MSO430F6638異步(UART)通信

1、8、 MSP430通信接口2 Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reservedwww.msp430.ubi.pt本章概述MSP430系列微控制器中具有通信模塊系列微控制器中具有通信模塊USCI (通用串行通信接口通用串行通信接口)，可配置，可配置成以下三種通信接口：成以下三種通信接口： 它能夠配置成UART(通用異步通信協(xié)議)（異步） SPI(串行外設(shè)接口協(xié)議) （同步） I2C(內(nèi)部集成電路協(xié)議)模式（同步）此外，一些此外，一些MSP430系列還具有系列還具有USB模塊，它完全兼容模塊，它完全兼容USB 2.0全速全速 規(guī)范，擴展了規(guī)范

2、，擴展了MSP430的應(yīng)用領(lǐng)域范圍。的應(yīng)用領(lǐng)域范圍。3 Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reservedwww.msp430.ubi.pt本章結(jié)構(gòu) MSP430通信接口通信接口 4.1 通信系統(tǒng)概述 4.2 USCI模塊概述 4.3 通用異步通信協(xié)議UART模式 4.4 串行外設(shè)接口協(xié)議SPI模式 4.5 內(nèi)部集成電路協(xié)議I2C模式 4.6 通用串行總線協(xié)議USB模塊 4.1 通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)模型 所有數(shù)字通信系統(tǒng)都具有三種設(shè)備： 發(fā)送器：把信息處理成合適的格式，然后發(fā)送； 接收器：收集信息并抽取出原始數(shù)據(jù)； 通信介質(zhì)：為信息流提供物

3、理介質(zhì)，通常為雙絞線、光纖或射頻網(wǎng)絡(luò)。通信常用術(shù)語 數(shù)據(jù)各位同時進行傳送 數(shù)據(jù)逐位順序進行傳送 (串行通信)收/發(fā)可同時進行 (串行通信)收/發(fā)不可同時進行 單位時間傳送的位數(shù)并行通信在并行通信系統(tǒng)中，要發(fā)送的數(shù)字值的每個位都具有獨立的信號線。在并行通信系統(tǒng)中，要發(fā)送的數(shù)字值的每個位都具有獨立的信號線。多條線上的邏輯電平共同形成了要發(fā)送的信息的值多條線上的邏輯電平共同形成了要發(fā)送的信息的值.串口通信 (1/2) 串行通信的基本特征是數(shù)據(jù)逐位順序進行傳送串行通信的格式及約定（如：同步方式、通訊速率、數(shù)據(jù)塊格式、信號電平等）不同，形成了多種串行通信的協(xié)議與接口標準。常見的有： 通用異步收發(fā)器(UA

4、RT) 通用串行總線（USB） I2C總線 CAN總線 SPI總線 RS-485，RS-232C，RS422A標準同步、異步的概念處理器之間不使用公共的參考時鐘，通信雙方分別有自己的時鐘源，但必須使用相同的波特率。例如UART就是屬于串行異步通信。由主機提供時鐘與數(shù)據(jù)，從機使用該時鐘接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)，即通信雙方公用時鐘源。例如：SPI和I2C就屬于串行同步通信。10n同步通信同步通信：在同步通信方式下，在傳送數(shù)據(jù)的同：在同步通信方式下，在傳送數(shù)據(jù)的同時還要傳送時鐘信號，以使接收雙方可以用時鐘信時還要傳送時鐘信號，以使接收雙方可以用時鐘信號來確定每個信息位。號來確定每個信息位。1100011n

5、同步通信同步通信：在同步通信方式下，在傳送數(shù)據(jù)的同：在同步通信方式下，在傳送數(shù)據(jù)的同時還要傳送時鐘信號，以使接收雙方可以用時鐘信時還要傳送時鐘信號，以使接收雙方可以用時鐘信號來確定每個信息位。號來確定每個信息位。1100012n同步通信：在同步通信方式下，在傳送數(shù)據(jù)的同同步通信：在同步通信方式下，在傳送數(shù)據(jù)的同時還要傳送時鐘信號，以使接收雙方可以用時鐘信時還要傳送時鐘信號，以使接收雙方可以用時鐘信號來確定每個信息位。號來確定每個信息位。1100001010n同步通信的缺點是要求同步通信的缺點是要求發(fā)送時鐘和接收時鐘保持發(fā)送時鐘和接收時鐘保持嚴格同步嚴格同步。13同步字符同步字符（SYN1)同步

6、字符同步字符（SYN2)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（DATA)n 同步通信是按數(shù)據(jù)塊傳送的。把傳送的字符順序地連接起來，組成數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)塊前面加上特殊的同步字符，作為數(shù)據(jù)塊的起始符號，由收/發(fā)一致的同步時鐘在發(fā)送端發(fā)出，接收端接收到同步字符后，開始接收數(shù)據(jù)塊。n 同步通信的優(yōu)點是傳輸速率快。串行通信 (2/2) 在串行通信系統(tǒng)中，物理發(fā)送介質(zhì)只需要一條信號線。發(fā)送器根據(jù)發(fā)送器和接收器之間指定的速率發(fā)送比特序列。要使通信雙方同步，還需要一些額外的信息：起始位：加到要發(fā)送的信息的開頭，以識別一個新數(shù)據(jù)的開始；停止位：加到要發(fā)送的信息的尾部，表示傳輸結(jié)束。15n 無論以上何種通信方式，按照數(shù)據(jù)傳輸方向均可分為：單工

7、、半雙工和全雙工三種方式，如圖所示。16n單工（Simplex)方式：數(shù)據(jù)的傳輸方式是單向的，即發(fā)送端和接收端的身份是固定的，發(fā)送端只能發(fā)送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能發(fā)送信息。設(shè)備設(shè)備A發(fā)送器設(shè)備設(shè)備B接收器Data flow17n半雙工（Half Duplex）：數(shù)據(jù)可以在兩個方向上進行傳送，但是這種傳送絕不能同時進行。設(shè)備設(shè)備A發(fā)送器/接收器接收器設(shè)備設(shè)備B接收器/發(fā)送器發(fā)送器Data flown特點：雙向，但不同時。雙向，但不同時。18n 全雙工（Full Duplex）：能夠在兩個方向同時進行數(shù)據(jù)傳送。一般實現(xiàn)方法是采用兩個信道完成。設(shè)備設(shè)備A發(fā)送器/接收器設(shè)備設(shè)備B

8、接收器/發(fā)送器19比特率每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù)，單位為bps（bit per second ）。波特率每秒鐘調(diào)制信號變化的次數(shù)。n數(shù)據(jù)的傳輸速率可以用比特率表示。數(shù)據(jù)的傳輸速率可以用比特率表示。n不考慮實際通信中的調(diào)制和解調(diào)，計算機直不考慮實際通信中的調(diào)制和解調(diào)，計算機直接傳輸?shù)男盘栔挥懈?、低電平（邏輯接傳輸?shù)男盘栔挥懈?、低電平（邏?或邏輯或邏輯1），那么比特率就等于波特率。），那么比特率就等于波特率。20某異步通信的波特率為4800，8個數(shù)據(jù)位，無校驗位，一個起始位，一個停止位。試估算每個字符傳輸所需要的時間。解：起始位1位，8位數(shù)據(jù)位，無校驗位，一個起始位，一個停止位，則一個字符的編碼為1

9、+8+0+1=10位。波特率為4800，即4800位/秒，傳輸10位所需要的時間是10/48000.002083秒，即2.083毫秒。 4.2 USCI模塊概述USCI模塊特性低功耗運行模式（自動啟動）兩個獨立模塊： USCI_A： 支持Lin/IrDA的UART； SPI( 主/從、3線和4線模式)。 USCI_B： SPI (主/從、3線和4線模式)； I2C (主/從, 高達400 kHz)。雙緩沖TX/RX；波特率/位時鐘發(fā)生器： 自動波特率檢測； 靈活的時鐘源。RX干擾抑制；使能DMA；錯誤檢測。初始化USCI模塊 使用USCI模塊之前，要先對其進行初始化配置。建議采用以下步驟初始化

10、或重配置USCI模塊： 置位UCAxCTL1的UCSWRST； 初始化USCI寄存器； 配置相應(yīng)引腳端口； 軟件清零UCSWRST； 使能UCxRXIE和/或UCxTXIE中斷。波特率生成 對于一個特定的時鐘源的頻率，分頻值下列公式給出： 通常情況下，N不是一個整數(shù)，因此，需要使用調(diào)制器。低頻波特率生成 當UCOS16 = 0時即選擇為“低頻波特率生成”模式。由于該模式使用低頻時鐘信號(32.768 kHz晶振)，故其非常適合低功耗應(yīng)用。 波特率是由分頻器和調(diào)制器中獲得。 寄存器將通過下面公式得出的值來進行配置。超采樣波特率生成 當UCOS16 = 1時即選擇為“超采樣波特率生成”模式。這個模

11、式具有精確的位時序。它需要時鐘源比所需的波特率高16倍。 通過以下兩步可以產(chǎn)生波特率： 將時鐘源16分頻，結(jié)果存于BITCLK16，然后作為時鐘源由分頻器再次分頻，然后供給第一個調(diào)制器。 BITCLK由BITCLK16定義，通過16分頻及第二個調(diào)制器。 寄存器將通過下面公式得出的值來進行配置。 4.3 通用串行通信接口(USCI) UART模式主要內(nèi)容 UART總線協(xié)議 總線結(jié)構(gòu) 工作模式 數(shù)據(jù)傳輸時序 MSP430 UART模塊 USCI概述 主從機模式 UART模塊寄存器 應(yīng)用示例全雙工串行接口(UART)應(yīng)用場合 UART（Universal Asynchronous Receiver

12、and Transmitter，異步異步通信收發(fā)器通信收發(fā)器），俗稱“串口”。 串口是嵌入式系統(tǒng)與外界聯(lián)系的重要手段，主要用于以下串口是嵌入式系統(tǒng)與外界聯(lián)系的重要手段，主要用于以下兩個方面：兩個方面：1、UART直接和其他的控制器進行數(shù)據(jù)交換直接和其他的控制器進行數(shù)據(jù)交換2、UART和和PC機通信：由于機通信：由于PC機串口是機串口是RS232電平，所電平，所以連接時需要使用以連接時需要使用RS232轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器片內(nèi)片內(nèi)UART模塊模塊其它其它通信設(shè)備通信設(shè)備片內(nèi)片內(nèi)UART模塊模塊PC機串口機串口RS232電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換TxDRxDTxDRxDTxDRxDTxDRxDUART特性UART是

13、用硬件實現(xiàn)異步串行通信的通信接口電路。是用硬件實現(xiàn)異步串行通信的通信接口電路。全雙工全雙工異步模式可編程的異步模式可編程的7位、位、8位、位、9位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)獨立的波特率發(fā)生器獨立的波特率發(fā)生器最大波特率是時鐘頻率的最大波特率是時鐘頻率的1/16兩個緩沖器用于發(fā)送和接收兩個緩沖器用于發(fā)送和接收CTS用于發(fā)送操作用于發(fā)送操作可編程的奇、偶和無校驗可編程的奇、偶和無校驗檢測幀錯誤和糾正錯誤檢測幀錯誤和糾正錯誤支持發(fā)送和接收中斷支持發(fā)送和接收中斷UART 工作原理 需選擇一波特率作為發(fā)送（需選擇一波特率作為發(fā)送（/接收）數(shù)據(jù)的時序，交互接收）數(shù)據(jù)的時序，交互雙方的波特率必須一致。雙方的波特率必須一致。

14、 UART的數(shù)據(jù)以幀為單位發(fā)送，一幀數(shù)據(jù)由以下幾個的數(shù)據(jù)以幀為單位發(fā)送，一幀數(shù)據(jù)由以下幾個部分順序組成：開始位、數(shù)據(jù)位（可選位數(shù)部分順序組成：開始位、數(shù)據(jù)位（可選位數(shù)7位或位或8位）、校驗位（可選）、停止位（可選位數(shù)位）、校驗位（可選）、停止位（可選位數(shù)1位或位或2位）。通信雙方的可選部分的設(shè)置必須完全一致。位）。通信雙方的可選部分的設(shè)置必須完全一致。 數(shù)據(jù)成功的發(fā)送和接收，都有專門的中斷和狀態(tài)位來數(shù)據(jù)成功的發(fā)送和接收，都有專門的中斷和狀態(tài)位來指出，例如，接收到一幀數(shù)據(jù)，如果相應(yīng)的中斷開啟，指出，例如，接收到一幀數(shù)據(jù)，如果相應(yīng)的中斷開啟，那么進入中斷處理程序讀出數(shù)據(jù)，如果未開啟，則可那么進入中

15、斷處理程序讀出數(shù)據(jù)，如果未開啟，則可以通過循環(huán)查看接收狀態(tài)位來確定數(shù)否收到數(shù)據(jù)。以通過循環(huán)查看接收狀態(tài)位來確定數(shù)否收到數(shù)據(jù)。UART幀結(jié)構(gòu)圖 8位數(shù)據(jù)、無校驗、一位停止位的工作示例圖起始位起始位1位位數(shù)據(jù)區(qū)（由低到高）數(shù)據(jù)區(qū)（由低到高）一般為一般為7位或位或8位位校驗位校驗位1位位停止位停止位一般可選為一般可選為1位或位或2位位使用UART通信使用使用UART通信需要兩個引腳：通信需要兩個引腳：常用UART接口 RS232:是美國電子工業(yè)協(xié)會是美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)制定的串行通訊標準，制定的串行通訊標準，又稱又稱RS-232-C 。RS232是一個全雙工的通訊標準，它可是一個全雙工的通訊標

16、準，它可以同時進行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的工作。以同時進行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的工作。 RS485:是美國電子工業(yè)協(xié)會是美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)制定的串行通訊標準，制定的串行通訊標準，又稱又稱RS-232-C 。RS232是一個全雙工的通訊標準，它可是一個全雙工的通訊標準，它可以同時進行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的工作。以同時進行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的工作。 USCI介紹：UART模式 UART模塊特征包括：模塊特征包括： 帶奇校驗、偶校驗或非奇偶校驗的帶奇校驗、偶校驗或非奇偶校驗的7或或8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) 獨立的發(fā)送和接收移位寄存器獨立的發(fā)送和接收移位寄存器 獨立的發(fā)送和接受緩沖寄存器獨立的發(fā)送和接受緩沖寄存器 最低位優(yōu)先或

17、最高位優(yōu)先的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收最低位優(yōu)先或最高位優(yōu)先的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收 多處理器系統(tǒng)的內(nèi)置空閑線路和地址位通信協(xié)議多處理器系統(tǒng)的內(nèi)置空閑線路和地址位通信協(xié)議 用于自動從用于自動從LPMx模式喚醒的接收機起始邊沿檢測模式喚醒的接收機起始邊沿檢測 波特率可編程控制，支持小數(shù)波特率調(diào)制波特率可編程控制，支持小數(shù)波特率調(diào)制 用于錯誤檢測和抑制的狀態(tài)標志用于錯誤檢測和抑制的狀態(tài)標志 用于地址檢測的狀態(tài)標志用于地址檢測的狀態(tài)標志 發(fā)送和接收的獨立中斷能力發(fā)送和接收的獨立中斷能力USCI_Ax模塊框圖 UART模式在異步模式下，USCI_Ax模塊通過兩個外部引腳UCAxRXD和UCAxTXD將芯片連接到外部系統(tǒng)。

18、當UCSYNC = 0時，選擇UART模式。UART通信字符格式 UART的字符格式，包括一個起始位，7或8位數(shù)據(jù)位，一個奇/偶/非奇偶校驗位，地址位（地址位模式），以及1或2個停止位。UCMSB位控制傳送方向，選擇低位或高位優(yōu)先，UART通訊的典型選擇是低位優(yōu)先。舉例： 采用USCI_A1模塊的UART在ISR中將接收的字符原樣發(fā)送出去，工作于超低功耗LPM3模式下，時鐘頻率選擇為ACLK=32768Hz。#includevoid main(void) WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; while(BAKCTL&LOCKIO) BAKCTL&=(LOCKIO);UCSCTL6&=(XT1OFF);UCSCTL6|=XCAP_3;do UCSCTL7&=(XT2OFFG+XT1LFOFFG+DCOFFG); SFRIFG1&=OFIFG; while(SFRIFG1&OFIFG);U