文档介绍：第一章串口通讯的系统组成与原理
系统组成及通讯原理
系统构成
MSP430F149功能简介:
本设计选用的主要芯片为MSP430F149,该单片机属于德州仪器公司MSP430F14X/16X FLASH 系列。该系列是一组工业级超低功耗的微控制器,运行环境温度为-40~+85 ~, MSP430 单片机之所以有超低的功耗,是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。由于具有16位RISC(精简指令集)结构,16位寄存器和常数寄存器,MSP430 达到了最大的代码效率。数字控制的振荡器提供快速从所有低功耗模式苏醒到活动模式的能力时间少于6ms。MSP430F149有较高的处理速度,在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125 ns。另外它带有两个16 位定时器(带看门狗功能)、速度极快的8 通道12 位A/D 转换器(ADC)(带内部参考电压、采样保持和自动扫描功能)、一个内部比较器和两个通用同步/异步发射接收器、48个I/O口(均可独立控制)的微处理器结构。硬件乘法器提高了单片机的性能并使单片机在编码和硬件上可兼容[3]。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
二、系统构成
1、系统框图
系统构成如图1-1所示,由上位机(即工业控制计算机)、通讯接口和下位机3部分组成。上位机选用的是工控机,智能终端由单片机MSP430F149和外围传感器放大电路等构成(本设计部涉及该部分的设计)。单片机与PC机之间通信方式为串行异步方式(UART),下位机采用中断方式进行与上位机的数据交换,上位机采用按时查询方式对各串口进行读写操作。单片机MSP430要想与PC 串口连接或者其它带有串口的终端设备连接,接口电路部分必须要进行EIA-RS-232-C 与MSP430 电平和逻辑关系的转换[4]。本设计将采用MAX3221芯片, 完成3V~5V 电平与串口电平的双向转换。
图1-1 系统框图
通信原理及协议
一、MSP430的串口通讯模块(USART)
由于本设计解决的是串口通讯问题,所以通信的基本原理是利用MSP430的串口通讯模块(USART)来实现单片机和PC机之间的串口通信。
1、USART的硬件构成:
SP430F169的串行通讯模块(USART)的作用主要是实现对外通信,它可以实现异步通信(UART)和同步通信(SPI)两中通讯功能[5]。图1-2是USART的通讯模块。
由图1-2可以看出USART模块分别由波特率部分,接收部分,发送部分,端口IO部分组成。USART接收部分包括接收寄存器,接收移位寄存器以及控制模块组成,它在接收信息的时候产生一些状态信息,并设置相应的中断标志位。USART的发送部分包括发送寄存器,发送移位寄存器以及控制模块组成,它在发送的时候产生一些状态信息,并可以设置发送中断标志位。USART的波特率产生部分主要包括时钟的选择,波特率的产生以及波特率的调整部分组成,它通过设置波特率寄存器和波特率调整寄存器来获得需要的波特率。USART包含一个控制模块,通过控制模块可以选择相应的工作模式,同时设置相应的管脚,比如对异步和同步工作方式的选择,对奇偶校验位和停止位个数等所有设置都是通过操作该模块的寄存器来实现的。对于不同系列的MSP单片机其USART模块可能有一个也可能有两个,而MSP430F149有两个,分别是USART0和USART1。
图1-2 USART模块组成
2、USART的控制寄存器和工作模式
USART的控制寄存器是其八个寄存器之中的一个,表1-1是其位的格式,
表1-1 控制寄存器
PENV
PEV
SP
CHAR
LISTEN
SYNC
MM
SWRST
USART的控制寄存器有8个有效控制位,通过对这些控制位的设置可以对工作模式,通信协议,校验位等进行选择。用户对USART的所有操作都是通过操作该寄存器的控制位来完成的[6]。下面是各个位的简单功能描述,知道这些控制位的功能,有助于我们在后面进行硬件连接和软件设计.
PENV:校验使能位。该位为0不允许校验;为1时,允许校验,且在发送时产生校验位,在接收时希望接收到校验位。在地址位多机模式中地址位包括在校验计算中。
PEV:奇偶校验位。为0时,奇校验,为1时进行偶校验。
SP:停止位。接收时停止位只有一个。发送时,该位为0,只有一个停止位;该位为1时,有两个停止位。
CHAR:字符长度位。该位为0表示发送的数据为7位,该位为1时表示
发送的数据为8位。
LISTEN:监听使能位。该位为0没有反馈;该位为1,有反馈,发送的数据送到接收器,可以进行自环测试。
SYNC:该位为0时,USAR