4.1-4.3-異步(UART)通信-芯片資料課件(PPT 50頁(yè))

1、第四章 MSP430通信接口第1頁(yè)，共50頁(yè)。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USCI (通用串行通信接口)，可配置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MSP430系列還具有USB模塊，它完全兼容USB 2.0全速 規(guī)范，擴(kuò)展了MSP430的應(yīng)用領(lǐng)域范圍。第2頁(yè)，共50頁(yè)。3 Copyright 2009 Texas Inst

2、ruments All Rights Reservedwww.msp430.ubi.pt本章結(jié)構(gòu)MSP430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模塊第3頁(yè)，共50頁(yè)。 4.1 通信系統(tǒng)概述第4頁(yè)，共50頁(yè)。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)：為信息流提供物理介質(zhì)，通常為雙絞線、光纖或射頻網(wǎng)絡(luò)。第5頁(yè)，共50頁(yè)。通信常用術(shù)語(yǔ) 并行：數(shù)據(jù)各位同時(shí)進(jìn)行傳送 串

3、行：數(shù)據(jù)逐位順序進(jìn)行傳送全雙工：(串行通信)收/發(fā)可同時(shí)進(jìn)行 半雙工：(串行通信)收/發(fā)不可同時(shí)進(jìn)行波特率(bps.)：?jiǎn)挝粫r(shí)間傳送的位數(shù)第6頁(yè)，共50頁(yè)。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(gè)位都具有獨(dú)立的信號(hào)線。多條線上的邏輯電平共同形成了要發(fā)送的信息的值，下圖為ASCII字符“W”并行傳輸。第7頁(yè)，共50頁(yè)。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(jìn)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(hào)電平等）不同，形成了多種串行通信的協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)。常見(jiàn)的有： 通用異步收發(fā)器(UART) 通用串行總線（USB） I2C總線 CAN總線 SPI總線 R

4、S-485，RS-232C，RS422A標(biāo)準(zhǔn)第8頁(yè)，共50頁(yè)。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(hào)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(shí)別一個(gè)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。圖 ASCII字符“W”串行傳輸?shù)?頁(yè)，共50頁(yè)。同步、異步的概念異步通信：處理器之間不使用公共的參考時(shí)鐘，通信雙方分別有自己的時(shí)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。同步通信：由主機(jī)提供時(shí)鐘與數(shù)據(jù)，從機(jī)使用該時(shí)鐘接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)，即通信雙方公用時(shí)

5、鐘源。例如：SPI和I2C就屬于串行同步通信。第10頁(yè)，共50頁(yè)。 4.2 USCI模塊概述第11頁(yè)，共50頁(yè)。USCI模塊特性低功耗運(yùn)行模式（自動(dòng)啟動(dòng)）兩個(gè)獨(dú)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(dá)400 kHz)。雙緩沖TX/RX；波特率/位時(shí)鐘發(fā)生器：自動(dòng)波特率檢測(cè)；靈活的時(shí)鐘源。RX干擾抑制；使能DMA；錯(cuò)誤檢測(cè)。第12頁(yè)，共50頁(yè)。初始化USCI模塊使用USCI模塊之前，要先對(duì)其進(jìn)行初始化配置。建議采用以下步驟初始化或重配置USCI模塊：置位UCAxCTL1的U

6、CSWRST；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。第13頁(yè)，共50頁(yè)。波特率生成對(duì)于一個(gè)特定的時(shí)鐘源的頻率，分頻值下列公式給出：通常情況下，N不是一個(gè)整數(shù)，因此，需要使用調(diào)制器。第14頁(yè)，共50頁(yè)。低頻波特率生成當(dāng)UCOS16 = 0時(shí)即選擇為“低頻波特率生成”模式。由于該模式使用低頻時(shí)鐘信號(hào)(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(guò)下面公式得出的值來(lái)進(jìn)行配置。第15頁(yè)，共50頁(yè)。超采樣波特率生成當(dāng)UCOS16 = 1時(shí)即選擇為“超采樣波特率生成”模式。這個(gè)模式具有精

7、確的位時(shí)序。它需要時(shí)鐘源比所需的波特率高16倍。通過(guò)以下兩步可以產(chǎn)生波特率：將時(shí)鐘源16分頻，結(jié)果存于BITCLK16，然后作為時(shí)鐘源由分頻器再次分頻，然后供給第一個(gè)調(diào)制器。BITCLK由BITCLK16定義，通過(guò)16分頻及第二個(gè)調(diào)制器。寄存器將通過(guò)下面公式得出的值來(lái)進(jìn)行配置。第16頁(yè)，共50頁(yè)。 4.3 通用串行通信接口(USCI) UART模式第17頁(yè)，共50頁(yè)。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(shí)序MSP430 UART模塊USCI概述主從機(jī)模式UART模塊寄存器應(yīng)用示例第18頁(yè)，共50頁(yè)。全雙工串行接口(UART)應(yīng)用場(chǎng)合 UART（Universal Asynchron

8、ous Receiver and Transmitter，異步通信收發(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，主要用于以下兩個(gè)方面：1、UART直接和其他的控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換2、UART和PC機(jī)通信：由于PC機(jī)串口是RS232電平，所以連接時(shí)需要使用RS232轉(zhuǎn)換器片內(nèi)UART模塊其它通信設(shè)備片內(nèi)UART模塊PC機(jī)串口RS232電平轉(zhuǎn)換TxDRxDTxDRxDTxDRxDTxDRxD第19頁(yè)，共50頁(yè)。UART特性UART是用硬件實(shí)現(xiàn)異步串行通信的通信接口電路。全雙工異步模式可編程的7位、8位、9位數(shù)據(jù)獨(dú)立的波特率發(fā)生器最大波特率是時(shí)鐘頻率的1/16兩個(gè)緩沖器用于發(fā)送和接收

9、CTS用于發(fā)送操作可編程的奇、偶和無(wú)校驗(yàn)檢測(cè)幀錯(cuò)誤和糾正錯(cuò)誤支持發(fā)送和接收中斷第20頁(yè)，共50頁(yè)。UART 工作原理需選擇一波特率作為發(fā)送（/接收）數(shù)據(jù)的時(shí)序，交互雙方的波特率必須一致。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(gè)部分順序組成：開始位、數(shù)據(jù)位（可選位數(shù)7位或8位）、校驗(yàn)位（可選）、停止位（可選位數(shù)1位或2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(lái)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(jìn)入中斷處理程序讀出數(shù)據(jù)，如果未開啟，則可以通過(guò)循環(huán)查看接收狀態(tài)位來(lái)確定數(shù)否收到數(shù)據(jù)。第21頁(yè)，共50頁(yè)。UART幀結(jié)構(gòu)圖 8位數(shù)據(jù)

10、、無(wú)校驗(yàn)、一位停止位的工作示例圖起始位1位數(shù)據(jù)區(qū)（由低到高）一般為7位或8位校驗(yàn)位1位停止位一般可選為1位或2位第22頁(yè)，共50頁(yè)。使用UART通信使用UART通信需要兩個(gè)引腳：第23頁(yè)，共50頁(yè)。常用UART接口RS232:是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定的串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，又稱RS-232-C 。RS232是一個(gè)全雙工的通訊標(biāo)準(zhǔn)，它可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的工作。 RS485:是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定的串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，又稱RS-232-C 。RS232是一個(gè)全雙工的通訊標(biāo)準(zhǔn)，它可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的工作。 第24頁(yè)，共50頁(yè)。串行異步通信的波特率 對(duì)于給定的BRCLK時(shí)鐘源，所使

11、用的波特率將決定分頻因子N： N = INT(fBRCLK / Baud)式中，fBRCLK為實(shí)際進(jìn)入波特率發(fā)生器的時(shí)鐘頻率 Baud為實(shí)際所需要的波特率 如果兩者之比 16，則令 UCOS16 = 0 低頻模式 UCBR = INT(N) 取整 UCBRS = round( NINT(N) )8 四舍五入后取整如果兩者之比 16，則令 UCOS16 = 1 低頻模式 UCBR = INT(N/16) 取整 UCBRS = round(N/16)INT(N/16) 8 四舍五入后取整第25頁(yè)，共50頁(yè)。uart模式下可用的USCI寄存器名稱描述訪問(wèn)復(fù)位值寄存器訪問(wèn)UCBxCTLW0USCI_B

12、x控制字0 讀/寫0001h字UCBxBRWUSCI_Bx波特率控制字讀/寫0000h字UCBxMCTLUSCI_Bx調(diào)制器控制 UCBxSTATUSCI_Bx狀態(tài)寄存器 讀/寫00h字節(jié)UCBxRXBUFUSCI_Bx接收緩存讀/寫00h字節(jié)UCBxTXBUF USCI_Bx發(fā)送緩存讀/寫00h字節(jié)UCBxI2COAUSCI_Bx I2C本機(jī)地址 讀/寫0000h字UCBxI2CSAUSCI_Bx I2C從機(jī)地址讀/寫0000h字UCBxICTL USCI_Bx中斷控制讀/寫0200h 字UCBxIEUSCI_Bx中斷使能讀/寫00h字節(jié)UCBxIFG USCI_Bx中斷標(biāo)志讀/寫02h字節(jié)

13、UCBxIVUSCI_Bx中斷向量 讀0000h字USCI_Ax和USCI_Bx都有SPI模塊，下面以USCI_Bx為例，介紹相關(guān)寄存器第26頁(yè)，共50頁(yè)。應(yīng)用示例 SPI主機(jī)與從機(jī)通過(guò)三線SPI接口通信，主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給從機(jī)，同時(shí)又接收從機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)從0 x01開始遞增，從機(jī)接收到數(shù)據(jù)，就立馬發(fā)出，主機(jī)接到這個(gè)數(shù)據(jù)，進(jìn)入中斷如果發(fā)送和接收數(shù)據(jù)相同，則點(diǎn)亮LED燈，否則熄滅。第27頁(yè)，共50頁(yè)。程序流程圖RX ISR初始化SPI模塊初始化發(fā)送數(shù)據(jù)MST_Data判斷發(fā)送緩沖是否為空，若是，則發(fā)送第一個(gè)字符判斷發(fā)送緩沖是否為空，為空說(shuō)明上次發(fā)送完畢判斷本次接收到的字符和上次發(fā)送是否相同，

14、相同則亮燈發(fā)送數(shù)據(jù)自加1，并賦值給發(fā)送緩沖 主機(jī)RXISR初始化SPI模塊判斷發(fā)送緩沖是否為空，為空說(shuō)明上次發(fā)送完畢本次接收到的數(shù)據(jù)賦值給發(fā)送緩沖 從機(jī)第28頁(yè)，共50頁(yè)。主機(jī)端口初始化 P8SEL |= BIT2+BIT3; P8DIR |= BIT2+BIT3;選擇P8.4P8.6為外設(shè)功能選擇P8.4P8.6端口方向?yàn)檩敵龅?9頁(yè)，共50頁(yè)。 UCA1CTL1 |= UCSWRST; UCA1CTL1 |= UCSSEL_1; UCA1BR0 = 0 x03; UCA1BR1 = 0; UCA1MCTL = UCBRS_3+UCBRF_0; UCA1CTL1 &= UCSWRST UCA

15、1IE |= UCRXIE;主機(jī)UART模塊初始化USCI_Bx模塊邏輯復(fù)位CLK = ACLK配置波特率, 32kHz/9600=3.41調(diào)制UCBRSx=3, UCBRFx=0USCI_Bx復(fù)位釋放使能UART模塊接收中斷第30頁(yè)，共50頁(yè)。時(shí)鐘配置 while(BAKCTL & LOCKIO) BAKCTL &= (LOCKIO); UCSCTL6 &= (XT1OFF); UCSCTL6 |= XCAP_3; do UCSCTL7 &= (XT2OFFG + XT1LFOFFG + DCOFFG); SFRIFG1 &= OFIFG; while (SFRIFG1&OFIFG);打開X

16、T1解鎖XT1引腳選擇內(nèi)接電容大小 清除XT2,XT1,DCO錯(cuò)誤標(biāo)志清除晶振錯(cuò)誤中斷標(biāo)志測(cè)試晶振錯(cuò)誤標(biāo)志 第31頁(yè)，共50頁(yè)。主機(jī)接收中斷#pragma vector=USCI_ B1_VECTOR_interrupt void USCI_ B1_ISR(void) switch(_even_in_range(UC B1IV,4) case 0: break; case 2: while (!(UC B1IFG&UCTXIFG); if (UC B1RXBUF=SLV_Data) P1OUT |= 0 x01; else P1OUT &= 0 x01; MST_Data+; SLV_Data

17、+; UCB1TXBUF = MST_Data; _delay_cycles(500); break; case 4: break; default: break; 判斷發(fā)送緩沖是否為空，如果為空，標(biāo)志位置位，則說(shuō)明上個(gè)數(shù)據(jù)未發(fā)送完畢，等待直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢 如果接收與發(fā)送相同，點(diǎn)亮LED發(fā)送下一個(gè)字符第32頁(yè)，共50頁(yè)。從機(jī)端口初始化 P8SEL |= BIT4+BIT5+BIT6; P8DIR |= BIT4+BIT5+BIT6; P1REN |= BIT4; P1OUT |= BIT4; P1IES &=BIT4; P1IFG &=BIT4; P1IE |= BIT4;使能P1.4內(nèi)部電阻

18、P1.4輸出為1選擇P8.4P8.6為外設(shè)功能選擇P8.4P8.6端口方向?yàn)檩敵鯬1.4上升沿捕獲，進(jìn)入中斷P1.4 IFG 清零P1.4中斷使能第33頁(yè)，共50頁(yè)。主機(jī)SPI模塊初始化UCB1CTL1 |= UCSWRST;UCB1CTL0 |= UCSYNC+UCCKPL+UCMSB; UCB1CTL1 &= UCSWRSTUSCI_Bx模塊邏輯復(fù)位3線，8位，主機(jī)模式，時(shí)鐘極性高，MSB先發(fā)送USCI_Bx復(fù)位釋放第34頁(yè)，共50頁(yè)。從機(jī)接收中斷#pragma vector=USCI_ B1_VECTOR_interrupt void USCI_ B1_ISR(void) switch(

19、_even_in_range(UC B1IV,4) case 0: break; case 2: while (!(UC B1IFG&UCTXIFG); UCA0TXBUF = UCA0RXBUF; break; case 4: break; default: break; 判斷發(fā)送緩沖是否為空，如果為空，標(biāo)志位置位，則說(shuō)明上個(gè)數(shù)據(jù)未發(fā)送完畢，等待直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢發(fā)送下一個(gè)字符第35頁(yè)，共50頁(yè)。從機(jī)接收中斷#pragma vector=USCI_ B1_VECTOR_interrupt void USCI_ B1_ISR(void) switch(_even_in_range(UC B1IV

20、,4) case 0: break; case 2: while (!(UC B1IFG&UCTXIFG); UCA0TXBUF = UCA0RXBUF; break; case 4: break; default: break; 判斷發(fā)送緩沖是否為空，如果為空，標(biāo)志位置位，則說(shuō)明上個(gè)數(shù)據(jù)未發(fā)送完畢，等待直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢發(fā)送下一個(gè)字符第36頁(yè)，共50頁(yè)。從機(jī)主機(jī)開始工作提示中斷#pragma vector=PORT1_VECTOR_interrupt void Port_1(void) P1IFG &= BIT4; P1IE &= BIT4; UCB1CTL1 |= UCSWRST; UCB1

21、CTL1 &= UCSWRST; UCB1IE |= UCRXIE;USCI_Bx復(fù)位釋放主機(jī)準(zhǔn)備就緒，USCI_Bx模塊邏輯復(fù)位打開SPI中斷第37頁(yè)，共50頁(yè)。主機(jī)端口初始化庫(kù)/ Set P1.1 for slave reset GPIO_setOutputHighOnPin(_MSP430_BASEADDRESS_PORT1_R_, GPIO_PORT_P1, GPIO_PIN1 );/ Set P1.0 to output direction GPIO_setAsOutputPin(_MSP430_BASEADDRESS_PORT1_R_, GPIO_PORT_P1, GPIO_PIN

22、0 );/ P3.5,4,0 option select GPIO_setAsPeripheralModuleFunctionInputPin(_MSP430_BASEADDRESS_PORT8_R_, GPIO_PORT_P8, GPIO_PIN4 + GPIO_PIN5 + GPIO_PIN6 );第38頁(yè)，共50頁(yè)。USCI介紹：UART模式 UART模塊特征包括： 帶奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或非奇偶校驗(yàn)的7或8位數(shù)據(jù) 獨(dú)立的發(fā)送和接收移位寄存器 獨(dú)立的發(fā)送和接受緩沖寄存器 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 用于自動(dòng)從LPMx模式喚醒的接收機(jī)起始邊

23、沿檢測(cè) 波特率可編程控制，支持小數(shù)波特率調(diào)制 用于錯(cuò)誤檢測(cè)和抑制的狀態(tài)標(biāo)志 用于地址檢測(cè)的狀態(tài)標(biāo)志 發(fā)送和接收的獨(dú)立中斷能力第39頁(yè)，共50頁(yè)。串行異步通信的波特率在低頻模式下，分頻因子的整數(shù)部分通過(guò)預(yù)分頻器實(shí)現(xiàn)：N = INT(fBRCLK / Baud)式中，fBRCLK 為實(shí)際進(jìn)入波特率發(fā)生器的時(shí)鐘頻率 Baud為實(shí)際所需要的波特率如果兩者之比 16，則令 UCOS16 = 0 UCBR = INT(N)UCBRS = round( N-INT(N) )8如果兩者之比 16，則令UCOS16 = 1UCBR = INT(N/16)UCBRS = round(N/16)-INT(N/16)

24、16第40頁(yè)，共50頁(yè)。USCI_Ax模塊框圖 UART模式在異步模式下，USCI_Ax模塊通過(guò)兩個(gè)外部引腳UCAxRXD和UCAxTXD將芯片連接到外部系統(tǒng)。當(dāng)UCSYNC = 0時(shí)，選擇UART模式。第41頁(yè)，共50頁(yè)。UART通信字符格式 UART的字符格式，包括一個(gè)起始位，7或8位數(shù)據(jù)位，一個(gè)奇/偶/非奇偶校驗(yàn)位，地址位（地址位模式），以及1或2個(gè)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。第42頁(yè)，共50頁(yè)。串行通信模式 MSP430單片機(jī)的串行通信模式有4種，他們分別是UART普通模式、線路模式、地址模式、波特率探測(cè)模式，由UCMODE控制選擇。第43頁(yè)，共50頁(yè)。UART普通模式這是最普遍采用的工作模式，也是最為簡(jiǎn)單的工作模式。示例：回應(yīng)接收的字符，開啟接收中斷，每接收到一個(gè)字符，就進(jìn)入中斷處理函數(shù)，將接收緩沖寄存器的值賦給發(fā)送緩沖寄存器，波特率為9600，ACLK = 32768Hz crystal, MCLK = SMCLK = DCO 1.045MHz，波特率配置計(jì)