MSP430G2553串行通信UART和SPI课件

MSP430串行通信UART、SPI

陈文根

刘磊

2019/6/26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。UARTUART原理UARTUART（UniversalAsynchronousReceiver/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址位AddressBit。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SPISPI原理SPI的数据接口SPI（SerialPeripheralInterface）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根或者4根数据线组成，包括CLK、SOMI、SIMO、STE：SOMI是SlaveoutputMasterinput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SlaveinputMasterOutput的缩写。STE是SlaveTransmitEnable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，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原理时钟相位为1时钟前沿数据输出时钟后沿数据采样时钟信号极性0极性1从机选择时钟相位控制为0时钟前沿数据采样时钟后沿数据输出时钟前沿输出时钟后沿采样时钟前沿采样时钟后沿输出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=1USCI模块通用串行通信接口(USCI)模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，下面以USCI_Bx为例，介绍相关寄存器UCB控制寄存器UCBxCTL1(USCI_Bxcontrolregister)00:NA01:ACLK10：SMCLK11：SMCLK0: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_Bxcontrolregister)0:LSBfirst1:MSBfirst0:8-bitdata1:7-bitdata比特率控制寄存器UCBxBR0和UCBxBR1UCBxBR0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+UCBR1×256串口中断允许寄存器IE20: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