摘要：介紹了基于專用DSP芯片ADMC328的異步電機調(diào)速系統(tǒng)中的主控部分與驅(qū)動部分之間的通訊。詳細介紹了通訊的硬件接口電路、通訊協(xié)議以及軟件實現(xiàn)方法，實現(xiàn)了利用DSP的同步串口進行異步通訊的方法，并確保通訊準確可靠。實驗結(jié)果證明了其可靠性。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理器 串行異步通訊 交流調(diào)速系統(tǒng)

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和微處理技術(shù)尤其是數(shù)字信號處理器(DSP)的出現(xiàn)，基于數(shù)字控制的現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)可以應(yīng)用復雜的控制策略，實現(xiàn)高速動態(tài)響應(yīng)功能。在以DSP為控制的異步電機驅(qū)動系統(tǒng)中，要實時觀測驅(qū)動系統(tǒng)在運行中的數(shù)據(jù)變量，根據(jù)需要對程序進行控制，就需要應(yīng)用DSP中的串口通訊接口與上位機--控制面板或者計算機系統(tǒng)進行通訊。本文針對一套基于DSP的異步電機調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)，設(shè)計了DSP與上位機系統(tǒng)通訊的硬件電路，編寫了通訊的匯編程序，實現(xiàn)了DSP與上位機的異步通訊。在調(diào)試階段，為了方便調(diào)試，在WINDOWS環(huán)境下，在PC機上利用VB編寫了通訊控制程序，實現(xiàn)了DSP與上位PC機的通訊。通過多種條件下的運行調(diào)試，證明通訊可靠，運行穩(wěn)定。

2 ADMCF328及其串口簡介
ADMCF328芯片是美國AD(ANALOG DEVICES)公司生產(chǎn)的一種低價位、基于DSP的單片控制器，適合于控制交流感應(yīng)電機、永磁同步電機、無刷直流電機和磁阻電機。它包括一個20MIPS的定點DSP內(nèi)核和一整套電機控制外設(shè)，適于開發(fā)快速有效的電機控制器1。
ADMCF328提供有同步串行通訊口，支持多種串行通訊協(xié)議，并且可以在多處理器系統(tǒng)中直接互連各個處理器。每個串口包括五個引腳：
SCLK (串行時鐘)，
RFS (接收幀同步)，
TFS (發(fā)送幀同步)，
DR (串行數(shù)據(jù)接收)，
DT (串行數(shù)據(jù)發(fā)送)。
串口有獨立的發(fā)送和接收部分，并且每個部分都有一個寄存器能把數(shù)據(jù)字從處理器移進或移出，雙緩沖區(qū)技術(shù)為串口服務(wù)提供了附加時間。串口可以使用外部時鐘或在內(nèi)部生成時鐘，頻率范圍寬，為0Hz，為6.144MHz。串口可以支持串行字長從3位到16位的數(shù)據(jù)傳輸。串口還可使用可以靈活控制的幀同步信號。接收和發(fā)送一個完整的數(shù)據(jù)字之后，可以產(chǎn)生一個中斷。
發(fā)送數(shù)據(jù)時，由TX寄存器實現(xiàn)TFS信號，表明傳送開始，寫入TX寄存器的每個值都會被傳送到內(nèi)部發(fā)送移位寄存器中，然后從MSB開始發(fā)送各位，每一位都是在SCLK上升沿移出的；接收數(shù)據(jù)時，接收到一個完整的字后，寫入RX寄存器，同時產(chǎn)生接收中斷。

3 串行通訊接口電路
串行通訊接口包括數(shù)據(jù)傳輸線DT和數(shù)據(jù)接收線DR。為了保證產(chǎn)生中斷，DR必須和RFS接在一起。這樣，可以通過對串口控制寄存器 Sport Control Register 的值進行修改，來控制數(shù)據(jù)接收幀同步只對串行通信中的個字節(jié)有效。也就是說，將DR和RFS連在一起之后，在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，在數(shù)據(jù)傳輸開始的時刻，就是個字節(jié)的起始位到達的時刻，RFS會對其進行判斷，產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)接收中斷，從而達到異步通信的效果。
當需要把TTL(0V和+5V)電平轉(zhuǎn)換為UART電平(-10V和+10V)時，比如說要和PC串口(RS/232)進行通訊時，就要添加一些硬件電路。如圖2所示，使用了AD7306BR轉(zhuǎn)換電平，由圖中可以看出PC串口的3 (TD)管腳即數(shù)據(jù)發(fā)送管腳，經(jīng)過AD7306BR之后，電平由-10V~+10V轉(zhuǎn)換到0~+5V連接到DSP串口的數(shù)據(jù)接收(DR)管腳；同理DSP串口的數(shù)據(jù)發(fā)送(DT)管腳經(jīng)過AD7306BR完成電平轉(zhuǎn)換接到PC串口的2(RD)管腳即數(shù)據(jù)接收管腳上。在完成電平轉(zhuǎn)換之后，還要使用HCPL2630將DSP與電平轉(zhuǎn)換電路隔離。

4.4 同步與異步串行通信比較
異步通信其實是依賴于同步性的，字符到達可以不同步，但每個字符的接收要通過起始位使之同步。事實上，異步和同步通信之間的基本差別只是程度不同，前者在每個字符中都需要同步位，而后者則經(jīng)常需要一個同步字節(jié)。當效率變?yōu)轭^等重要，并且數(shù)據(jù)可以用一個的時間控制時，連續(xù)位流方式的同步傳送要比異步傳送優(yōu)越。然而即使完全的同步化能夠?qū)崿F(xiàn)，系統(tǒng)仍然在許多方面產(chǎn)生故障，因為它需要的是不可中斷的數(shù)據(jù)流，換句話說，傳送字符串數(shù)據(jù)的技術(shù)沒有辦法將一個字符與另一個字符分離。所以，即使環(huán)境理想，如果字符不能按照指定時間到達接收方的應(yīng)用系統(tǒng)。純粹的同步是不能實現(xiàn)的 ３ ，所以可靠準確的數(shù)據(jù)傳輸需要使用異步通信的方法，并且由于DSP速度大大提高，增加了起始位、停止位和奇偶校驗位的異步通信方式并不對數(shù)據(jù)處理造成過多的影響。因此，本文工作中采用了串行異步通信的方式。
采用這種方法的特點和實際意義如下：
(1)利用同步串口實現(xiàn)了異步通信，充分利用了DSP的資源，使DSP可以對異步電機的調(diào)速控制和與上位機的通訊同時處理，節(jié)約了成本。
(2)由于這套異步電機調(diào)速系統(tǒng)主要應(yīng)用于家電中，因此功率不大，線路不長，本方法采用的設(shè)定三倍頻率同步時鐘以及合適的波特率，保證了通訊抗干擾能力，使得運行可靠。
本文提出的利用ADMCF328芯片的同步串口進行串行異步通訊的方法，通過對ADMCF328芯片的同步串口進行軟件編程，實現(xiàn)了異步通訊。由于采用了三分頻的方法，讀取數(shù)據(jù)準確，雙工串行異步通訊效果良好。在驅(qū)動板與主控板連接調(diào)試之前，利用VB編寫了通訊監(jiān)控程序，通過硬件電平轉(zhuǎn)換電路使DSP與PC機之間進行通訊，收發(fā)數(shù)據(jù)準確，通訊良好，而且驅(qū)動板帶動異步電機工作，運行正常。將主控板與驅(qū)動板連接整機調(diào)試，通訊正常，電機運行正常。
總之，從軟件到硬件的實施方案，通過實驗以及應(yīng)用，證明了這個方法的可行性和可靠性。