先DSP发送出握手信号，C51收到握手信号后，进入中断子程序，判断握手信号是否正确，若正确才握手成功，开始接收数据包，接收完成后对数据进行和校验，正确后刷新液晶的显示数据存储区；若错误则放弃本次数据，并将接收数据存储区清零，等待下一次通信。其程序流程图如图3所示。