走进MSP430（5）——MSP430G2串口使用

虽然现在USB越来越常见，但作为工控领域最常见的接口之一，和最通用的端口之一，串口仍然有很大用处。基本上所有单片机都有串口，并且使用简单，可以作为单片机和电脑、单片机和外设或单片机之间通信使用，在程序调试时如果使用得当会带来很大方便。
和其他外设一样，串口使用首先需要初始化，然后是接收和发送数据函数，然后是数据处理部分。这一节的主要内容是串口初始化和收发函数，因为数据处理部分和应用密切相关，这一节不会讲到这一部分。下面结合代码讲解。代码来源于MSPWare，TI提供的MSP430例程库，在运行此部分程序时需要将开发板附带的32.768KHz晶振焊上。

#include <msp430.h>

const char string1[] = { "Hello World\r\n" };
unsigned int i;

int main(void)
{
    WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;                 // Stop WDT
    P1DIR = 0xFF;                             // All P1.x outputs
    P1OUT = 0;                                // All P1.x reset
    P2DIR = 0xFF;                             // All P2.x outputs
    P2OUT = 0;                                // All P2.x reset
    P1SEL = BIT1 + BIT2 ;                     // P1.1 = RXD, P1.2=TXD
    P1SEL2 = BIT1 + BIT2 ;                     // P1.1 = RXD, P1.2=TXD
    P3DIR = 0xFF;                             // All P3.x outputs
    P3OUT = 0;                                // All P3.x reset
    UCA0CTL1 |= UCSSEL_1;                     // CLK = ACLK
    UCA0BR0 = 0x03;                           // 32kHz/9600 = 3.41
    UCA0BR1 = 0x00;                           //
    UCA0MCTL = UCBRS1 + UCBRS0;               // Modulation UCBRSx = 3
    UCA0CTL1 &= ~UCSWRST;                     // **Initialize USCI state machine**
    IE2 |= UCA0RXIE;                          // Enable USCI_A0 RX interrupt

    __bis_SR_register(LPM3_bits + GIE);       // Enter LPM3 w/ int until Byte RXed
}

#pragma vector=USCIAB0TX_VECTOR
__interrupt void USCI0TX_ISR(void)
{
    UCA0TXBUF = string1[i++];                 // TX next character

    if (i == sizeof string1 - 1)              // TX over?
        IE2 &= ~UCA0TXIE;                       // Disable USCI_A0 TX interrupt
}

#pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR
__interrupt void USCI0RX_ISR(void)
{
    if (UCA0RXBUF == 'u')                     // 'u' received?
    {
        i = 0;
        IE2 |= UCA0TXIE;                        // Enable USCI_A0 TX interrupt
        UCA0TXBUF = string1[i++];
    }
}

首先是串口初始化。在main函数中首先将串口对应的端口配置为外设功能。因为MSP430所有端口上电默认为GPIO，输入，因此需要先将对应端口分配给串口模块使用。在MSP430G2553中，串口对应的端口为P1.1和P1.2，因此将P1SEL和P1SEL2对应位设为1即为将P1.1和P1.2分配给串口模块。MSP430G2553芯片有几种不同的封装，最多有32个引脚，而LAUNCHPAD上的是20引脚的型号，其中P3和P2的一部分引脚没有引出，但芯片中存在对应寄存器，因此引脚初始化中将没有用到的P2和P3组引脚配置为输出低电平状态，避免引脚处于不确定状态。此部分代码如下：

    P1DIR = 0xFF;                             // All P1.x outputs
    P1OUT = 0;                                // All P1.x reset
    P2DIR = 0xFF;                             // All P2.x outputs
    P2OUT = 0;                                // All P2.x reset
    P1SEL = BIT1 + BIT2 ;                     // P1.1 = RXD, P1.2=TXD
    P1SEL2 = BIT1 + BIT2 ;                     // P1.1 = RXD, P1.2=TXD
    P3DIR = 0xFF;                             // All P3.x outputs
    P3OUT = 0;                                // All P3.x reset

然后是配置串口外设功能。首先配置串口时钟，例程使用ACLK作为串口时钟，时钟速率为32.768KHz。由于MSP430G2系列内部带有校准过的DCO，也可使用DCO作为串口时钟源，以达到更高通信速率。UCA0BR0和UCA0BR1用于配置串口通信速率，UCA0BR0为低8位，UCA0BR1为高8位。串口速率和串口外设时钟速率关系如下：
串口速率 = 时钟速率 / （UCA0BR0 + UCA0BR0 * 256）
UCA0MCTL用于配置串口时钟产生和检测方式。由于串口为异步接口，接口中不包含时钟信号，因此时钟信号需要单机自己产生，并通过产生的时钟信号检测串口数据。MSP430有两种串口时钟产生方式，即Modulation和Oversampling两种方式，通过UCOS16寄存器位选择。在串口时钟使用低频时钟时采用Modulation方式，在串口时钟使用高频时钟时采用Oversampling方式。在Modulation方式下，串口速率最快可以达到1/3时钟速率。此方式下串口数据检测方式如下：

在每个串口数据位周期内，在对应的串口时钟的第N/2，N/2 + 1和N/2 – 1位采样。如上图BRCLK为串口时钟，BITCLK为串口数据流，图上Bit Period为一个串口位，一个串口位对应N个串口时钟。在对应串口时钟的N/2 – 1，N/2，N/2 + 1的时刻进行采样，对采样结果进行多数判决确定数据对应位为0还是1。采样图案可以通过UCBRSx寄存器设置，最多可在一个串口位进行7次采样，即在串口位对应的N/2 – 4，N/2 – 3，N/2 – 2……N/2 + 3，N/2 + 4个串口时钟位采样。这样的好处是在较低的串口速率下可以将串口配置为低速时钟，降低电源消耗。
另一种方式Oversampling在串口时钟使用高频时钟时使用。这种方式下串口速率可以达到串口时钟速率的1/16。这种方法首先通过预分频器产生一个频率是串口速率16倍的时钟，然后依据这个时钟和采样图形进行采样，采样图形如下图所示：

因为需要产生串口采样时钟，这个时钟是通过串口时钟分频得到，因此这种方式串口速率不能超过串口时钟速率的1/16。
配置完成完成时钟后，通过UCA0CTL1 &= ~UCSWRST;启用串口模块，然后打开接收中断。到此串口配置部分完成。下面是完整的串口配置部分代码

    UCA0CTL1 |= UCSSEL_1;                     // CLK = ACLK
    UCA0BR0 = 0x03;                           // 32kHz/9600 = 3.41
    UCA0BR1 = 0x00;                           //
    UCA0MCTL = UCBRS1 + UCBRS0;               // Modulation UCBRSx = 3
    UCA0CTL1 &= ~UCSWRST;                     // **Initialize USCI state machine**
    IE2 |= UCA0RXIE;                          // Enable USCI_A0 RX interrupt

然后是串口收发部分。这部分都是在串口中断中进行的。串口中断分为两个中断，接收中断和发送中断。（顺便说一下，因为MSP430G2553通信部分不同通信方式共用这两个中断，因此不同通信方式，如IIC，SPI，串口等不能同时使用。这是一个大坑=。 =之前我打算用G2553做一个串口转IIC，但死活不成功，表现是串口能正常工作，但没法转发到IIC。）
首先是接收中断。注意看串口配置部分最后，只打开了接收中断，没有打开发送中断。因为发送中断会在UCA0TXBUF为空的时候产生，而UCA0TXBUF通常会在串口配置完成后很短时间内变为空，如果没有数据写入UCA0TXBUF，就会一直产生发送中断，因此发送中断只在需要时候打开。因为这个只是演示程序，所以数据处理部分写的比较简单。在判断到接受的数据是字母u的时候回复一串字符串。因为MSP430会在UCA0RXBUF被读取之后自动清除接收中断，因此接收中断函数中没有清除中断标志位的代码。

#pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR
__interrupt void USCI0RX_ISR(void)
{
    if (UCA0RXBUF == 'u')                     // 'u' received?
    {
        i = 0;
        IE2 |= UCA0TXIE;                        // Enable USCI_A0 TX interrupt
        UCA0TXBUF = string1[i++];
    }
}

然后是发送中断。发送中断标志位会在向UCA0TXBUF写入数据后自动清除，因此函数里没有清除中断标志位的代码。当发送完成后，关掉发送中断，然后等待下一次收到数据。

#pragma vector=USCIAB0TX_VECTOR
__interrupt void USCI0TX_ISR(void)
{
    UCA0TXBUF = string1[i++];                 // TX next character

    if (i == sizeof string1 - 1)              // TX over?
        IE2 &= ~UCA0TXIE;                       // Disable USCI_A0 TX interrupt
}

主函数中有一行代码如下：

__bis_SR_register(LPM3_bits + GIE);       // Enter LPM3 w/ int until Byte RXed

因为MSP430外设可以在CPU处于低功耗模式下工作，通过中断唤醒CPU，因此这一行的作用就是让CPU进入LPM3低功耗模式下，并打开全局中断，以降低芯片功耗。
另外还有一点，MSP430 LAUNCHPAD带的串口似乎只支持9600波特率，如果使用大于9600波特率的串口的话可能会无法正确收发，这时候需要断开LAUNCHPAD上的TXD，RXD两个跳线，然后从P1.1，P1.2两个引脚引线接到另外的USB转串口上。
除此之外，有兴趣的话可以看看USER GUIDE中串口部分的框图，了解串口部分模块结构，可以更好理解串口工作流程。
串口部分到此结束，高级功能，如自动检测波特率，校验等功能自己尝试使用。