家庭信息中心中DSP 和MCU 的通讯实现

家庭信息中心中DSP和MCU的通讯实现

作者：方元武田联房李向阳单玉峰毛宗源

摘要

一个可靠的信息控制中心是数字化家庭概念提出的关键所在。本文概要讲解了智能家庭信息中心的概念及其硬件结构（智能家庭信息中心由音视频采集、安防控制和主控三部分组成），并着重讲解了如何实现主控器中DSP和单片机之间的通讯。

关键词数字化家庭，智能家庭信息中心，数字信号处理器

1 引言

随着科学技术的发展，互联网已经渗透到社会生活的每个角落，互联网作为一个全新的信息承载平台的时代已经到来，人们正在把各种各样的设备连接到互联网上。随着IPv6技术的成熟，在不远的将来，每个设备中都将有一个IP地址，每个设备都能轻易地从互联网获得智能控制，于是人们提出了数字化家庭的概念。

数字化家庭就是在家庭范围内或一个小区内，将电脑、电话、智能终端、家电、安防报警系统、环境测控系统、照明系统等多种设备相互连接，组成一个内部网络，然后与广域网相连接。在数字化家庭里，基本上所有与家居生活有关的事情，都可以实现智能化控制与操作。

2 数字化家庭的系统结构

数字化家庭是由各种信息电器组成的。所谓信息电器就是数字化和网络化了的电器设备，如嵌入了单片机的电视机、冰箱、微波炉、电话等。要实现数字化家庭，除了信息电器外，还要有一个主控中心作为数字化家庭的核心——我们称之为智能家庭信息中心（以下简称为iHIC, intelligent Home Information Center）。这些信息电器都将通过iHIC与互联网连接，与网络交换数据并接受统一的控制。整个iHIC系统主要由三部分组成：主控器、音视频采集器和安防控制器，其系统结构图如图1所示。

主控器是iHIC系统的大脑，需要进行大量的音频、视频信号处理，因此我们选用了高性能的数字信号处理器（DSP, Digital Signal Processor）——TMS320DM643。除了进行信号处理，主控器还需要对各种信息电器进行控制，而DSP的控制功能相对较弱，因此选用一个单片机与之相配合，以实现对实时时钟、遥控、RS485主机和摄像机云台等的控制。主控器的硬件结构图如图2所示。

图1 iHIC系统示意图

图 2 主控器硬件结构图

3 主控器中DSP与单片机的通讯

主控器中的DSP和单片机是两个单独的芯片，需要通过某种方式进行连接通讯。常用的通讯方式有RS232、RS485和I2C。而在选择通讯方式时，对RS232、RS485 和I2C进行比较，I2C有如下的优点：

(1) RS485/232主要用于外部设备的连接，I2C 多用于系统内部连接；

(2) RS485/232需要专门的电平转换器件，I2C总线上不需要专门的收发器设备；

(3) I2C总线与其他总线相比应用简单，调试方便，占用引脚资源少，而且非常通用。

虽然I2C相比于其他通讯方式有以上优点，但是I2C的传输速率相对较低。由于在主控器中，DSP和单片机之间只需要传输很少的控制信息，因此I2C的速率已经足够。

3.1 DSP与单片机的硬件连接

I2C总线是一种用于IC器件间的二线制总线，它是通过SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）在连接到总线上的器件之间通信。每个挂在I2C总线上的器件都有一个唯一的地址，都可以作为一个发送器或接收器，由器件的功能决定，除了作为发送器和接收器外在执行数据传输时也可以被看作是主机或从机。主机是初始化总线的数据传输并产生允许传输的时钟信号的器件。此时任何被寻址的器件都被认为是从机。在本系统中采用DM643内部集成的I2C模块，将其作为主机，单片机作为从机，由主对从进行写入和读取。如图3所示：

图 3 I2C器件连接图

3.2 I2C的初始化

由于在单片机中I2C的初始化和发送接收与DSP中类似，这里只介绍DSP一端的I2C初始化和发送接收程序。DM643的I2C模块初始化子程序主要完成以下几个寄存器的赋值：

I2CERO=0x00000000；//屏蔽中断

I2CMDRO=0x00000020；//使能I2C模块

I2CPSCO=14；//设置I2C模块时钟频率

I2CCLKLO=6；// Low-time 时间间隔

I2CCLKHO=7； // High-time时间间隔

I2COARO=0x00000001；//从机地址

3.3 DSP端发送接收控制信息的程序流程图

在图3中，由初始化程序把DM643配置为主机，把单片机配置为从机。则当由DSP端向单片机发送控制信息时，DM643作为主机发送器，而单片机为从机接收器，其数据传输过程如下：

(1) DM643主机寻址单片机从机；

(2) DM643主机发送器发送数据到单片机从机接收器；

(3) DM643主机终止传输。

DSP端向单片机发送控制信息的程序流程图如图4所示。

图4. 发送信息的程序流程图

图5. 接收信息的程序流程图

当DM643主机想从单片机从机接收信息时，DM643作为主机接收器，而单片机为从机发送器，其数据传输过程如下：

（1）DM643主机寻址单片机从机，DM643主机接收器从单片机从机发送器接收数据；（2）DM643主机终止传输。

DSP端从单片机接收控制信息的程序流程图如上图5所示。

在接收信息的程序流程图中，DM643首先设置为主发送模式，并把要读取的数据所在的子地址发送出去，收到响应信息后把自己设置为主接收模式并开始接收单片机发送过来的信息。而单片机刚开始设置为从机接收器，当收到第一个字节后设置为从机发送器并开始发送信息。

4 总结

数字化家庭信息中心构建了一个可扩展的平台，在未来应用中，可以根据需要集成更多新的系统，如加入IPTV、V oIP等应用。

而在应用I2C总线时，需要注意，如果在I2C总线上带内部电阻的单片机接口上连接，可以不外加上拉电阻，在程序中为了配合需求的传输速率，要加入一定的延时。

本文作者创新点：提出了一种新的基于数字信号处理器和单片机的智能家庭信息中心的总体设计方案，并具体分析了主控器中DSP和单片机的通讯实现。

参考文献：

1. Ikuo Keshi，Yumi Shiraishi，Hiroaki Niwamoto，Minoru Okada，Heiichi Yamamoto．“Is Home Network Application Acceptable or Not．0-7803-8834-8/05 IEEE，5337-5340．

2. Texas Instruments Incorporated．TMS320DM643 Video/Imaging Fixed-Point Digital Signal Processor[EB/OL]．https://www.wendangku.net/doc/1f9651251.html,/lit/ds/symlink/tms320dm64

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4. the I2C-bus specification version 2.1．Philips Semiconductors，January 2000https://www.wendangku.net/doc/1f9651251.html,/shop/read.php?ID=3137

5. 张小梅，陆俊，彭冰沁，刘宏．嵌入式智能家居监控系统的设计与实现．单片机读写U 盘+移动硬盘方案-SL811HST开发套件微计算机信息，2007，1-2：55-56

来源:微计算机信息

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教育部直属重点大学名单 北京(21所) 北京大学(北京大学、北京医科大学) 中国人民大学 清华大学(清华大学、中央工艺美术学院) 北京科技大学 北京化工大学(北京化工大学、北京化工管理干部学院) 北京师范大学 北京外国语大学 北京语言大学 北京邮电大学 中国农业大学(北京农业大学、北京农业工程大学) 北京林业大学 北京广播学院 中央财经大学(中央财经大学、中央财政管理干部学院) 中国政法大学(中国政法大学、中央政法管理干部学院) 中央音乐学院 中央戏剧学院 中央美术学院 北方交通大学(北方交通大学、北京电力高等专科学校) 北京中医药大学(北京中医药大学、北京针灸骨伤学院、北京针灸骨伤学院附属中等专业学校) 对外经济贸易大学(对外经济贸易大学、中国金融学院) 华北电力大学 天津(2所) 南开大学(南开大学、天津外贸学院) 天津大学 辽宁(2所) 大连理工大学 东北大学(东北大学、黄金学院) 吉林(2所) 吉林大学(吉林大学、吉林工业大学、白求恩医科大学、长春科技大学、长春邮电学院) 东北师范大学 黑龙江(1所) 东北林业大学 上海市(8所) 复旦大学(复旦大学、上海医科大学)

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教育部直属学校名单

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青岛海洋大学 武汉大学武汉大学、武汉水利电力大学、武汉测绘科技大 学(尚未合并) 华中科技大学华中理工大学、同济医科大学、武汉城市建设学 院 武汉理工大学武汉工业大学、武汉汽车工业大学、武汉交通科 技大学 华中师范大学 湖南大学湖南大学、湖南财经大学 中南大学中南工业大学、湖南医科大学、长沙铁道学院、 长沙工业高等专科学校 中山大学 华南理工大学 四川大学 重庆大学重庆大学、重庆建筑大学、重庆建筑高等专科学 校 西南师范大学 西安交通大学西安交通大学、西安医科大学、陕西财经学院西北农林科技大学西北农大、西北林学院、中科院水土保持研究所、 水利部西北水利科学研究所、陕西省农业科学 院、陕西省林业科学院、中国科学院西北植物所陕西师范大学 兰州大学 北京邮电大学 石油大学 中国农业大学 北京林业大学 北京广播学院 中央财经大学 中国政法大学 中央音乐学院 中央戏剧学院 中央美术学院 东北林业大学 西南财经大学

211、985及教育部直属高校名单

211工程高校（112所） 北京(25所) 清华大学北京大学中国地质大学（北京）中国石油大学（北京）中国人民大学北京交通大学北京工业大学北京航空航天大学 北京林业大学北京化工大学北京邮电大学中国农业大学北京理工大学北京科技大学中国传媒大学 中央民族大学北京师范大学中央音乐学院对外经济贸易大学北京中医药大学北京外国语大学 北京体育大学中国政法大学中央财经大学华北电力大学 上海(9所) 上海外国语大学复旦大学同济大学华东师范大学上海大学上海财经大学东华大学华东理工大学 上海交通大学 天津(3所) 南开大学天津大学天津医科大学 重庆(2所) 重庆大学西南大学 河北(1所) 河北工业大学 山西(1所) 太原理工大学 内蒙古(1所) 内蒙古大学 辽宁(4所) 大连理工大学东北大学辽宁大学大连海事大学 吉林(3所) 吉林大学东北师范大学延边大学 黑龙江(4所) 哈尔滨工业大学哈尔滨工程大学东北农业大学东北林业大学 江苏(11所) 南京大学东南大学苏州大学南京师范大学中国矿业大学中国药科大学河海大学南京理工大学 江南大学南京农业大学南京航空航天大学 浙江(1所) 浙江大学 安徽(3所) 中国科学技术大学安徽大学合肥工业大学 福建(2所) 厦门大学福州大学 江西(1所) 南昌大学 山东(3所) 山东大学中国海洋大学中国石油大学

河南(1所) 郑州大学 湖北(7所) 华中科技大学武汉大学中国地质大学(武汉) 武汉理工大学华中师范大学华中农业大学 中南财经政法大学 湖南(3所) 湖南大学中南大学湖南师范大学 广东(4所) 中山大学华南师范大学暨南大学华南理工大学 广西(1所) 广西大学 四川(5所) 四川大学西南交通大学电子科技大学四川农业大学西南财经大学 云南(1所) 云南大学 贵州(1所) 贵州大学 陕西(7所) 西北大学西安交通大学西北工业大学长安大学西北农林科技大学西安电子科技大学陕西师范大学 甘肃(1所) 兰州大学 新疆(2所) 新疆大学石河子大学 宁夏（1所） 宁夏大学 青海（1所） 青海大学 海南 (1所) 海南大学 西藏（1所） 西藏大学 军事院校 (3所) 第二军医大学第四军医大学国防科技大学 985工程一期名单（34所） 学校共建单位协议签署时间 北京大学教育部、北京市 1999.7 清华大学教育部、北京市 1999.7 南京大学教育部、江苏省 1999.7

2020年最新教育部直属高校名单

院校名称类别院校隶属所在省市211985研究生院北京大学综合教育部北京√√√ 中国人民大学综合教育部北京√√√ 清华大学工科教育部北京√√√ 北京交通大学工科教育部北京√√ 北京科技大学工科教育部北京√√ 北京化工大学工科教育部北京√ 北京邮电大学工科教育部北京√√ 中国农业大学农业教育部北京√√√ 北京林业大学林业教育部北京√√ 北京中医药大学医药教育部北京√ 北京师范大学师范教育部北京√√√ 北京外国语大学语言教育部北京√ 北京语言大学语言教育部北京 中国传媒大学语言教育部北京√ 中央财经大学财经教育部北京√ 对外经济贸易大学财经教育部北京√ 国际关系学院政法教育部北京 中央音乐学院艺术教育部北京√ 中央美术学院艺术教育部北京 中央戏剧学院艺术教育部北京 中国政法大学政法教育部北京√ 华北电力大学(北京)工科教育部北京√ 南开大学综合教育部天津√√√ 天津大学工科教育部天津√√√ 华北电力大学(保定)工科教育部河北√ 大连理工大学工科教育部辽宁√√√ 东北大学工科教育部辽宁√√√ 吉林大学综合教育部吉林√√√ 东北师范大学师范教育部吉林√√ 东北林业大学林业教育部黑龙江√ 复旦大学综合教育部上海√√√ 同济大学工科教育部上海√√√

上海交通大学综合教育部上海√√√华东理工大学工科教育部上海√√东华大学工科教育部上海√ 华东师范大学师范教育部上海√√√上海外国语大学语言教育部上海√ 上海财经大学财经教育部上海√ 南京大学综合教育部江苏√√√东南大学综合教育部江苏√√√中国矿业大学工科教育部江苏√√河海大学工科教育部江苏√√江南大学综合教育部江苏√ 南京农业大学农业教育部江苏√√中国药科大学医药教育部江苏√ 浙江大学综合教育部浙江√√√合肥工业大学工科教育部安徽√ 厦门大学综合教育部福建√√√山东大学综合教育部山东√√√中国海洋大学综合教育部山东√√ 中国石油大学(华东)工科教育部山东√√武汉大学综合教育部湖北√√√华中科技大学工科教育部湖北√√√中国地质大学(武汉)工科教育部湖北√√武汉理工大学工科教育部湖北√ 华中农业大学农业教育部湖北√ 华中师范大学师范教育部湖北√ 中南财经政法大学财经教育部湖北√ 湖南大学综合教育部湖南√√√中南大学综合教育部湖南√√√中山大学综合教育部广东√√√华南理工大学工科教育部广东√√√四川大学综合教育部四川√√√重庆大学综合教育部重庆√√√西南交通大学工科教育部四川√√

北京高校通讯录

精心整理序号 院校名称电话传真/电子邮件/网址地址/邮政编码 1.北京大学★北京市颐和园路5号 100871 2.北京第二外国语学院 ★北京市定福庄南里1号100024 3.北京电影学院★北京市西土城路4号 100088 4.北京工业大学★北京市平乐园100号 100022 5.北京航空航天大学★北京市学院路37号 100083 6.北京化工大学★北京市北三环东路15号 100029 7.北京交通大学★北京市上园村3号 100044 8.北京科技大学★北京市学院路30号 100083 9.北京理工大学★北京市中关村南大街5号 100081 10.北京林业大学★北京清华东路35号 100083 11.北京师范大学★北京市新街口外大街19号 100875 12.北京体育大学★北京市中关村北大街 100084 13.北京外国语大学★北京市西三环北路2号 100081 14.北京邮电大学★北京市西土城路10号 100876 15.北京语言大学★北京市学院路15号 100083 16.北京中医药大学★北京市北三环东路11号 100029 17.对外经济贸易大学★北京市惠新东街12号 100029 18.清华大学★北京市清华园1号 100084 19.首都经济贸易大学★北京市朝阳门外金台里2号 100026 20.首都师范大学★北京市西三环北路105号 100037 21.首都体育学院★北京市北三环西路11号 100088

22.外交学院★北京市展览路24号 100037 23.中国地质大学（北京） ★北京市学院路29号100083 24.中国农业大学★北京市清华东路17号 100083 25.中国人民大学★北京市中关村大街59号 100872 26.中央美术学院★北京市花家地南街8号 100102 27.中央戏剧学院★北京市东棉花胡同39号 100710 28.中央音乐学院★北京市鲍家街43号 100031 29.中国科学院研究生院北京市玉泉路（甲）19号 100049 30.华北电力大学★北京德胜门外朱辛庄 102206 31.北方工业大学北京市晋元庄路5号 100041 32.北京服装学院北京市樱花东街甲2号 100029 33.北京工商大学北京市阜成路33号 100037 34.北京信息科技大学 （原北京机械工业学 院）北京市清河小营东路12号100085 35.北京建筑工程学院北京市西城区展览路1号 100044 36.北京广播电视大学北京市皂君庙甲4号 100081 37.北京教育学院北京市西直门外文兴街2号 100044 38.北京经济管理职业学 院北京市花家地街19号100102 39.北京联合大学北京市北四环东路97号 100101 40.北京联合大学旅游学 院北京市北四环东路99号100101 41.北京联合大学商务学 院北京市延静东里甲3号100025 42.北京联合大学应用文 理学院北京市北土城西路197号100083 43.北京农学院北京市朱辛庄北农路7号 102206 44.北京青年政治学院北京市望京中环南路4号 100102

中央部委直属高校名单

中央部委直属高校名单（2014） 教育部直属高等学校（75所） 北京市（24所）： 北京大学中国人民大学清华大学 中央音乐学院中央戏剧学院中央美术学院 北京林业大学北京交通大学北京外国语大学 中国政法大学中国传媒大学北京中医药大学 北京语言大学北京师范大学对外经济贸易大学 北京化工大学北京邮电大学中国地质大学（北京） 华北电力大学中央财经大学中国矿业大学（北京） 中国农业大学北京科技大学中国石油大学（北京） 国际关系学院（教育部管理） 上海市（8所）： 复旦大学上海交通大学同济大学华东师范大学 上海外国语大学上海财经大学东华大学华东理工大学 江苏省（7所）： 南京大学东南大学中国矿业大学河海大学 南京农业大学中国药科大学江南大学 湖北省（7所）： 武汉大学华中科技大学中国地质大学（武汉）武汉理工大学华中师范大学华中农业大学中南财经政法大学

陕西省（5所）： 西安交通大学西北农林科技大学西安电子科技大学陕西师范大学长安大学 四川省（4所）：四川大学电子科技大学西南交通大学西南财经大学山东省（3所）：山东大学中国海洋大学中国石油大学（华东） 天津市（2所）：南开大学天津大学 吉林省（2所）：吉林大学东北师范大学 广东省（2所）：中山大学华南理工大学 辽宁省（2所）：东北大学大连理工大学 湖南省（2所）：中南大学湖南大学 重庆市（2所）：重庆大学西南大学 黑龙江（1所）：东北林业大学 安徽省（1所）：合肥工业大学 浙江省（1所）：浙江大学 甘肃省（1所）：兰州大学 福建省（1所）：厦门大学 国务院侨务办公室直属高等学校（2所） 福建省（1所）：华侨大学 广东省（1所）：暨南大学 工业和信息化部直属高等学校（7所） 北京市（2所）：北京理工大学北京航空航天大学 江苏省（2所）：南京理工大学南京航空航天大学 黑龙江（2所）：哈尔滨工业大学哈尔滨工程大学 陕西省（1所）：西北工业大学