msp430f5419/38学习笔记之USCI：UART模式

   msp430f541x、msp430f543x多达4个通用串行通信接口（USCI）模块，支持多种串行通信模式，不同的 USCI 模块支持不同的模式。

  USCI_Ax模块支持：

• UART模式；

• IrDA通信的脉冲整形；

• LIN通信的自动波特率检测；

• SPI模式；

  USCI_Bx模块支持：

• IIC模式；

• SPI模式；

UART模式：

    在异步模式下，USCI_Ax模块通过两个外部引脚UCAxRXD和UCAxTXD将芯片连接到外部系统。当UCSYNC

位清零时，选择UART模式。

  UART模块特征包括：

• 带奇校验、偶校验或非奇偶校验的7或8位数据；

• 独立的发送和接收移位寄存器；

• 独立的发送和接受缓冲寄存器；

• 发送和接收的独立中断能力；

• 最低位优先或最高位优先的数据发送和接收；

• 多处理器系统的内置空闲线路和地址位通信协议；

• 用于自动从LPMx模式唤醒的接收机起始边沿检测；

• 波特率可编程控制，支持小数波特率调制；

• 用于错误检测和抑制的状态标志；

• 用于地址检测的状态标志；

一、USCI初始化和复位

   PUC或置位UCSWRST，可以使USCI复位。PUC后，UCSWRST位自动置位，这使 USCI保持在复位状态。UCSWRST位置位，将使UCRXIE，UCTXIE，UCRXIFG，UCRXERR，UCBRK，UCPE，UCOE，UCFE，UCSTOE 和 UCBTOE 位复位，UCTXIFG 位置位。清除 UCSWRST 将释放 USCI，使其进入操作状态。



推荐使用以下过程，进行初始化或重新配置：

1.置位UCSWRST (BIS.B   #UCSWRST,&UCAxCTL1)；

2.2设置UCSWRST=1，初始化所有的USCI寄存器（包括UCAxCTL1）；

3.配置端口；

4.软件清除UCSWRST(BIC.B   #UCSWRST,&UCAxCTL1)；

5.通过UCRXIE和/或UCTXIE使能中断（可选）；

例：串口助手发什么就返回什么.

#include "msp430x54x.h"

// ACLK = REFO = 32768Hz, MCLK = SMCLK = default DCO/2 = 1048576Hz

// P3.4，5——USCI_A0 TXD/RXD；P9.4,5——USCI_A2 TXD/RXD；P10.4,5——USCI_A3 TXD/RXD；

void main(void)
{
  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                 // Stop WDT

  P5SEL = 0xc0;                             // P5.6,7 = USCI_A1 TXD/RXD
  UCA1CTL1 |= UCSWRST;                      // **Put state machine in reset**
  UCA1CTL1 |= UCSSEL_2;                     // SMCLK
  UCA1BR0 = 9;                              // 1MHz 115200 (see User's Guide)
  UCA1BR1 = 0;                              // 1MHz 115200
  UCA1MCTL |= UCBRS_1 + UCBRF_0;            // Modulation UCBRSx=1, UCBRFx=0
  UCA1CTL1 &= ~UCSWRST;                     // **Initialize USCI state machine**
  UCA1IE |= UCRXIE;                         // Enable USCI_A1 RX interrupt

  __bis_SR_register(LPM0_bits + GIE);       // Enter LPM0, interrupts enabled
}

// Echo back RXed character, confirm TX buffer is ready first，发送数据之前确定发送缓存准备好

#pragma vector=USCI_A1_VECTOR
__interrupt void USCI_A1_ISR(void)
{
  switch(__even_in_range(UCA1IV,4))
  {
  case 0:break;                             // Vector 0 - no interrupt
  case 2:                                   // Vector 2 - RXIFG
   while (!(UCA1IFG&UCTXIFG));             // USCI_A1 TX buffer ready?
    UCA1TXBUF = UCA1RXBUF;                  // TX -> RXed character
    break;
  case 4:break;                             // Vector 4 - TXIFG
  default: break;
  }
}

// UCTXIFG=0x02，UCA1IFG&UCTXIFG，当UCA1IFG的UCTXIFG位为1时，说明UCA1TXBUF为空，跳出while循环循环；当UCTXIFG位为0时UCA1TXBUF不为空，停在循环。 

二、USCI中断

    USCI只有一个发送和接收共用的中断向量，USCI_Ax和USC_Bx不共用中断向量。

  2.1 USCI 发送中断操作

    发射机置位 UCTXIFG 中断标志，这表明 UCAxTXBUF 已经准备好接收另一个字符（即UCAxTXBUF 为空）如果UCTXIE 和GIE 也置位的话，将产生中断请求。如果将字符写入，UCAxTXBUF、UCTXIFG将自动复位而无需软件复位。PUC之后或UCSWRST = 1时，UCTXIFG 置位、UCTXIE 复位。

  2.2 USCI 接收中断操作

    每接收到1个字符并将其载入到 UCAxRXBUF 时，UCRXIFG 中断标志置位，如果 UCTXIE 和 GIE 也置位的话，将产生中断请求。UCRXIFG 和UCRXIE 可以通过系统复位PUC信号或 UCSWRST = 1复位。当读取UCAxRXBUF时，UCRXIFG 自动复位。 

  2.3  UCAxIV，中断向量发生器

     USCI 中断标志具有一定的优先次序，组合使用一个中断向量。中断向量寄存器 UCAxIV 用于确定产生中断的标志。使能的具有最高优先级的中断在 UCAxIV寄存器内产生一个数值，该数值可以加到程序计数器上，从而自动跳转到相应的软件子程序处。禁止中断不会影响 UCAxIV的值。 

     对UCAxIV寄存器的任何访问，读或写，将会自动复位挂起的优先级最高的中断标志。如果另一个中断标志置位，在响应完第一个中断后，立即产生另一个中断。  

三、寄存器

    3.1

     此寄存器主要是定义数据通信的字符格式，UART 的字符格式包括一个起始位，7 或 8 位数据位，一个奇/偶/非奇偶校验位，地址位（地址位模式），以及1或2个停止位，UCMSB位控制传送方向，选择低位或高位优先，UART 通讯的典型选择是低位优先。

     PUC之后全为0，即 字符长度8、1个停止位、无奇偶校验、低位优先，UART模式。

   UCMODEx Bits2_1位：

   两个芯片进行异步通信时，对协议来说，不需要多处理器格式。当3 个或更多个芯片通信时，USCI 支
持线路空闲和地址位多处理器通信格式。

    3.11 线路空闲多处理器模式（待续）

    3.12 地址位多处理器模式（待续）

    3.13 自动波特率检测（待续）

  3.2

    此寄存器主要是配置USCI，PUC后时钟选择外部时钟，所以初始化时除了置位 UCSWRST 位外还需配置时钟源。其它的默认就行。

四、低功耗 UART模式下使用 USCI模块

    USCI 模块提供低功耗模式下的自动时钟激活功能。当 USCI 时钟源由于设备处于低功耗模式不活动时，无论时钟源的控制位如何设置，USCI 模块会在需要时激活时钟源，时钟将保持活动状态直到 USCI模块返回空闲状态。USCI模块返回到闲状态后，将反转时钟源控制位的设置。

eg.
void InitUARTA1(void)
{
  UCA1CTL1 |= UCSWRST;// PUC后，UCSWRST位自动置位，这使 USCI保持在复位状态
  UCA1CTL0 = 0x00;                         
  UCA1CTL1 |= UCSSEL_2;                     // SMCLK
  UCA1BR0 = 216;                            // 24MHz 115200
  UCA1BR1 = 0;                              // 24MHz 115200
  UCA1MCTL = UCBRS_2 + UCBRF_0;             // 0x04+0x00
  P5SEL = 0xC0;                             // P5.6/7 = USCI_A0 TXD/RXD
  UCA1CTL1 &= ~UCSWRST;    // **Initialize USCI state machine**,。清除UCSWRST 将释放 USCI，         UCA1IE |= UCRXIE;                          // Enable USCI_A1 RX interrupt
}
#pragma vector = USCI_A1_VECTOR
__interrupt void USCI_A1_ISR(void)
{
  switch (__even_in_range(UCA1IV,4))
  {
  case 0:break;                             
  case 2:
   g_uartBufA[g_bufALen] = UCA1RXBUF;
   if (g_uartBufA[g_bufALen]==0xFF)
   {
    }
   if (g_uartBufA[g_bufALen++]==0xFD) //判断PC机发送的命令帧是否已完
   {
     g_bufALen=0;
     g_uartReceive = 1;// 置位
   }
  break;
  case 4:break;                             // Vector 4 - TXIFG
  default: break;
  }
}
void USciSend( )
{
  unsigned char i;
  for (i = 0; i < g_bufALen; i++)
  {
    while (!(UCA1IFG & UCTXIFG));
    UCA1TXBUF = g_uartBufA[uartBuf1];
  }
}// UCA1MCTL 是UCA1的调制控制寄存器

  五、波特率的产生

    USCI 波特率发生器可以从非标准源频率中产生标准的波特率，可以通过UCOS16位选择系统提供的两种操作模式。波特率可以通过使用BRCLK 产生，根据 UCSSELx设置，BRCLK 可以作为外部时钟 UCAxCLK或内部时钟ACLK 或SMCLK 的时钟源。 

  5.1 低频波特率

     当UCOS16=0 时选择低频模式。该模式允许从低频时钟源产生波特率（例如从32768Hz 晶振产生9600波特）。通过使用较低的输入频率，可以降低模块的功耗。在高频和高分频设置下使用这种模式，将会使多数表决在逐渐缩小的窗口中执行，因此会降低多数表决法的优势（下面的例子都是这种模式）。

    在低频模式下，波特率发生器使用1个预分频器和1个调制器产生位时钟时序。这种组合下，产生波特率时支持小数分频；在这种模式下，最大的 USCI波特率是UART 源时钟频率 BRCLK的1/3 。

    每一位的时序如图所示，对于接收的每一位，为了确定该位的值，采用多数表决法。这些采样点发生在N/2-1/2，N/2 和N/2 + 1/2 个BRCLK 周期处，这里N 是每个BITCLK 时钟中 BRCLKs 的数值。 

    调制是建立在如表15-2 所示的 UCBRSx 设置基础上的。表中1个1 表示m= 1，相应的BITCLK 周期是一个BRCLK 周期，它比m=0 时的BITCLK 周期长。调制在8位后进行，但以新的开始位重新启动。

  5.2 过采样波特率的产生

    当UCOS16=1时，选择过采样模式。该模式支持在较高输入时钟频率下对UART 位流采样。在多数表决方法的结果总是一个位时钟周期的1/16位置。当使能IrDA 编码器和解码器时，这种模式也支持带有3/16位时间的IrDA脉冲。 

    该模式使用一个预分频器和调制器产生BITCLK16 时钟，该时钟比 BITCLK 快16倍。这种组合方式支持波特率产生时 BITCLK16 和BITCLK 的小数分频。在这种情况下，最大的USCI 波特率是 UART源时钟频率BRCLK的1/16。当UCBRx 设置为0或1时，将忽略第一级分频器和调制器，BRCLK等于 BITCLK16—在这种情况下BITCLK16没有调制，因此将忽略 UCBRFx位。 

    BITCLK16 调制是建立在如表15-3 所示的 UCBRFx 设置基础上的。表中1个1 表示相应的 BITCLK16 周期一个BRCLK周期，它比m=0 时的BITCLK16周期长。以每一个新位时序开始调制；BITCLK调制是建立在如前所述的 UCBRSx设置（见表15-2）基础上的。

  5.3 设置波特率

    430的波特率设置用三个寄存器实现： 
    UxBR0：波特率发生器分频系数低8位；
    UxBR1：波特率发生器分频系数高8位；
    UxMCTL：波特率发生器分频系数的小数部分实现； 
    对于给定的BRCLK时钟源，所使用的波特率将决定分频因子 N： N = fBRCLK/波特率。分频因子N 通常不是一个整数值，因此至少需要一个分频器和一个调制器来尽可能接近分频因子，如果N 值等于或大于16，可以通过置位UCOS16 选择过采样波特率产生模式。 

    在低频模式下，分频因子的整数部分通过预分频器实现 UCBRx = INT(N)；
    小数部分由带有下面nominal公式的调制器实现： UCBRSx = round((N–INT(N))× 8)，（round表示舍入）
UCBRSx计数值增1或减1，对任何给定的位给一个较小的最大比特误差。为了检测是不是这种情况，对于每个UCBRSx设置的每一位都必须经过详细的误差计算；

   在过采样模式下，预分频器设置为：UCBRx = INT(N/16)，第一阶调制器设置为：UCBRFx = round(((N/16)– INT(N/16) ) × 16 )，当需要更高精度时，UCBRSx调制器可以实现从 0到7 的值。对于给定位，为了找到最低的最大误码率设置，对于带有初始UCBRFx设置和增1 或减 1的 UCBRFx设置的 UCBRSx从0到7的所有设置，都必须经过详细的误差计算。 

下面详解上例中的四条语句：

  UCA1CTL1 |= UCSSEL_2;                     // SMCLK
  UCA1BR0 = 216;                            // 24MHz 115200
  UCA1BR1 = 0;                              // 24MHz 115200
  UCA1MCTL = UCBRS_2 + UCBRF_0;             // 0x04+0x00

    这里 SMCLK 已在时钟部分初始化，其时钟源为: Fdcoclkdiv = (760+1)*32768 = 24.936448 MHZ；
分频系数 N = 24936448/115200 = 216.462222,UCA1BR0是分频系统整数部分的低8位、UCA1BR1是高8位，所以..
UCA1MCTL 是波特率发生器分频系数的小数部分，由于是低频模式（UCOS16=0）, UCA1MCTL 寄存器中的 UCBRFx 位忽略，而 UCBRSx = round((N–INT(N))× 8) 即 UCBRSx = 0.46×8 四舍五入取为 4。
   UCBRSx 的值也可以这么解释: 0.46*8=3.68 四舍五入为 4个1，把这4个1分成8位均匀排开 01010101 （LSB在前），对照表15-2 查得 UCBRSx=0x04。