MSP430 串行异步通讯原理与实现南京航空航天大学魏小龙本讲讲述串口功能与连接的实现大多数 MSP430 芯片都有硬件异步通讯功能, 有一些器件有两个通讯端口, 也有少数没有没有硬件串口的芯片可以实现软件 ( 模拟 ) 串口下面表格为 430 系列芯片串口的情况系列芯片 F11 系列

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1 MSP430 串行异步通讯原理与实现南京航空航天大学魏小龙本讲讲述串口功能与连接的实现大多数 MSP430 芯片都有硬件异步通讯功能, 有一些器件有两个通讯端口, 也有少数没有没有硬件串口的芯片可以实现软件 ( 模拟 ) 串口下面表格为 430 系列芯片串口的情况系列芯片 F11 系列 F12 系列 F13 系列 F14 系列 F15 系列 F16 系列串口数量芯片系列 F2 系列 C31 系列 C32 系列 C33 系列 F41 系列 F42 系列串口数量芯片系列 FW42 系列 FE42 系列 FG43 系列 F43 系列 F44 系列串口数量对于没有硬件串口的芯片也可以实现软件串口, 这里先讲硬件串口, 后讲软件串口然后再讲串口的链路实现先看串口功能的实现下图是 MSP430 系列芯片硬件串口的框图在该框图中, 串口通讯由 3 部分构成 : 通讯速度的控制 ( 数据位流的产生 ) 接收控制部分

2 发送控制部分波特率生成部分由时钟输入选择与分频波特率发生器调整器波特率寄存器等组成串行通信时, 接收与发送以什么样的速率将数据位收进或送出呢, 这个速率就由波特率生成构件控制下图为其较为详细的结构整个模块的时钟源来自内部 3 时钟或外部输入时钟, 由 SSEL1 SSEL0 选择, 以决定最终进入模块的时钟信号 BRCLK 的频率时钟信号 BRCLK 送入一个 15 位的分频器, 通过一系列的硬件控制, 最终输出移出与移进两移位寄存器使用的移位位时钟 BITCLK 信号那么这个信号 (BITCLK) 究竟是怎样产生的呢, 该图的下半部分的一个波特率产生例子可以看出, 是分频器在起作用当计数器减计数到 0 时, 输出触发器翻转, 送给 BITCLK 信号所以 BITCLK 信号周期的一半就是定时器 ( 分频计数器 ) 的定时时间接收控制部分与发送控制部分分别由两个移位寄存器构成接收时, 当接收到一个完整数据, 产生一个信号 (URXIFG0=1), 表示接收到完整数据, 可以将此数据取走而在发送时, 当一个数据正在发送过程中,UTXIFG0=1, 此时, 不能再发送数据, 必须等当前数据发送完毕 (UTXIFG0 =0) 时, 方可继续发送串口接收一般采用中断方式, 而发送数据则多采用主动方式下面是一段简单的完整通讯程序, 实现功能 : 将接受的数据原样送回 #include <msp430x44x.h> void main(void)

3 WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // 停止看门狗 UTCTL0 = SSEL0; // UCLK = ACLK, 选择时钟来源 UBR00 = 0x03; // 32k/ 波特率寄存器低字节 UBR10 = 0x00; // 32k/9600 波特率寄存器高字节 UMCTL0 = 0x51; // 由于波特率计算有余数, 填写波特率调整寄存器 UCTL0 = CHAR; // 数据格式为 8 位数据 ME1 = UTXE0 + URXE0; // 使能串口 TXD 与 RXD IE1 = URXIE0; // 让串口接收到数据后能产生中断 P2SEL = 0x30; // 定义 P2.4,P2.5 为串口功能引脚 P2DIR = 0x10; // 串口发送数据端口为输出, 接收数据端口为输入 _EINT(); // 整个系统使能中断 ( 开总中断 ) _BIS_SR(LPM3_bits); // 初始化完毕, 进入睡眠状态, 主程序完毕 interrupt[uart0rx_vector] void usart0_rx (void) while ((IFG1 & UTXIFG0) == 0); // 当发送缓存为空时 TXBUF0 = RXBUF0; // 发送数据到串口而对于没有硬件串口的型号, 如何实现异步串口功能? 先分析异步串口的原理下图是异步串口的时序图可以看出异步串口由一根口线构成 : 数据线, 在数据发送时, 数据线严格按照其时序将数据移位送至数据线, 就可以了图中的时钟是隐含的, 由波特率确定比如串口波特率为 9600, 则时钟的周期为 1/9600 秒在数据线上的数据按照 : 起始位数据位停止位等格式顺序排列而起始位数据位停止位等的多少由通讯双方定义的通讯规约决定这样在没有硬件串口的情况下, 完全可以模拟以上时序发送异步串行数据下面的工作将完成上图的数据传送首先产生波特率下面的延时程序可以完成此工作, 延时时间为 1/9600 秒 ( 系统时钟为 1M 时的延时循环参数 ) void Delay_9600(void) unsigned int v=104; while(v!=0)v--; 以上的延时程序用于产生通讯位率下面定义 P1.0 为通讯数据发送端,P2.0 为通讯数据接收端则按照通讯规约的时序图, 每发送一位数据, 调用一次延时程序 :

调用以下程序之前已经进行了相应的端口方向设置 void send_byte(char in) // 输入变量为即将发送的数据 char I=0; // 定义一个循环变量, 循环发送 8 个数据位 P1OUT &= ~BIT0; // 发送起始位 for(i=0;i<8;i++) if(in&1) P1OUT = BIT0; else P1OUT &= ~BIT0; // 将数据位送到端口 in

4 调用以下程序之前已经进行了相应的端口方向设置 void send_byte(char in) // 输入变量为即将发送的数据 char I=0; // 定义一个循环变量, 循环发送 8 个数据位 P1OUT &= ~BIT0; // 发送起始位 for(i=0;i<8;i++) if(in&1) P1OUT = BIT0; else P1OUT &= ~BIT0; // 将数据位送到端口 in = in>>1; // 准备下位数据 // 位时钟 P1OUT &= ~BIT0; // 发送停止位数据的接收可以使用中断的方式, 设置 P2.0 为设为输入, 并使能中断当串行数据送达 P2.0 时, 该端口将产生中断, 在中断服务程序中, 顺序接受 10 位数据, 并去掉最先位 ( 起始位 ) 与最后位 ( 停止位 ), 再将中间 8 位组合成一个字节, 即为接收到的数据, 然后退出中断, 等待其他数据的接收这里要注意接收每一位数据的采样点可以将起始位采取不予理睬的办法, 如上图所示, 则第一位数据的采样位于进入中断后的 1.5 位时钟处然后延时一个位时钟的时间, 再采样下一为数据注意所有的采样点位于每一位数据的中间位置, 其原因很明显 : 在时间上可以最大程度地容错具体的接收程序略现在对于有无硬件串口, 都可以进行串口通讯了, 但这只能近距离 TTL 电平连接, 对于远距离呢, 必须使用对应的硬件电路实现通讯链路常用的通讯链路有 RS232,RS485, 红外线等所有通讯链路的实现都只是将通讯双方以一定的电气规约联系起来 RS232 链路可以将通讯双方在 15 米以内有效连接 RS232 规定逻辑电平 0 为 +3~+15V 电压, 逻辑电平 1 为 -15~-3V 电压, 通常以 MAX232 芯片实现电平转换, 具体电路如下图

如果要实现较远的通讯距离, 则通常选择 RS485 总线 RS485 通讯距离能达到 1.2Km, 使用双绞线, 但只能半双工通讯 ( 即不能同时发送与接收数据 ) 使用 RS485 可以方便进行单片机网络构成, 所有节点都挂在 RS485 总线上 RS485 总线使用差分电压, 具有很高的抗干扰能力规定总线 A 高于 B0.2V 时为数据 1, 总线 B 高于 A0.

5 如果要实现较远的通讯距离, 则通常选择 RS485 总线 RS485 通讯距离能达到 1.2Km, 使用双绞线, 但只能半双工通讯 ( 即不能同时发送与接收数据 ) 使用 RS485 可以方便进行单片机网络构成, 所有节点都挂在 RS485 总线上 RS485 总线使用差分电压, 具有很高的抗干扰能力规定总线 A 高于 B0.2V 时为数据 1, 总线 B 高于 A0.2V 时为数据 0 下面是典型的 RS485 电路如下图所示其中 P60J 为总线方向控制, 因为 MAX485 器件半办双工, 在同一时间只能是数据发送或数据接收, 所以需要控制器件所处的工作状态, 要么是发送数据, 要么是接收数据前面两种通讯链路都是有线连接, 下面讲讲最常见的红外通讯链路红外通讯是将红外线作为通讯的载体下图是红外线调制原理, 当需要送处的信号为 1 时, 就将调制信号送出 ; 当要送出信号 0 时, 就不发送任何信号下图是常用的红外线调制解调电路常用的红外载波信号为 38K 的方波信号, 下图使用 NE555 产生 38K 方波信号 ; 而接收部分采用一体红外接收器件, 将红外接收管放大电路解调制等集成为一体, 给使用带来极大方便, 只需要一个输出上来电阻即可红外通讯可实现近距离无线连接, 但不能绕过障碍物, 还有很多其他通讯链路, 这里不一一介绍

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