這一節(jié)我們將會看到如何在 MSP430 Launchpad 上使 用 UART 進行通信。我們的程序將會實現(xiàn)通過 UART 從 PC 讀入一個字節(jié)的數(shù)據(jù),然后發(fā)送相應的反饋字節(jié)給 PC。通信 模式為 115200 波特率,全雙工,8 位數(shù)據(jù),無奇偶校驗,1 位停止位。

MSP430 G2553(Launchpad 使用的芯片)是 MSP430 家 族中比較給力的芯片,它集成了硬件 UART 模塊。

UART 通信在處理/調試傳感器的時候尤為有用,舉一個簡單的 例子,我們可以用溫度傳感器采集數(shù)據(jù),經(jīng)過 AD 轉換之后通過 UART 發(fā)送給 PC,傳送的方式可以是有線,也可以使用無線例如藍牙。

讓我們直接進入正題吧。

首先,你應該已經(jīng)熟悉了這樣的開頭:

#include "msp430g2553.h"

#define TXLED BIT0 

#define RXLED BIT6 

#define TXD BIT2 

#define RXD BIT1

const char string[] = { "Hello Worldn" }; 

unsigned int i; //Counter

像前兩節(jié)中所做的那樣,程序開頭包含 MSP430G2553 的頭文 件,然后宏定義一些常數(shù)使得程序更具可讀性。

接著我們定義了一個 char 類型數(shù)組(即一個 C String),存了 我們將要反饋給 PC 的信息(經(jīng)典的 Hello World)。最后定義一個 計數(shù)變量,輔助反饋字符串的發(fā)送。

int main(void) {

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // Stop WDT

  DCOCTL = 0; // Select lowest DCOx and MODx settings

  BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ; // Set DCO

  DCOCTL = CALDCO_1MHZ;

這依然是大家熟悉的 main 函數(shù)的開始方法,首先關閉看門狗定 時器,之后的三行將單片機的內部時鐘設置為 1MHz。接下來 UART 和板上所有其他外設都將使用 SMCLK 時鐘(sub-main clock)。

  P2DIR |= 0xFF; // All P2.x outputs

  P2OUT &= 0x00; // All P2.x reset

  P1SEL |= RXD + TXD ; // P1.1 = RXD, P1.2=TXD

  P1SEL2 |= RXD + TXD ; // P1.1 = RXD, P1.2=TXD

  P1DIR |= RXLED + TXLED;

  P1OUT &= 0x00;

這里是配置輸入輸出引腳:

前兩行我們把 PORT2 的所有引腳關閉。對于用不到的引腳,關 閉引腳是一個比較好的習慣,這樣能有效地減少噪聲和電流的消耗。

第3行和第4行將引腳P1.1和P1.2設置為UART模式。事 實上,P1SEL 和 P1SEL2 兩個寄存器是一個多路選擇器,它們將 P1 的引腳連接至不同的板載的外設上。但是注意,TXD 和 RXD 是固定引腳的,我們可以通過查 G2553 的數(shù)據(jù)手冊找到對應的引腳。

最后兩行是初始化板載 LED。

  UCA0CTL1 |= UCSSEL_2; // SMCLK

  UCA0BR0 = 0x08; // 1MHz 115200

  UCA0BR1 = 0x00; // 1MHz 115200

  UCA0MCTL = UCBRS2 + UCBRS0; // Modulation UCBRSx = 5

  UCA0CTL1 &= ~UCSWRST;  // **Initialize USCI state machine**

  UC0IE |= UCA0RXIE; // Enable USCI_A0 RX interrupt 

  _EINT();

  while(1)

  {}

}

這是 UART 的配置。第 1 行,如同前面所說的,我們選擇 SMCLK 作為 UART 模塊的時鐘源,用來產生需要的波特率(當然, 你也可以選擇其他的時鐘源)。

UCA0BR0 和 UCA0BR1 用來選擇波特率:你可以將這兩個 寄存器存儲的整數(shù)看做對時鐘 SMCLK(1MHz)的分頻。在我們 的配置下,產生的頻率是 1MHz/8=125000Hz,而實際上我們需 要 115200 的波特率,所以在長時間的工作中會累積一定的誤差。 如果配置為 9 的話波特率又會低于 115200。這時候就需要用到 UCA0MCTL 寄存器。

這個寄存器是起調節(jié)作用的,它會選擇 8 和 9 之間的分頻因子, 在通信中可以控制累積誤差。如果分頻因子為 8,有 125000- 115200=9600(+8.5%)的誤差,如果分頻因子為 9,有 115200-111111=4089(-3.6%)的誤差。

調節(jié)器差不多會這樣工作：

位數(shù) 分頻因子 誤差（％） 累積誤差（%)

1 8 +8.5 +8.5

2 9 -3.6 +4.9

3 9 -3.6 +1.3

4 9 -3.6 -2.3

5 8 +8.5 +6.2

…… …… …… ……

在 MSP430 的編程手冊(User Guide)上可以找到一張表, 列出了 SMCLK 典型頻率和常用波特率下,UART 收發(fā)數(shù)據(jù)時期望 的最小和最大的誤差率。根據(jù)表格我們選擇 5 作為調節(jié)值。

然后我們使能所有中斷,進入循環(huán)。

?#pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR

__interrupt void USCI0RX_ISR(void)

{

  P1OUT |= RXLED;

  if (UCA0RXBUF == 'a') // 'a' received?

  {

    i = 0;

    UC0IE |= UCA0TXIE;  // Enable USCI_A0 TX interrupt

    UCA0TXBUF = string[i++];

  }

  P1OUT &= ~RXLED;

}

這是當 UART 接收到數(shù)據(jù)時的中斷處理程序。如果你看過了 指導書的第二部分,你應該對中斷的概率比較熟悉了。

在中斷處理程序中,我們先點亮一個 LED,表示單片機已經(jīng) 接收到一個字節(jié)。然后我們讀 UCA0RXBUF 寄存器,這個寄存器 存儲了收到的數(shù)據(jù)。

如果收到的數(shù)據(jù)為’a’,那么就重置計數(shù)變量 i,打開發(fā)送中 斷向 PC 發(fā)送反饋字符串。

當我們把字符串的第一個字符放入 UCA0TXBUF 時,這個寄 存器就會做好準備將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

在這個中斷處理程序的最后,記得關閉 LED,表示接收中斷 處理完畢。

#pragma vector=USCIAB0TX_VECTOR 

__interrupt void USCI0TX_ISR(void)

{

  P1OUT |= TXLED;

  UCA0TXBUF = string[i++]; // TX next character

  if (i == sizeof(string) - 1) // TX over?

  {

    UC0IE &= ~UCA0TXIE; // Disable USCI_A0 TX interrupt

  }

  P1OUT &= ~TXLED;

}

這是UART的發(fā)送中斷處理程序。和剛才一樣,我們點亮一個 LED表示進入發(fā)送中斷。

我們將要發(fā)送的下一個字符放入緩存區(qū)中。如果字符串沒有結束, 關閉LED,中斷處理程序結束。待當前字節(jié)發(fā)送結束后,發(fā)送中斷會被再一次觸發(fā)(因為buffer中還有待發(fā)送的數(shù)據(jù))。如果反饋字 符串已經(jīng)全部載入buffer中,我們就可以關閉發(fā)送中斷,回到主程序中。

燒代碼看效果吧!

提示:通信時PC與單片機的互動可以在PC端下載一個串口助手, 比較經(jīng)典是sscom。串口助手是調試單片機程序的利器!

以下是這一節(jié)的完整代碼:

#include "msp430g2553.h"

#define TXLED BIT0 

#define RXLED BIT6 

#define TXD BIT2 

#define RXD BIT1

const char string[] = { "Hello Worldn" }; 

unsigned int i; //Counter

int main(void)

{

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // Stop WDT

  DCOCTL = 0; // Select lowest DCOx and MODx settings

  BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ; // Set DCO

  DCOCTL = CALDCO_1MHZ;

  P2DIR |= 0xFF; // All P2.x outputs

  P2OUT &= 0x00; // All P2.x reset

  P1SEL |= RXD + TXD ; // P1.1 = RXD, P1.2=TXD

  P1SEL2 |= RXD + TXD ; // P1.1 = RXD, P1.2=TXD

  P1DIR |= RXLED + TXLED;

  P1OUT &= 0x00;

  UCA0CTL1 |= UCSSEL_2; // SMCLK

  UCA0BR0 = 0x08; // 1MHz 115200

  UCA0BR1 = 0x00; // 1MHz 115200

  UCA0MCTL = UCBRS2 + UCBRS0; // Modulation UCBRSx = 5

  UCA0CTL1 &= ~UCSWRST; // **Initialize USCI state machine**

  UC0IE |= UCA0RXIE; // Enable USCI_A0 RX interrupt 

  _EINT();

  while (1)

  {}

}

#pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR

__interrupt void USCI0RX_ISR(void)

{

  P1OUT |= RXLED;

  if (UCA0RXBUF == 'a') // 'a' received?

  {

    i = 0;

    UC0IE |= UCA0TXIE;  // Enable USCI_A0 TX interrupt

    UCA0TXBUF = string[i++];

  }

  P1OUT &= ~RXLED;

}

#pragma vector=USCIAB0TX_VECTOR 

__interrupt void USCI0TX_ISR(void)

{

  P1OUT |= TXLED;

  UCA0TXBUF = string[i++]; // TX next character

  if (i == sizeof(string) - 1) // TX over?

  {

    UC0IE &= ~UCA0TXIE; // Disable USCI_A0 TX interrupt

  }

  P1OUT &= ~TXLED;

}