MSP430 LaunchPad学习第二记——UART

只看该作者 · 2011-10-30 22:33

MSP430 LaunchPad学习第二记——UART
一、摘要
本应用报告介绍了如何使用Timer_A实现UART功能。该包括例子是专门为MSP430x11x家庭，但他们能适应任何MSP430家族成员纳入Timer_A。使用硬件UART的功能在Timer_A功能和软件。执行是半双工的，事件驱动，它支持的8N1波特率协议从1200到115200或者更快。

二、简介
异步串行通信，可以添加到MSP430x11x应用程序综合Timer_A模块硬件的功能。这份报告提供了一些的UART函数实例演示了一对一MSP430F1121闪存RS232接口单片机与PC机串行端口。一个描述如何使用Timer_A1硬件提供自动启动位检测，波特率生成和数据位锁存是详细。Timer_A硬件特性的软件，大大降低CPU开销通常与微控制器软件UART实现。硬件的功能也让Timer_A的 UART操作作为背景的作用，同时与其他实时系统的任务。

MSP430x11x Timer_A的UART描述:串行通信的MSP430F1121与另一个系统，在这报告电脑使用RS232接口。特点是两个系统之间交换通过三线：接收，传输和共同点。协议使用的字符是8N1：8个数据位，无奇偶校验，一个停止位。用户可以修改UART的功能支持其他协议和波特率，奇偶校验和包括一个9个位寻址。 UART的功能描述使用捕获比较寄存器0（CCR0），Timer_A的三个可用寄存器之一。 CCR0用于起始位检测，波特率生成和数据位锁存。另外两个捕获比较寄存器可用于其他事。该CCR0选择是任意的。任何或所有CCRx寄存器可用于UART的功能。端口引脚P1.1和P2.2是外设选项选择的相关于Timer_A CCR0。 P1.1用于传输，P2.2用于接收。外设选项选定为使用外围设备选项选择引脚寄存器，P1SEL和P2SEL。由于P1.1置为输出时，该引脚必须配置为使用输出端口方向寄存器1（P1DIR）。 P2.2作为运行需要输入。这是一个MSP430的端口引脚的默认。 Timer_A配置为运行在连续模式，允许定时器资源用于同时与UART等功能可用。中央处理器寄存器R4是为RXTXData -缓冲区使用的UART数据或出位的变化。 R5的CPU寄存器用于BitCnt，有点跟踪登记。 R4和R5的选择是任意的。任何CPU寄存器或RAM字节可以用于这些功能。
在接收模式下，捕获比较控制寄存器0（CCTL0）的初始配置，使得在下降沿接收引脚P2.2 CCR0捕获。由于接收线路空闲高，一降边指示起始位开始。当UART功能已准备好接收数据，没有开销放在CPU的功能，即使是准备接收任何一个字符时间。 CPU资源执行后，起始位下降沿上P2.2发生。下降对P2.2边沿捕获了自由运行Timer_A计数器寄存器（焦油）的电流值，CCR0与任何其他运行时的活动无关。捕获是通过Timer_A硬件，而不是由软件。同时发出一个中断给CPU。中断的延迟并不大关注确切时间的下降沿触发中断正在CCR0存储，独立其他活动。启动后位的边缘检测，软件重新配置，使CCR0的CCTL0在第一种模式的比较发生在第一个数据位的中间。一个1.5位偏移量添加到CCR0，定位比较下的第一个数据位的中间。接收到的数据是同步的捕获比较输入（SCCI）Timer_A锁存硬件。SCCI是可读的CCTL0闩锁。在UART的功能，SCCI捕获的逻辑电平同步与CCR0输入P2.2进行比较。 UART的功能是从SCCI中接收锁存的数据。软件不直接测试P2.2。
第一个数据位后，1位长的偏移量添加到CCR0定位在未来捕捉中间的每一位。八位连续的数据被锁存，并收到来自SCCI软件到RXTXData位的数据。发射模式任务是简单，因为MSP430在决定时，传输数据，没有启动位边缘检测的必要性。在缓冲区中存储的数据RXTXData传输引脚P1.1使用Timer_A CCR0输出至硬件。
CCR0是预先在比较模式下位传输使用输出模式控制位在CCTL0。模式控制位被预先配置为复位模式（逻辑0），或设置模式（逻辑1）发生在未来比较CCR0。当比较时，在一开始
位传输的数据，自动输出CCR0硬件数据配置P1.1置位并发出一个中断。随着CCR0硬件自动输出数据上P1.1置位，软件中断延迟和位定时的关注减少。这不是必要的软件准备CCR0输出锁存器在一个确切的时间内。 UART的功能软件不直接对P1.1置输出数据，而是预装在CCR0输出数据位输出至锁存器的硬件。

每个位输出之前，软件循环查询RXTXData到进位。适当的跳转提出和CCTL0输出模式准备和1位长的偏移量添加到CCR0。

三、波特率计算
Timer_A CCR0用于波特率产生。根据所需波特率，间隔Bitime的计算方法。 Bitime是Timer_A位和PC之间的计数长度时间间隔Timer_A闩锁在接收和发送出的数据位。 Bitime是为Timer_A计算时钟的波特率分源。

Timer_A有几个可用的时钟源和除法（参见器件表具体数据）。可用于MSP430x11x Timer_A模块的时钟源包括辅助时钟（ACLK），子系统时钟（SMCLK）和两个外部时钟。

例如：考虑与Timer_A作为辅助时钟源选择9600波特率ACLK，它被配置为作为一个3.579545 MHz的的XTAL相同。Bittime = 3 5799600/545= 372.9〜373实际波特率= 3 579三百七十三分之五百四十五= 9597由于只有一个Bitime整数值可以被添加到CCR0，值373使用。假设9600波特和一个3.579545 MHz的时钟源，四舍五入到最接近的整数Bitime错误小于0.03％每位。

四、软件开销
固件工程师可能会关切的是使用中UART的硬件/软件系统开销，而不是一个专用的串行端口。UART的功能在本报告所述用途timer_A硬件的功能，最大限度地减少CPU的负担。 Timer_A硬件记录起始位优势和锁存和输出自动位的数据。该软件需要有一个26位的每接收或发送的最大周期包括中断服务程序。开销是CPU的时钟（MCLK）和波特率功能。使用3.58 - MHz的9600波特率例如上面的MCLK，开销计算公式为：
软件开销=（26个CPU周期）×（9600）/ 3 579 545 = 6.9％

五、演示电路
图1的示例电路与调控，从直接供电由一个PC串口3.3 - V的TPS76033低压降稳压器。出于演示的目的，串口接口是通过使用两个TI SN74AHC1G04逆变器。如果一个完全兼容的RS232接口是必需的，如TI的低功耗3 - V的MAX2331集成电路都可以使用。复位拉高和3.58 MHz的陶瓷谐振器用于产生时钟使用。

六、示例代码
所包含的例子11x1_uart1.s43使用图1中的电路，并提供了基本的回声功能。接收到一个字符从PC和回显。在初始化过程中，端口引脚配置和所有时钟都同步到LFXT1晶体振荡器。 LFXT1是配置为在高速运行（高频）模式。如果在这个例子中，MCLK的源是一个外部高频晶体，晶体必须是稳定或振荡器故障安全模式会自动使用FOR MCLK的DCOCLK。该OSCFAULT可以查询，以确保稳定的晶体前选择此MCLK的时钟源。

振荡器故障安全模式中描述的MSP430x1xx系列用户指南（SLAU049）。该主循环调用子程序RX_Ready UART接收准备，然后在低功耗模式0等待（LPM0）与CPU关闭。只有Tmer_A1和ACLK活跃。即使在CPU中关闭主循环中，UART接收中断操作功能在后台驱动。后UART功能接收到RXTXData，UART的中断处理程序的完整的字符返回到主循环活动的CPU。发送子程序被称为未来，又呼应在RXTXData回接收到的字符。循环重复，另一个字符等待收到。该示例使用的编码速度优化技术研究。内CCR0_ISR，BitCnt用于自动递增的间接寻址，直接程序流的确切节ISR的规定办理接收或发送位。软件是不需要投票登记标志或递减，以确定采取何种行动。自动递增寻址使用一个查找表，直接的方案立即流。
该自动递增寻址的优点是速度和CPU的周期计算效率在需要处理为查找表所需的费用在ISR码字。

(1)例如11x1_uart2.s43 -使用DOC产生波特率：
这个例子11x1_uart2.s43演示如何实现高波特率的UART MSP430的功能甚至从超低功耗模式，只使用一个32 768的晶体振荡器。 MSP430的独立片上高速数控振荡器（DCO）可用于波特率产生。DOC是一个100 - kHz至5 – MHz甚至更快，数字可调RC型振荡器启动，是在不到6μs稳定。随着快速DOC启动，高波特率是可能的，甚至从超低功耗模式，要求DOC关闭—— 当DOC不到6us时一个起始位的下降沿被用作中断。
例如11x1_uart2.s43提供了一个9600波特率波特率UART解决方案，使用DOC产生波特率。 32 768用于手表晶振的XTAL，取代了3.58 MHz的谐振器图1。DOC设置为1 228 800赫兹，用来驱动子系统时钟（SMCLK）它被配置作为Timer_A来源。DOC被调整到一个高的速度值使用软件锁频环（FLL）。该软件FLL的整合速度SMCLK（DOC时钟）以上的速度较慢ACLK（32 768 Hz的晶体衍生物）时期。该DCO时钟调整，直到达到目标频率（1 228 800赫兹）。该DCO时钟在设定的频率仍然是稳定的，只要VCC和温度的稳定。该软件FLL可以随时被调用的DOC重新调整。看到目前的数据表，MSP430x11x1混合信号微控制器。在这个例子中，主循环中等待LPM3，通常小于2微安与UART的功能充分准备接收。主循环回声操作与前面的例子一样。这个例子使用BitCnt登记只是为了跟踪字符接收进程，而不是使用自动递增，同前面的例子。

(2)例如11x1_uart3.s43 采用32 kHz晶振产生波特率：
在某些情况下，32 768 Hz的手表晶振用作Timer_A直接时钟源。UART功能仍然是可能的，但在传输速率较慢，以防止位定时误差。范例11x1_uart3.s43提供了一个2400波特率UART的解决方案，假设一个32 768 Hz的手表晶体是用于的XTAL（取代图1中的3.58 - MHz的谐振器）。没有软件FLL的是需要设置DOC的，因为晶振生成UART的位时间。当激活模式下，CPU配置为在执行DCO时钟速度越快，CPU的代码不在32 768赫兹执行代码。此外，在这个例子中，内存的位置用于RXTXData 和BitCnt，相对于CPU寄存器中使用的其他例子。