MSP430第三十六章：通用异步收发通信模块 – UART Mode

1. 通用串行通信接口——USCI总览

USCI模块支持多种串行通信方式，不同的USCI模块支持不同的模式，每个不同的USCI模块都用不同的字母命名。例如，USCI_A和USCI_B是不同的。如果在一个设备上配备了多个相同的USCI模块，那么这些模块的名称将以递增的数字命名。例如，如果一个设备有两个USCI_A模块，它们被命名为USCI_A0和USCI_A1。
USCI_Ax模块支持:

• UART模式
• 用于IrDA通信的脉冲整形
• 用于LIN通信的波特率自动检测
• SPI模式

USCI_Bx模块支持:

• I2C模式
• SPI模式

2. UART模式

在异步模式下，USCI_Ax模块通过两个外部引脚UCAxRXD和UCAxTXD连接外部系统。置零UCSYNC位时选择UART模式。
UART模式的特点包括:

• 奇数、偶数或没有校验的7位或8位数据
• 独立的发射和接收移位寄存器
• 独立的发送和接收缓冲区寄存器
• 低位在前或者高位在前的数据传输格式
• 用于多处理器系统的内置空闲线路和地址位通信协议
• 从LPMx模式自动唤醒的接收机开始边缘检测(不支持从LPMx.5模式唤醒)
• 带小数的可编程波特率
• 错误检测和抑制的状态标志
• 地址检测的状态标志
• 接收和发送的独立中断能力

3. UART操作

在UART模式下，USCI以异步的比特率传送和接收字符。每个字符的时序是基于所选的USCI波特率，发送和接收使用相同的波特率频率。
3.1 USCI初始化和重置
USCI由PUC或通过置一UCSWRST位复位。在PUC之后，UCSWRST位被自动置一，使USCI处于复位状态。当UCSWRT置一时，UCRXIE，UCTXIE、UCRXIFG、UCRXERR、UCBRK、UCPE、UCOE、UCFE、UCSTOE、UCBTOE位将复位，UCTXIFG位将置一。置零UCSWRST将释放USCI进行操作。为了避免不可预知的动作，只有置一了UCSWRST后才能配置或重新配置USCI_A模块。

推荐的初始化或重新配置USCI模块流程：

1. 置一UCSWRST位
2. 用UCSWRST = 1初始化的所有USCI寄存器(包括UCAxCTL1)
3. 配置端口
4. 通过软件清除UCSWRST
5. 通过UCRXIE或UCTXIE启用中断(可选)

3.2 帧格式
UART帧格式由一个起始位、7或8个数据位、一个奇/偶/无奇偶校验位、一个地址位(地址位模式)和一个或两个停止位组成。UCMSB位控制传输的方向，并选择LSB或MSB。

3.3 异步通信格式
当两个设备异步通信时，协议不需要多处理器格式。当三个或更多的设备通信时，USCI支持空闲线和地址位多处理器通信格式。

3.3.1 空线多处理器的格式
当UCMODEx = 01时，空闲行多处理器格式被选择。在传输线上数据块被空闲时间分开，当在一个字符的停止位之后接收到10个或更多连续的1(标记)时，检测到传输线上空闲。接收到空闲线路后，波特率发生器关闭，直到检测到下一个开始边缘，UCIDLE位也会 置一。在空闲时间之后收到的第一个字符是地址字符，UCIDLE位被用作每个字符块的地址标签。在空闲行多处理器格式中，当接收到的字符是一个地址时，该位被置一。

UCDORM位用于控制空闲线多处理器格数据的接收，当UCDORM = 1，所有的非地址字符都被组装，但是不被传送到UCAxRXBUF中，并且不会产生中断。当接收到一个地址帧时，该字符被传送到UCAxRXBUF, UCRXIFG被置一，当UCRXEIE = 1时任何错误标志置一。当UCRXEIE= 0并且一个地址帧被接收，但是有帧错误或奇偶校验错误，字符不会被转移到UCAxRXBUF，UCRXIFG也不会置一。
如果接收到一个地址，用户软件可以验证该地址，并且必须置一UCDORM以继续接收数据。如果UCDORM仍然置一，则只接收地址字符。当UCDORM在接收字符期间被清除时，接收中断标志在接收完成后被置一。UCDORM位不会被USCI硬件自动修改。
对于空闲线多处理器格式的地址传输，一个精确的空闲时间可以由在UCAxTXD上生成地址字符标识符。双缓冲UCTXADDR标志指示加载到UCAxTXBUF的下一个字符之前是否有11位的空闲行。UCTXADDR在开始位生成时自动清除。
发送空闲帧

3.4 波特率自动检测
当UCMODEx = 11时，选择自动波特率检测的UART模式。为了自动检测波特率，数据帧之前有一个由中断和同步字段组成的同步序列。当接收到11个或更多连续的零时检测到中断。如果中断的长度超过21位，则中断超时错误标志UCBTOE位置一。USCI在接收到break/sync字段时不能发送数据。

为了符合LIN协议，字符格式应该设置为8个数据位，低位在前，没有奇偶校验，一个停止位，没有地址位。
同步字段由字节字段内的数据055h组成。同步基于模第一个下降边缘和最后一个下降边缘之间的时间测量。如果通过置一UCABDEN使能波特率自动检测功能，则使用发送波特率发生器进行测量。否则，波形将接收但不进行测量。测量结果被传输到波特率控制寄存器(UCAxBR0、UCAxBR1和UCAxMCTL)。如果同步字段的长度超过了可测量的时间，则置一同步超时错误标志位UCSTOE。

UCDORM位用于控制该模式下的数据接收。当UCDORM被置一后，所有的字符都被接收但是不会被转移到UCAxRXBUF，并且产生中断。当一个中断/同步字段被检测到，UCBRK标志被置一。中断/同步字段后面的字符被转移到UCAxRXBUF和UCRXIFG中断标志被设置。还设置了任何适用的错误标记。如果UCBRKIE位被置一，接收中断/同步设置UCRXIFG。UCBRK位由用户软件或读取接收缓冲区UCAxRXBUF复位。
当接收到中断/同步字段时，用户软件必须重置UCDORM以继续接收数据。如果UCDORM保持置一，只有接收到下一个break/synch字段后的字符才被接收。UCDORM位不会被USCI硬件自动修改。
当UCDORM = 0时，所有接收到的字符都置一接收中断标志UCRXIFG。如果UCDORM在接收字符期间被清除，接收中断标志将在接收完成后置一。用于检测波特率的计数器限制为07FFFh(32767)计数。这意味着采样模式下可检测的最小波特率为488波特，低频模式下为30波特。波特率自动检测模式适用于全双工通信系统，但有一定的限制。USCI在接收break/sync字段时不能传输数据，如果接收到帧错误的0h字节，在此期间传输的任何数据都会被损坏。后一种情况可以通过检查接收到的数据和UCFE位来发现。

3.4.1发送Break/ sync字段

1. 设置UCTXBRK为UMODEx = 11
2. 写入055h到UCAxTXBUF。UCAxTXBUF必须准备好接收新数据(UCTXIFG = 1)
   这会生成一个13位的中断字段，后面跟着一个中断分隔符和同步字符。分隔符的长度由UCDELIMx位控制。当同步字符从UCAxTXBUF转移到移位寄存器时，UCTXBRK自动复位
3. 将需要的数据字符写入UCAxTXBUF。UCAxTXBUF必须准备好接收新数据(UCTXIFG = 1)
   写入UCAxTXBUF的数据被转移到移位寄存器并在移位后立即传输

3.5 IrDA编码和解码
当置一UCIREN时，IrDA编码器和解码器被启用并提供硬件位整形

3.5.1 IrDA编码
编码器为来自UART的发送比特流中的每一个零位发送一个脉冲，脉冲持续时间由UCIRTXPLx位定义，该位指定了由UCIRTXCLK选择的时钟的一半时钟周期的数目。
为了设置IrDA标准要求的3/16位周期的脉冲时间，选择BITCLK16时钟UCIRTXCLK = 1，将脉冲长度设置为6个半时钟周期，UCIRTXPLx = 6 – 1 = 5。
当UCIRTXCLK = 0时，脉冲长度tPULSE基于BRCLK，计算公式为:

当UCIRTXCLK = 0时，前置器UCBRx必须设置为大于或等于5的值。
3.5.2 IrDA解码
当UCIRRXPL = 0时，解码器检测高脉冲。否则，它会检测到低脉冲。除了模拟抗尖峰脉冲滤波器，还可以通过设置UCIRRXFE来启用额外的可编程数字滤波器。当UCIRRXFE被置一，只有长于编程滤波器长度的脉冲被通过，短的脉冲被丢弃。编写滤波器长度UCIRRXFLx的公式为:

其中：tPULSE=最小接收脉冲宽度
tWAKE =从任何低功率模式唤醒时间，当设备处于活动模式时为零。

3.6自动检错
故障抑制防止USCI意外启动。UCAxRXD上任何小于故障时间tt的脉冲(大约150 ns)将被忽略。