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1、MSP430串行通信,UART、SPI 陈文根 刘磊 2016/6/26,河南工业大学,通信原理,单工、全双工、半双工 能同时收发就是全双工，比如打电话，双方可以“对吼”。 数据能收能发，但要分时进行就是半双工，比如对讲机。一方按下按键，只能说话（发送数据），另一方只能收听。当一个人说完必须加一句“ over ”，然后就得松开按键（接收数据），对方听到“ over ”知道对方讲完了，这时才能按下按键说话（发送数据）。 只能单向通信就是单工了，比如广播，播音员播音时（发送数据），听众永远只能是听众。,通信原理,并行通信,通信原理,串行通信 1 线通信 在真正传输“有用信号前”，需要先确定信号的流
2、向（读还是写）。 由于没有同步时钟，每 1 位数据的间隔必须足够大以容忍时钟的频差和相差。,通信原理,2 线通信 增加同步时钟线。 这样一来，虽然也得麻烦的判断信号流向，但是每位数据的间隔可以很小（波特率高）。（左图） 增加数据线。 一根负责收，一根负责发，构成全双工通信，这样也能成倍提高效率。（右图）,通信原理,3 线通信 有了 3 根线，就可以有 1 根时钟线， 1 根数据发送线， 1 根数据接收线了。这样的速度又可以加快了。 需规定主机从机，同步时钟由主机控制。,通信原理,具体应用 全双工时，往往不宜多机对等的通信，最多是 1 主多从（除非给每个主机增加使能控制线）。 而半双工时，则很容
3、易“并联”成多机通信， 通过总线仲裁和地址广播等办法来实现任意设备之间的通信。,通信原理,通信协议 简单说，就是通信的双方要约定 1、0 序列代表什么含义，就像可以用“三长两短”代表危险一样。如果我们是自己使用两片单片机进行通信，那么我们爱怎么规定数据流的含义就怎么规定，谁也管不着。但是，自定义的通讯协议有几个缺点。,通信原理,自编通讯协议的效率不高，会有 bug。成熟的通讯协议都是人类集体智慧的结晶。 不是通用协议，不能与“别人”进行通信。协议这个东西，和霸王条款差不多。 成熟的通信协议有相应的硬件支持，可以在通信时减轻 CPU 的负担，增强性能。,UART,UART 原理,UART UAR
4、T（ Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter）是通用异步收发器的缩写，一般称为串口。由于不需要时钟线，且为全双工工作，所以 UART 有两根数据线，发送 Tx 和接收Rx。,UART 原理,UART 通信协议 首先是一个起始位，然后是 7-8 位可选的数据位，0-1 位可选的地址判别位、 0-1 位可选的奇偶判别位、1-2 位可选的高电平停止位。,UART 原理,UART 多机通信 UART 可以 1 主多从进行通信，主机的 Tx 连上全部从机的 Rx，主机的Rx 连上所有从机的 Tx。,UART 原理,地址位模式多机通信 在每帧中插入了一个地
5、址位 Address Bit。,UART 原理,空闲帧模式多机通信 对于每次对同一从机都发送很多数据的情况下，采用空闲帧模式的效率更高。,UART下相关的寄存器,-功能选择寄存器,UART下相关的寄存器,-UCAxCTL1控制寄存器,UART下相关的寄存器,-波特率设置寄存器,UART下相关的寄存器,-中断使能寄存器,UART下相关的寄存器,-接收和发送缓冲寄存器,UART下相关的寄存器,-中断标志位寄存器,SPI,SPI 原理,SPI 的数据接口 SPI（ Serial Peripheral Interface）串行外设接口的简称，它是一种同步全双工通信协议。Motorola首先提出的有 3
6、 根或者 4 根数据线组成，包括 CLK、SOMI、SIMO、STE： SOMI 是 Slave output Master input 的缩写，如果设备被设定为主机，那么这就是输入口。如果设备被设定为从机，这个口就是输出口。这与 UART 的 Tx 和 Rx 方向恒定相不同。 SIMO 是 Slave input Master Output 的缩写。 STE 是 Slave Transmit Enable 的缩写。,SPI 原理,SPI 共分为 4 种工作模式：三线制主模式、三线制从模式、四线制主模式、四线制从模式。,SPI 原理,SPI 协议时序图 数据传输格式 通常是高位(MSB)在前，
7、低位(LSB)在后。一些增强型MCU中可以通过软件设置高位在前或低位在前。 两个概念 时钟极性：表示时钟信号在空闲时是高电平还是低电平。 时钟相位：决定数据是在SCK(CLK)的起始沿采样还是在SCK(CLK)的结束沿采样。,SPI 原理,SPI 原理,传输模式 根据时钟极性(CPOL)及相位(CPHA)不同可以组合成 4种工作模式：SPI0，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=1,USCI 模块,通用串行通信接口(USCI)模
8、块支持多种串行通信模式。不同的USCI 模块支持不同的模式 USCI_Ax 模块支持： UART 模式 IrDA 通信的脉冲整形 LIN 通信的自动波特率检测 SPI 模式 USCI_Bx 模块支持： I2C 模式 SPI 模式,MSP430 模块,MSP430的SPI模块有如下特点： 支持3线或4线SPI操作 支持7位或8位数据格式 接收和发送有单独的移位寄存器 接收和发送有独立的缓冲器 接收和发送有独立的中断能力 时钟的极性和相位可编程 主模式的时钟频率可编程 传输速率可编程 支持连续收发操作 支持主从方式,SPI模式下可用的USCI寄存器,USCI_Ax和USCI_Bx都有SPI模块，下
9、面以USCI_Bx为例，介绍相关寄存器,UCB控制寄存器 UCBxCTL1(USCI_Bx control register),00: NA 01: ACLK 10：SMCLK 11：SMCLK,0: 不允许软件复位 1: 允许软件复位,0: 前沿采样，后沿输出 1: 前沿输出，后沿采样,0: 从机模式 1: 主机模式,00:三线制 01:四线制，UCxSTE=1选择从机 10:四线制，UCxSTE=0选择从机 11:I2C模式,0: 异步通信 1: 同步通信,0: 时钟空闲状态为低电平 1: 时钟空闲状态为高电平,UCB控制寄存器 UCBxCTL0(USCI_Bx control regis
10、ter),0: LSB first 1: MSB first,0: 8-bit data 1: 7-bit data,比特率控制寄存器 UCBxBR0和UCBxBR1,UCBxBR0是比特率发生器的低8位； UCBxBR1是比特率发生器的高8位。 计算是UCBR0 + UCBR1256,串口中断允许寄存器IE2,0: 发送中断禁止 1: 发送中断允许,0: 接收中断禁止 1: 接收中断允许,串口中断标志寄存器 UCBxIFG,1: 发送缓冲器为空,0: 接收缓冲器不满,串口状态寄存器 UCBxSTAT,环回模式， 发立即到收,总线冲突标志，用于4线,跑飞标志,USCI忙收发,串口中断缓冲器 UCBxRXBUF和UCBxTXBUF,UCRXBUFx: 接收缓冲器 UCTXBUFx: 发送缓冲器,
