在电机控制系统中，上位机需要向被控电机下发运行参数，而被控对象也要把转速、位置等运行状态实时回传给远程控制端。串行通信连线少、成本低、可靠性高，被广泛用于这类主从式数据交换。本文以数字信号处理器 TMS320LF2407A 为控制核心，利用其片内串行通信接口（SCI）实现与 PC 机的 RS-232C 异步通信，利用串行外设接口（SPI）驱动 MAX7219 数码显示电路，为现场人员就地显示电机转速等运行参数，并给出这两部分接口电路的硬件设计。
一、SCI 串行通信接口电路
电机的转向、转速及位置等运行参数由上位机设定，经 RS-232 串行链路传送到 DSP，DSP 再把运行结果返回主机，从而实现远程客户端与被控电机之间的通信。由于 PC 机普遍配带 RS-232 接口，系统直接利用 PC 的串行口与 DSP 的异步串行口 SCI 进行 RS-232C 通信与数据交换，由计算机完成对工业现场被控对象的检测与控制。TMS320LF2407A 的串行通信接口电路如图 1 所示。
图 1 串行通信接口电路
该电路采用符合 RS-232 标准的驱动芯片 ADM202E。ADM202E 功耗低、集成度高，由 +5 V 单电源供电，内部集成电荷泵以及 2 个接收通道和 2 个发送通道，可同时满足收发需要。
需要特别注意的是电平匹配问题：TMS320LF2407A 的 I/O 引脚为 +3.3 V 电平，而 ADM202E 是 +5 V 器件，两者直接相连会使 DSP 的接收引脚承受 5 V 电压，超出其允许的输入范围。因此设计在两者之间加入了由一只二极管（1N4007）和 3 只电阻构成的电平转换网络：ADM202E 送至 DSP 的 5 V 电平经二极管降压后再由电阻分压，钳制在 3.3 V 以内；DSP 送出的 3.3 V 电平则可经电阻网络直接驱动 ADM202E 的 TTL 输入。这一方案省去了专用电平转换芯片，简化了电路并降低了成本。
通过该接口，DSP 把控制系统的实时运行状态上传给上位机，供存储和分析；上位机则通过同一链路把控制指令（启动、停止、正转、反转、转速给定等）下发给 DSP，实现对电机控制系统的实时控制。系统串行通信速率可变，波特率默认为 19200 bps，可在 1200、2400、4800、9600、19200 bps 之间调整。整个接口电路结构简单，可靠性高。
二、SPI 接口与 MAX7219 显示驱动电路
电机控制系统还需要数码显示驱动电路，以便现场控制人员及时了解电机当前的转速等信息，因此有必要利用 SPI 同步串行口实现 DSP 与外围设备之间的通信。MAX7219 是集成度较高的共阴极数码管显示驱动器，其典型应用电路如图 2 所示，只需一片芯片即可驱动 8 位 LED 显示器。DSP 通过寄存器配置工作在 SPI 主模式下，MAX7219 作为从器件。
图 2 SPI 与 MAX7219 的硬件连接电路
引脚连接关系为：TMS320LF2407A 的 SPISIMO 接 MAX7219 的 DIN（串行数据输入），SPICLK 接 CLK（串行时钟输入），SPISTE 接 LOAD（数据锁存／片选端，低电平有效）。MAX7219 的 DIG0～DIG7 接 8 个数码管的位选端，SEG A～SEG G 及 DP 接七段显示器各段驱动端及小数点驱动端。
数据传输过程由 SPI 控制：SPICLK 向 MAX7219 提供串行时钟，决定数据移位的节拍；SPISTE 提供低电平有效的片选信号；SPISIMO 把数据经 DIN 脚送入芯片内部的移位寄存器，再由 LOAD 引脚上的上升沿将数据锁存到相应寄存器中，从而完成一次显示数据的更新。
显示亮度由外接电阻 RSET 决定。每段的驱动峰值电流约为 RSET 中电流的 100 倍，因此 RSET 的取值不宜过小，一般不应小于 10 kΩ。实际调试时可先用可调电阻调节亮度，达到要求后换用同阻值的固定电阻。此外，MAX7219 各段电流的正常工作范围为 10～40 mA，当段电流需要超过 40 mA 时必须外加扩流电路，否则芯片会因过热而损坏。
三、小结
该实验系统用 DSP 的 SCI 接口实现了控制器与上位机之间的通信连接：DSP 把控制系统实时运行状态上传供存储和分析，上位机把控制指令下发给 DSP 以实现实时控制，波特率可在 1200～19200 bps 范围内调整；SPI 接口配合 MAX7219 完成转速等运行参数的本地数码显示。两路串行接口均使用 DSP 片内资源，所需外围元件少，电路简单，可靠性高，能够满足电机控制系统对远程通信和现场显示的要求。