MSP432的串行通信

目录

• 专栏
• 数字通信基本知识
• • 组成
  • 串行通信和并行通信
  • 同步通信和异步通信
  • 异步串行通信的通用基础知识
• 异步串行通信的格式
• 串行通信的波特率
• 奇偶校验
• 串行通信传输方式术语
• • 1.全双工（Full-duplex）
  • 2.半双工（Half-duplex）
  • 3.单工（Simplex）
  • RS232总线标准
• UART编程相关
• • eUSCI模式下的UART
  • • UART
  • UART运行机理
  • • 应用
    • 使用UART通信
    • 串行发送机TxMachine
    • 串行接收机RxMachine
    • 波特率的计算
  • UART相关寄存器
  • • 1寄存器地址分析
    • 2控制寄存器
    • 3状态寄存器
    • 4波特率寄存器
    • 5数据寄存器
    • 常用波特率列表
    • MSP432中的UART
  • UART相关的SDK函数
  • UART操作实例
• 资料

专栏

基于MSP432的嵌入式系统实践

数字通信基本知识

组成

• 发送器：处理要发送的信息，将其构造成一定格式的帧。

• 接收器：接收信息并解析信息。

• 通信介质：发送器和接收器之间的桥梁，为信息提供物理介质，通常为双绞线、光纤或无线射频。

串行通信和并行通信

• 串行通信：将数据一位一位地由端口送出或接收进来
• 并行通信：数据的各个数据位（一般为8位及其整数倍）在多条数据线上同时被传输
• 并行通信的传输速度快、效率高，但抗干扰能力差，且需要的资源多，一般用于短距离、高带宽的大数据量传输
• 串行通信节省传输线，但数据传送效率没有并行通信高

同步通信和异步通信

• 异步通信：处理器之间不使用公共的参考时钟，通信双方分别有自己的时钟源，但必须使用相同的波特率。例如UART就是属于串行异步通信。
• 同步通信：由主机提供时钟与数据，从机使用该时钟接收数据或发送数据，即通信双方公用时钟源。例如：SPI和I2C就属于串行同步通信。

异步串行通信的通用基础知识

定义

串行通信接口，即异步串行通信，简称UART，也就是我们常说的“串口”或SCI，在USB未普及之前，就是PC机必备的通信接口之一

特殊地位

串行通信具有特殊重要地位的原因

• 原因一：在通信方式上，属于单字节通信，是嵌入式开发中重要的调试手段之一
• 原因二：它是最简单的串行通信方式，硬件上所说的232、485通信均是指这个串口通信
• 原因三：硬件接线简单，与MCU引脚直接相连的一般只需要发送线、接收线和地线

异步串行通信的格式

串行通信数据以字节为单位，按位的顺序从发送线送出。从MCU引脚来看，高电平就是逻辑“1”，低电平就是逻辑“0”

注：在RS232通信中，常常只用三根线：接收线、发送线和地线

eUSCI模式下的UART

Enhanced Universal Serial Communication Interface

增强的通用串行通信接口（eUSCI）模块支持多种串行通信模式。不同的eUSCI模块支持不同的模式。每一个不同的eUSCI模块以不同的字母命名，例如：eUSCI_A、eUSCI_B等。MSP432单片机实现了不止一个相同的eUSCI模块，这些模块将以递增的数字命名，例如，MSP432单片机支持四个eUSCI_A模块时，这四个模块应该被命名为eUSCI_A0、eUSCI_A1、eUSCI_A2、eUSCI_A3。

eUSCI_A模块支持以下通信模式：

1. UART通信模式；
2. 具有脉冲整型的IrDA通信模式；
3. 具有自动波特率检测的LIN通信模式；
4. SPI通信模式。

USCI_B模块支持以下通信模式：

1. IIC通信模式；
2. SPI通信模式。

下面首先介绍eUSCI的异步模式——URAT。

UART

Universal Asynchronous Receiver and Transmitter

异步通信收发器

UART的特点及结构

UART即异步串行通信，可设置成全双工异步通讯方式，与PC（个人计算机）等通讯；或设置成半双工同步模式与其他外设通信，如ADC或DAC。

MSP432单片机内置了UART功能，它的作用是将外部设备串行数据转换为并行数据接收；讲内部并行数据转换为串行数据发送。在通用异步收发模式下eUSCI_Ax模块通过两个外部收发引脚UCAxRXD和UCAxTXD把MSP432单片机与外界连接起来。当寄存器UCAxCLT0的UCSYNC控制位被清零，UCMODEx控制位被配置为00时，eUSCI_A模块被配置为UART异步通信模式。

UART的特点如下：

1. 传输7位或8位数据，可采用奇校验、偶校验或者无校验；
2. 具有独立的发送和接收移位寄存器；
3. 具有独立的发送和接收缓存寄存器；
4. 支持最低位优先或最高位优先的数据发送和接收方式；
5. 内置多处理器系统，包括线路空闲和地址位通信协议；
6. 通过有效的起始位检测，将MSP432单片机从低功耗模式下唤醒；
7. 可编程实现分频因子为整数或小数；
8. 具有用于检测错误或排除错误的状态标志位；

UART运行机理

应用

串口是嵌入式系统与外界联系的重要手段，主要用于以下两个方面：

• UART直接和其他的控制器进行数据交换
• UART和PC机通信：由于PC机串口是RS232电平，所以连接时需要使用RS232转换器

使用UART通信

使用UART通信需要两个引脚（将在下面的示例中用到），如下表：

串行发送机TxMachine

TxMachine支持下面的工作特性：

1. 奇偶校验位的生成
2. 清除发送
3. 中断字符发送
4. 双缓存区操作

串行接收机RxMachine

RxMachine把接收到的串行数据送到接收移位寄存器，接收完成后，数据送到串行接收缓存寄存器（SxRBUF），用户从SxRBUF中读取接收到的数据。

串行接收机在接收过程中能够检测出以下三种错误条件：

1. 奇偶校验错：检测到奇偶校验错时，奇偶错标志位被置位。
2. 帧错误：未收到停止位时，帧错误标志位被置位。
3. 超越错误：当接收到一个新的字符前，以前收到的字符没有被CPU读走，旧的数据被覆盖，那么超越错误标志位被置位。

波特率的计算

一般填入波特率寄存器中的值都是通过如下的公式求出来：

UART_BR = MCLK / (BaudRate * N)

注意：N为波特率因子，大多数芯片取N = 16

有些波特率计算精度较高，它们有两个波特率寄存器UART_BR1和UART_BR2，其中UART_BR1则用来存放上式计算出来的整数部分，而UART_BR2则用来存放上式计算出来的小数部分，这样计算出来的波特率就更精确，误差更小。

如果假设时钟源选择12MHz，如果要取UART2的9600波特率，那么如何计算

1. N = 12000000/9600 = 1250
2. 1 -> OS16 UCBR2 = INT(1250/16) = 78
3. UCBRF2 = INT(N/ 6 – INT(N/16)) * 16 = INT(0.125 * 16) = 2
4. N = N – INT(N)

其中根据第一步，N=1250，INT(N)=0，因此N-INT(N)=0，查表TABLE24-4，可以得到UCBRSx的值应该为0.

注意，如果N-INT(N)不等于0，那么按照官方文档要求，在TABLE24-4中按照往前靠的原则进行查表，例如小数部分为0.125，那么查表对应数据为0.100对应的数值。

UART相关寄存器

1寄存器地址分析

• MSP432芯片有四个UART模块。每个模块有其对应的寄存器。以下地址分析均为16进制，为书写简化起见，在不至于引起歧义的情况下，略去十六进制后缀“0x”不写。
• UART模块x的寄存器地址=4000_1000+x * 400+n * 2(x = 0~3;n = 0~15(除2、10、11、12), n代表寄存器 )。

2控制寄存器

• eUSCI_Ax控制字寄存器0（UCAxCTLW0）
• eUSCI_Ax控制字寄存器1（UCAxCTLW1）
• eUSCI_Ax中断使能寄存器（UCAxIE）
• eUSCI_Ax调制控制字寄存器（UCAxMCTLW）

3状态寄存器

• eUSCI_Ax状态寄存器（UCAxSTATW）
• eUSCI_Ax中断标志寄存器（UCAxIFG）
• eUSCI_Ax中断向量寄存器（UCAxIV）

4波特率寄存器

• eUSCI_Ax波特率控制字寄存器（UCAxBRW）
• eUSCI_Ax自动波特率控制寄存器（UCAxABCTL）

5数据寄存器

• eUSCI_Ax接收缓存区寄存器（UCAxRXBUF）
• eUSCI_Ax发送缓存区寄存器（UCAxTXBUF）

常用波特率列表

• 300
• 600
• 1200
• 2400
• 4800
• 9600
• 19200
• 38400
• 43000
• 56000
• 57600
• 115200

MSP432中的UART

UART操作实例

程序功能：MSP432通过UART与PC通信。

描述：MSP432将通过串口收到的字符发回给PC，并在串口调试工具中显示出来。UART帧格式被配置为一个起始位，一个停止位，无校验位。使用的波特率为9600Baud。若使用UART0，P1.2与P1.3分别为接收端口与发送端口；若使用UART3，P9.6与P9.7分别为接收端口与发送端口。查看对应针脚可参阅官方手册表4-1。下面是MSP432通过UART0和UART3与PC通信：

UART0：UCA0RXD(P1.2)，UCA0TXD(P1.3)
因为MSP432P401R串口0被跳帽接到仿真器上了，将跳帽取下来用杜邦线接到通信设备即可。