MSP430G2553串行通信UART和SPI分析

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(shí)收發(fā)就是全雙工，比如打電話，雙方可以“對(duì)吼”。 數(shù)據(jù)能收能發(fā)，但要分時(shí)進(jìn)行就是半雙工，比如對(duì)講機(jī)。一方按下按鍵，只能說(shuō)話（發(fā)送數(shù)據(jù)），另一方只能收聽(tīng)。當(dāng)一個(gè)人說(shuō)完必須加一句“ over ”，然后就得松開(kāi)按鍵（接收數(shù)據(jù)），對(duì)方聽(tīng)到“ over ”知道對(duì)方講完了，這時(shí)才能按下按鍵說(shuō)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(shí)（發(fā)送數(shù)據(jù)），聽(tīng)眾永遠(yuǎn)只能是聽(tīng)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(hào)前”，需要先確定信號(hào)的流向（讀還是寫）。 由于沒(méi)有

2、同步時(shí)鐘，每 1 位數(shù)據(jù)的間隔必須足夠大以容忍時(shí)鐘的頻差和相差。通信原理 2 線通信 增加同步時(shí)鐘線。 這樣一來(lái)，雖然也得麻煩的判斷信號(hào)流向，但是每位數(shù)據(jù)的間隔可以很?。úㄌ芈矢撸?。（左圖） 增加數(shù)據(jù)線。 一根負(fù)責(zé)收，一根負(fù)責(zé)發(fā)，構(gòu)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(shí)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(jī)從機(jī)，同步時(shí)鐘由主機(jī)控制。通信原理 具體應(yīng)用 全雙工時(shí)，往往不宜多機(jī)對(duì)等的通信，最多是 1 主多從（除非給每個(gè)主機(jī)增加使能控制線）。 而半雙工時(shí)，則很容易“并聯(lián)”成多機(jī)通信， 通過(guò)總線

3、仲裁和地址廣播等辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)任意設(shè)備之間的通信。通信原理 通信協(xié)議 簡(jiǎn)單說(shuō)，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(zhǎng)兩短”代表危險(xiǎn)一樣。如果我們是自己使用兩片單片機(jī)進(jìn)行通信，那么我們愛(ài)怎么規(guī)定數(shù)據(jù)流的含義就怎么規(guī)定，誰(shuí)也管不著。但是，自定義的通訊協(xié)議有幾個(gè)缺點(diǎn)。通信原理 自編通訊協(xié)議的效率不高，會(huì)有 bug。成熟的通訊協(xié)議都是人類集體智慧的結(jié)晶。 不是通用協(xié)議，不能與“別人”進(jìn)行通信。協(xié)議這個(gè)東西，和霸王條款差不多。 成熟的通信協(xié)議有相應(yīng)的硬件支持，可以在通信時(shí)減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)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(shí)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(gè)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(jī)通信 UART 可以 1 主多從進(jìn)行通信，主機(jī)的 Tx 連上全部從機(jī)的 Rx，主機(jī)的Rx 連上所有從機(jī)的 Tx。UART 原理 地址位模式多機(jī)通信 在每幀中插入了一個(gè)地址位 Address Bit。UART 原理

5、空閑幀模式多機(jī)通信 對(duì)于每次對(duì)同一從機(jī)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(guān)的寄存器-功能選擇寄存器UART下相關(guān)的寄存器-UCAxCTL1控制寄存器UART下相關(guān)的寄存器-波特率設(shè)置寄存器UART下相關(guān)的寄存器-中斷使能寄存器UART下相關(guān)的寄存器-接收和發(fā)送緩沖寄存器UART下相關(guān)的寄存器-中斷標(biāo)志位寄存器SPISPI 原理 SPI 的數(shù)據(jù)接口 SPI（ Serial Peripheral Interface）串行外設(shè)接口的簡(jiǎn)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(shè)備被設(shè)定為主機(jī)，那么這就是輸入口。如果設(shè)備被設(shè)定為從機(jī)，這個(gè)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(shí)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(qiáng)型MCU中可以通過(guò)軟件設(shè)置高位在前或低位在前。 兩個(gè)

7、概念時(shí)鐘極性：表示時(shí)鐘信號(hào)在空閑時(shí)是高電平還是低電平。時(shí)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(jié)束沿采樣。SPI 原理時(shí)鐘相位為時(shí)鐘相位為1 1時(shí)鐘前沿?cái)?shù)時(shí)鐘前沿?cái)?shù)據(jù)輸出據(jù)輸出時(shí)鐘后沿?cái)?shù)時(shí)鐘后沿?cái)?shù)據(jù)采樣據(jù)采樣時(shí)鐘信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)極性極性0 0極性極性1 1從機(jī)選擇從機(jī)選擇時(shí)鐘相位時(shí)鐘相位控制為控制為0 0時(shí)鐘前沿時(shí)鐘前沿?cái)?shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)采樣時(shí)鐘后沿時(shí)鐘后沿?cái)?shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出時(shí)鐘前沿輸出時(shí)鐘前沿輸出時(shí)鐘后沿采樣時(shí)鐘后沿采樣時(shí)鐘前沿采樣時(shí)鐘前沿采樣時(shí)鐘后沿輸出時(shí)鐘后沿輸出SPI 原理 傳輸模式 根據(jù)時(shí)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(dòng)波特率檢測(cè) 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(diǎn)： 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(dú)的移

9、位寄存器 接收和發(fā)送有獨(dú)立的緩沖器 接收和發(fā)送有獨(dú)立的中斷能力 時(shí)鐘的極性和相位可編程 主模式的時(shí)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(guān)寄存器為例，介紹相關(guān)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(fù)位不允許軟件復(fù)位1: 1: 允許軟件復(fù)位允許軟件復(fù)

10、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(jī)模式從機(jī)模式1: 主機(jī)模式主機(jī)模式00:三線制三線制01:四線制，四線制，UCxSTE=1選擇從機(jī)選擇從機(jī)10:四線制，四線制，UCxSTE=0選擇從機(jī)選擇從機(jī)11:I2C模式模式0: 異步通信異步通信1: 同步通信同步通信0: 時(shí)鐘空閑狀態(tài)為低電平時(shí)鐘空閑狀態(tài)為低電平1: 時(shí)鐘空閑狀態(tài)為高電平時(shí)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(jì)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(biāo)志寄存器串口中斷標(biāo)志寄存器 UCBxIFG1: 發(fā)送緩沖器為空發(fā)送緩沖器為空0: 接收