MSP430G2553串行通信UART和SPI

1、MSP430串行通信UART、SPI陳文根劉磊 2016/6/26通信原理 單工、全雙工、半雙工 能同時收發(fā)就是全雙工，比如打電話，雙方可以“對吼”。 數(shù)據(jù)能收能發(fā)，但要分時進行就是半雙工，比如對講機。一方按下按鍵，只能說話（發(fā)送數(shù)據(jù)），另一方只能收聽。當一個人說完必須加一句“ over ”，然后就得松開按鍵（接收數(shù)據(jù)），對方聽到“ over ”知道對方講完了，這時才能按下按鍵說話（發(fā)送數(shù)據(jù)）。 只能單向通信就是單工了，比如廣播，播音員播音時（發(fā)送數(shù)據(jù)），聽眾永遠只能是聽眾。通信原理 并行通信通信原理 串行通信 1 線通信 在真正傳輸“有用信號前”，需要先確定信號的流向（讀還是寫）。 由于沒有

2、同步時鐘，每 1 位數(shù)據(jù)的間隔必須足夠大以容忍時鐘的頻差和相差。通信原理 2 線通信 增加同步時鐘線。 這樣一來，雖然也得麻煩的判斷信號流向，但是每位數(shù)據(jù)的間隔可以很小（波特率高）。（左圖） 增加數(shù)據(jù)線。 一根負責收，一根負責發(fā)，構成全雙工通信，這樣也能成倍提高效率。（右圖）通信原理 3 線通信 有了 3 根線，就可以有 1 根時鐘線， 1 根數(shù)據(jù)發(fā)送線， 1 根數(shù)據(jù)接收線了。這樣的速度又可以加快了。 需規(guī)定主機從機，同步時鐘由主機控制。通信原理 具體應用 全雙工時，往往不宜多機對等的通信，最多是 1 主多從（除非給每個主機增加使能控制線）。 而半雙工時，則很容易“并聯(lián)”成多機通信， 通過總線

3、仲裁和地址廣播等辦法來實現(xiàn)任意設備之間的通信。通信原理 通信協(xié)議 簡單說，就是通信的雙方要約定 1、0 序列代表什么含義，就像可以用“三長兩短”代表危險一樣。如果我們是自己使用兩片單片機進行通信，那么我們愛怎么規(guī)定數(shù)據(jù)流的含義就怎么規(guī)定，誰也管不著。但是，自定義的通訊協(xié)議有幾個缺點。通信原理 自編通訊協(xié)議的效率不高，會有 bug。成熟的通訊協(xié)議都是人類集體智慧的結晶。 不是通用協(xié)議，不能與“別人”進行通信。協(xié)議這個東西，和霸王條款差不多。 成熟的通信協(xié)議有相應的硬件支持，可以在通信時減輕 CPU 的負擔，增強性能。UARTUART 原理 UART UART（ Universal Asynchr

4、onous Receiver/ Transmitter）是通用異步收發(fā)器的縮寫，一般稱為串口。由于不需要時鐘線，且為全雙工工作，所以 UART 有兩根數(shù)據(jù)線，發(fā)送 Tx 和接收Rx。UART 原理 UART 通信協(xié)議 首先是一個起始位，然后是 7-8 位可選的數(shù)據(jù)位，0-1 位可選的地址判別位、 0-1 位可選的奇偶判別位、1-2 位可選的高電平停止位。UART 原理 UART 多機通信 UART 可以 1 主多從進行通信，主機的 Tx 連上全部從機的 Rx，主機的Rx 連上所有從機的 Tx。UART 原理 地址位模式多機通信 在每幀中插入了一個地址位 Address Bit。UART 原理

5、空閑幀模式多機通信 對于每次對同一從機都發(fā)送很多數(shù)據(jù)的情況下，采用空閑幀模式的效率更高。UART下相關的寄存器-功能選擇寄存器UART下相關的寄存器-UCAxCTL1控制寄存器UART下相關的寄存器-波特率設置寄存器UART下相關的寄存器-中斷使能寄存器UART下相關的寄存器-接收和發(fā)送緩沖寄存器UART下相關的寄存器-中斷標志位寄存器SPISPI 原理 SPI 的數(shù)據(jù)接口 SPI（ Serial Peripheral Interface）串行外設接口的簡稱，它是一種同步全雙工通信協(xié)議。Motorola首先提出的有 3 根或者 4 根數(shù)據(jù)線組成，包括 CLK、SOMI、SIMO、STE： SO

6、MI 是 Slave output Master input 的縮寫，如果設備被設定為主機，那么這就是輸入口。如果設備被設定為從機，這個口就是輸出口。這與 UART 的 Tx 和 Rx 方向恒定相不同。 SIMO 是 Slave input Master Output 的縮寫。 STE 是 Slave Transmit Enable 的縮寫。SPI 原理 SPI 共分為 4 種工作模式：三線制主模式、三線制從模式、四線制主模式、四線制從模式。SPI 原理 SPI 協(xié)議時序圖 數(shù)據(jù)傳輸格式 通常是高位(MSB)在前，低位(LSB)在后。一些增強型MCU中可以通過軟件設置高位在前或低位在前。 兩個

7、概念時鐘極性：表示時鐘信號在空閑時是高電平還是低電平。時鐘相位：決定數(shù)據(jù)是在SCK(CLK)的起始沿采樣還是在SCK(CLK)的結束沿采樣。SPI 原理時鐘相位為時鐘相位為1 1時鐘前沿數(shù)時鐘前沿數(shù)據(jù)輸出據(jù)輸出時鐘后沿數(shù)時鐘后沿數(shù)據(jù)采樣據(jù)采樣時鐘信號時鐘信號極性極性0 0極性極性1 1從機選擇從機選擇時鐘相位時鐘相位控制為控制為0 0時鐘前沿時鐘前沿數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)采樣時鐘后沿時鐘后沿數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出時鐘前沿輸出時鐘前沿輸出時鐘后沿采樣時鐘后沿采樣時鐘前沿采樣時鐘前沿采樣時鐘后沿輸出時鐘后沿輸出SPI 原理 傳輸模式 根據(jù)時鐘極性(CPOL)及相位(CPHA)不同可以組合成 4種工作模式：SPI0

8、，SPI1，SPI2，SPI3.（1）SPI0：CPOL=0,CPHA=0（2）SPI1：CPOL=0,CPHA=1（3）SPI2：CPOL=1,CPHA=0（4）SPI3：CPOL=1,CPHA=1USCI 模塊 通用串行通信接口(USCI)模塊支持多種串行通信模式。不同的USCI 模塊支持不同的模式 USCI_Ax 模塊支持： UART 模式 IrDA 通信的脈沖整形 LIN 通信的自動波特率檢測 SPI 模式 USCI_Bx 模塊支持： I2C 模式 SPI 模式MSP430 模塊MSP430的SPI模塊有如下特點： 支持3線或4線SPI操作 支持7位或8位數(shù)據(jù)格式 接收和發(fā)送有單獨的移

9、位寄存器 接收和發(fā)送有獨立的緩沖器 接收和發(fā)送有獨立的中斷能力 時鐘的極性和相位可編程 主模式的時鐘頻率可編程 傳輸速率可編程 支持連續(xù)收發(fā)操作 支持主從方式SPI模式下可用的USCI寄存器名稱名稱描述描述訪問訪問復位值復位值寄存器訪問寄存器訪問UCBxCTLW0USCI_Bx控制字控制字0 讀讀/寫寫0001h字字UCBxBRWUSCI_Bx波特率控制字波特率控制字讀讀/寫寫0000h字字UCBxMCTLUSCI_Bx調制器控制調制器控制 UCBxSTATUSCI_Bx狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器 讀讀/寫寫00h字節(jié)字節(jié)UCBxRXBUFUSCI_Bx接收緩存接收緩存讀讀/寫寫00h字節(jié)字節(jié)UCB

10、xTXBUF USCI_Bx發(fā)送緩存發(fā)送緩存讀讀/寫寫00h字節(jié)字節(jié)UCBxI2COAUSCI_Bx I2C本機地址本機地址 讀讀/寫寫0000h字字UCBxI2CSAUSCI_Bx I2C從機地址從機地址讀讀/寫寫0000h字字UCBxICTL USCI_Bx中斷控制中斷控制讀讀/寫寫0200h 字字UCBxIEUSCI_Bx中斷使能中斷使能讀讀/寫寫00h字節(jié)字節(jié)UCBxIFG USCI_Bx中斷標志中斷標志讀讀/寫寫02h字節(jié)字節(jié)UCBxIVUSCI_Bx中斷向量中斷向量 讀讀0000h字字USCI_Ax和和USCI_Bx都有都有SPI模塊，下面以模塊，下面以USCI_Bx為例，介紹相關

11、寄存器為例，介紹相關寄存器UCB控制寄存器控制寄存器 UCBxCTL1(USCI_Bx control register)00: 00: NANA01: ACLK01: ACLK1010：SMCLKSMCLK1111：SMCLKSMCLK0: 0: 不允許軟件復位不允許軟件復位1: 1: 允許軟件復位允許軟件復位0: 前沿采樣，后沿輸出前沿采樣，后沿輸出1: 前沿輸出，后沿采樣前沿輸出，后沿采樣0: 從機模式從機模式1: 主機模式主機模式00:三線制三線制01:四線制，四線制，UCxSTE=1選擇從機選擇從機10:四線制，四線制，UCxSTE=0選擇從機選擇從機11:I2C模式模式0: 異步通

12、信異步通信1: 同步通信同步通信0: 時鐘空閑狀態(tài)為低電平時鐘空閑狀態(tài)為低電平1: 時鐘空閑狀態(tài)為高電平時鐘空閑狀態(tài)為高電平UCB控制寄存器控制寄存器 UCBxCTL0(USCI_Bx control register)0: LSB first1: MSB first0: 8-bit data1: 7-bit data比特率控制寄存器比特率控制寄存器 UCBxBR0和和UCBxBR1UCBxBR0是比特率發(fā)生器的低8位；UCBxBR1是比特率發(fā)生器的高8位。計算是UCBR0 + UCBR1256串口中斷允許寄存器串口中斷允許寄存器IE20: 發(fā)送中斷禁止發(fā)送中斷禁止1: 發(fā)送中斷允許發(fā)送中斷允許0: 接收中斷禁止接收中斷禁止1: 接收中斷允許接收中斷允許串口中斷標志寄存器串口中斷標志寄存器 UCBxIF