usart跟usci区别

© 2005 Texas Instruments Inc、Slide 1 新型的高性能双通信模块—USCI Thomas Kot 德州仪器MSP430资深市场工程师 thomas-kot@ti.com © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 2 会议议程 • USCI 介绍 • UART/LinBUS 异步模式 • SPI 同步模式 • I2C 同步模式 • 选择正确的总线 • 设备选择 • 模块的同时工作 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 3 通用串行通信 I/F • 超低功耗 LPMx 工作 • 2 个独立块 • 双缓存 TX/RX • RX 干扰抑制 • 波特率发生器 灵活的时钟源 自动检测 生成 • 启用 DMA • 中断驱动 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 4 特性概览 • 新型 MSP430 串行接口 • 两个相互独立的通信块 • 异步通信模式 UART 标准与多处理器 带自动波特率检测的 UART（LIN 支持） IrDA（SIR——低红外，最大 115k 波特） LPMx 唤醒 • 同步通信模式 SPI（主从模式，3 或 4 线） I2C（主从模式） LPMx 工作 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 5 USCI 与 USART 的差异 USART • UART 仅一个调制器 N/A N/A N/A • SPI 仅提供一个 SPI • I2C 复杂特性 USCI • UART 两个调制器可支持 n/16 计时 自动波特率检测功能：LIN 集成式 IrDA 编码器与解码器 同步 USCI_A/USCI_B • SPI 双 SPI：USCI_A 与 B 各一个 • I2C 经简化，方便易用 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 6 USCI_A USCI_A Baudrate Generator IrDA Decoder SPI UART Transmit Shift Register Transmit Buffer UC0TXBUF IrDA Encoder Receive Buffer UC0RXBUF Receive Shift Register UCA0TXD UCA0RXD • 支持 IrDA/LIN 或 SPI 的 UART • 双缓存 TX/RX • 可自动检测波特率的波特率发生器 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 7 USCI_B USCI_B I2C Bitclock Generator SPI Transmit Shift Register Transmit Buffer UC1TXBUF I2C Bus Interface Receive Buffer UC1RXBUF Receive Shift Register UCB0SIMO UCB0SOMI • I2C 主／从，最大 400kHz，或 SPI • 比特时钟发生器 • 双缓存 TX/RX © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 8 USCI_A UART 模式 Receiver Shift Register Transmit Shift Register RXBUF TXBUF Baud-Rate Generator Auto baud rate detect Start Edge Clock RXD TXD • 超低功耗 • 灵活 7 或 8 位数据 奇、偶或非奇偶 LSB 或 MSB 优先 干扰抑制 • 通信 IrDA 多处理器 自动波特 (S/W LIN) •中断驱动 故障检测 TX/RX © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 9 UART 波特率生成器 • 低功耗低频率模式 可使用较慢的时钟 n/8 调制器 最大波特率 1/3 BRCLK 大多数情况 3x BITCLK • 16x 过采样模式 准标准 UART、LIN、IrDA n/16 调制器 最大波特率 1/16 BRCLK 大多数情况 16x BITCLK • 灵活的时钟源 外部 UCA0CLK 输入 ACLK SMCLK © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 10 32KHz XTAL实现 UART 9600 波特率通信 9600 波特率： BRCLK = ACLK = 32768 Hz Baud = 32768/9600 = 3.41 BR1 | BR0 | MCTL = 00h 03h 06h: modulation wraps around after 8 bits BITCLK = ACLK/3 /4 /3 /4 /3 /4 /3 /3 /3 /4 . . . D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7ST ST © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 11 过采样模式波特率 • 双调制器 • 用 BITCLK16 进行 RX 采样 • BITCLK16 支持 IrDA TX 脉 冲发生 • 准标准 UART、IrDA & LIN 15-Bit Prescaler/Divider BR0 BITCLK16 BR1 87 BRFx 16 BRCLK /16 2nd Modulator BITCLK BRSx 8 1st Modulator LSB © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 12 UART 超低功耗工作 • 从 LPMx 唤醒 • 如果 LPMx 关闭 BRCLK 源，则 RX 起始沿或自动写入 TXBUF 可打开内部 BRCLK 源 • BRCLK 源在 LPMx 中的 TX 或 RX 终点后关闭 • 无需软件处理 • 瞬时开启的时钟避免了丢字符的损失 • LPM3 模式中，SMCLK 可支持高波特率！ LPMx 操作为什么重要？ © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 13 演示：在起始沿上唤醒 LPM3 • LPM3 中115.2 kbps 采用 DCO/FLL 作为时钟源 SetupUSCIA mov.b #UCSWRST,&UC0CTL1 ; module reset bis.b #UCSSEL1,&UC0CTL1 ; SMCLK mov.b #0x09,&UC0BR0 ; 115k at 1048576Hz mov.b #0x00,&UC0BR1 ; mov.b #0x08,&UC0MCTL ; modulation values bic.b #UCSWRST, &UC0CTL1 ; state m/c start bis.b #UC0RXIE, &IE2 ; enable RXinterrupt Mainloop bis.b #LPM3+GIE,SR ; enter LPM3, enable ; interrupts USCI01RX_ISR //Function: Echo received character bit.b #UC0TXIFG,&IFG2 ; TX buffer ready? jz TX0 ; jump if not ready mov.b &UC0RXBUF,&UC0TXBUF ; RX -> TX TX0 reti ; SetupUSCIA mov.b #UCSWRST,&UC0CTL1 ; module reset bis.b #UCSSEL1,&UC0CTL1 ; SMCLK mov.b #0x09,&UC0BR0 ; 115k at 1048576Hz mov.b #0x00,&UC0BR1 ; mov.b #0x08,&UC0MCTL ; modulation values bic.b #UCSWRST, &UC0CTL1 ; state m/c start bis.b #UC0RXIE, &IE2 ; enable RXinterrupt Mainloop bis.b #LPM3+GIE,SR ; enter LPM3, enable ; interrupts USCI01RX_ISR //Function: Echo received character bit.b #UC0TXIFG,&IFG2 ; TX buffer ready? jz TX0 ; jump if not ready mov.b &UC0RXBUF,&UC0TXBUF ; RX -> TX TX0 reti ; © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 14 UART 通信协议 [2nd Stop Bit] [Parity Bit] [Address Bit] [8th Data Bit] ST D0 D6 D7 AD PA SP SP • 支持四种通信协议 标准 闲置线路多处理器 地址位多处理器 LIN 的自动波特率检测 • 标准协议 带故障检测的标准 UART 通信 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 15 UART 错误检测 • 干扰抑制器滤掉 RX bit level < de-glitch time • 自动错误检测 帧错误 FE 如停止位在接收帧中缺失，则设置 FE =1 奇偶校验错误 PE 如接收帧中存在奇偶不匹配，则设置 PE=1 接收溢出错误 OE 如 RXBUF 被覆盖，则设置 OE =1 中断条件 BRK 如接收帧中所有位为 0，则设置 BRK=1， 如对 BRKIE 与 RXIFG 进行设置=1 ，则 BRK=1 • UART 经编程后，仅向 RXBUF 传输无错误的字符 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 16 UART 闲置线路多处理器 • 闲置线路多处理器协议 如停止位后出现连续 10 个周期的标志，则检测到闲置。 闲置后的第一个字符是地址 可对 UART进行编程，仅接收地址字符 Idle periods of 10 bits or more Address DataST SP ST SP DataST SP UC0TXD/UC0RXD A D D A D A D D D © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 17 UART 地址位多处理器 0Address DataST SP ST SP DataST SP01 Characters with AD bit =1 are Address bytes Characters with AD bit =0 are Data bytes Idle periods are of no significance A D D A D A D D D UC0TXD/UC0RXD • 地址位多处理器协议 接收字符中的额外位状态标记为地址字符 可对 UART 进行编程，仅接收地址字符 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 18 UART 自动波特率检测 • 自动波特率检测协议 波特率是由有效的 SYNC 计算出来的 自动波特率值存储在 BR1、BR0 和调制器位中 硬件BREAK 超时检测 可编程的DELIMITER时间 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 19 UART LIN 支持 • 汽车本地互连网络 • UART 自动波特率检测 • LIN 模式 UART = 8 bit、LSB 优先、无奇偶位、1 停止位 • LIN 设备驱动程序通过软件实施 • 需要外部 LIN 总线驱动 • 支持 LIN 从模式 根据接收到的 LIN break和synch 场‘0x55’ 进行break synch检测和自动波特 率测量 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 20 支持 LIN 主模式 • 支持LIN 主模式 自动break-synch生成 • 软件序列传输一个 LIN 主模式要求的中断同步字段 1. 选择自动波特率检测模式且 UCTXBRK = 1 2. DELIMx 指定break delimiter的长度，默认为 1 位周期 3. 检查 TXBUF 是否准备就绪，并向 TXBUF 写入 LIN synch ‘0x55h’ • 传输13 位间隔场后，然后是break delimiter和synch场 UCTXBRK 在同步载入 TX 移位寄存器后自动重设 写入 TXBUF 的数据正常传输 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 21 UART IrDA 支持 • 集成 IrDA 编码器和解码器 • 直接连接至外部 IR 模拟电路 • 32KHz 频率可产生 9.6kbps • 接受脉冲过滤的数字滤波级 • 支持 IrDA 标准 3/16 位周期 脉冲 • IrDA 协议栈由软件实施 UART IR Transmit Formatter IR Receive Decoder UART CLK TX RX © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 22 IrDA 编码器 • 可编程的发射机脉冲长度 • 过采样波特率发生器可选择 IrDA 标准 3/16 位长度 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 23 IrDA 解码器 • 可编程的高或低脉冲检测能支持两种类型的 IrDA 收发器 • 可编程的接收脉冲长度滤波器，增强了抗干扰的能力 • 上例演示了检测低脉冲的情况 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 24 USCI_A & USCI_B SPI 模式 Receive Shift Register Transmit Shift Register RXBUF TXBUF Master Bit Clock Generator 16-Bit Prescaler BR1,BR0 BRCLK SOMI SIMO CLK Slave Slave • 灵活的接口 3 或 4 引脚 SPI 7 或 8 位数据长度 主或从 LSB 或 MSB 优先 • 软件可配置的时钟相位和极 性 • 可编程的 SPI 主时钟 • 双缓存 TX/RX • 中断驱动 TX/RX • 可启用 DMA • LPMx 操作 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 25 SPI 连接 • 3 线模式支持主从模式 • 4 线主模式STE 防止与其他主设备发生冲突 • 4 线从设备中，TX 及 RX 用 STE 进行外部控制 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 26 USCI SPI 中断处理 • TX & RX ISR 建议流程 • USCI_A & USCI_B 共享 TX 向量和 RX 向量 • 软件检测 ISR 是否响应正确的事件 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 27 USCI_B I2C 模式 UCBxSCL UCBxSDA SCL SDA USCI I2C Device A • 超低功耗 LPMx 从接收器 START 检测 LPM4 中的从操作 • Philips 规范 2.1 版 7 和 10 位地址 支持多个主设备 从模式 高达 400kbps • 中断驱动 无应答 判优丢失 启动／停止条件 TX/RX I2C 方块示意图 • 集成前置分频器 (pre-scaler) 的比特时钟发生器 • 灵活的时钟选择 • 开漏输出，符合 I2C 标准 • 从LPMx 返回后自动工作 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 28 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 29 I2C 状态的中断处理 • I2C工作状态的辨别标志 ALIFG 仲裁丢失标志 NACKIFG 未接收到应答的标志 STTIFG 从模式启动条件的标志 STPIFG 从模式停止条件的标志 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 30 I2C 数据中断处理 • I2C传输标记 UCBxTXBUF 为空时 UCBxTXIFG置位 • I2C 接收标记 UCBxRXBUF 接收到字符UCBxRXIFG 置位 TX ISR USCI_A TXIFG ? I2C RXIFG? USCI_A TX ISR Write TXBUF Return I2C RX ISR Return I2C TXIFG? I2C TX ISR Return Return YES NO YES YES NO NO © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 31 USCI 中断 • USCI_A & USCI_B 共享 TX & RX 中断矢量 • USCI_A flags UART – TXIFG、RXIFG SPI – TXIFG、RXIFG • USCI_B 标志 SPI – TXIFG、RXIFG I2C 状态 – ALIFG、NACKIFG、 STTIFG、STPIFG I2C 数据 – TXIFG、RXIFG © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 32 常见的串行总线选项 • 异步 UART 半双工或全双工 最大波特率达 BRCLK/3 是否要求无线？考虑到 IrDA 网络化异步？考虑到 LIN • 高速通信 SPI 模式 根据所选择的设备系列，可实施 4 或 8MHz 主模式 根据所选择的设备系列，可实施 8 或 16MHz 从模式 自然全双工增加吞吐量 • I2C 环境 符合 Philips v2.1 标准 最大支持 400kHz 的高速 主／从操作 支持多主设备环境 © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 33 未来的 USCI 设备 • USCI_A = UART、IrDA、LIN 支持、SPI • USCI_B = SPI、I2C • USCI_C = UART、SPI © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 34 演示：同步工作的 USCI_A/USCI_B USCI_A UART USCI_B SPI Hyperterminal 115.2kbps echo TLV5619 DAC 3MHz master © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 35 演示：USCI 配置 SetupUSCIA mov.b #UCSWRST,&UC0CTL1 ; state machine reset bis.b #UCSSEL1,&UC0CTL1 ; SMCLK mov.b #0x34,&UC0BR0 ; 115k at 6029312Hz mov.b #0x00,&UC0BR1 ; mov.b #0x20,&UC0MCTL ; modulation values bic.b #UCSWRST,&UC0CTL1 ; state machine start SetupUSCIB mov.b #SWRST,&UC1CTL1 ; state machine reset mov.b #UCCKPL+UCCKPH+UCMSB+UCMST+UCSYNC,&UC1CTL0 ; SPI-M,MSB,3-pin,CK- mov.b #UCSSEL1,&UC1CTL1 ; SMCLK mov.b #0x02,&UC1BR0 ; SMCLK/2 mov.b #0x00,&UC1BR1 ; bic.b #SWRST,&UC1CTL1 ; state machine start bis.b #UC0RXIE+UC1TXIE,&IE2; enable RX/TX int. SetupUSCIA mov.b #UCSWRST,&UC0CTL1 ; state machine reset bis.b #UCSSEL1,&UC0CTL1 ; SMCLK mov.b #0x34,&UC0BR0 ; 115k at 6029312Hz mov.b #0x00,&UC0BR1 ; mov.b #0x20,&UC0MCTL ; modulation values bic.b #UCSWRST,&UC0CTL1 ; state machine start SetupUSCIB mov.b #SWRST,&UC1CTL1 ; state machine reset mov.b #UCCKPL+UCCKPH+UCMSB+UCMST+UCSYNC,&UC1CTL0 ; SPI-M,MSB,3-pin,CK- mov.b #UCSSEL1,&UC1CTL1 ; SMCLK mov.b #0x02,&UC1BR0 ; SMCLK/2 mov.b #0x00,&UC1BR1 ; bic.b #SWRST,&UC1CTL1 ; state machine start bis.b #UC0RXIE+UC1TXIE,&IE2; enable RX/TX int. © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 36 演示：USCI 中断子例程 USCIARX_ISR// Echo back RXed character, TXBUF ready? TX0 bit.b #UC0TXIFG,&IFG2 ; TXBUF ready? jz TX0 ; Jump if not ready mov.b &UC0RXBUF,&UC0TXBUF ; RX -> TX reti ; USCIBTX_ISR// External DAC Sine table update bic.b #0x01,&P3OUT ; FS reset L1 bit.b #UC1TXIFG,&IFG2 ; USCI Transmit ready? jnc L1 ; mov.b Sin_tab(R6),&UC1TXBUF; load from sine table incd.w R6 ; and.w #0x3E,R6 ; only 32 words L2 bit.b #UCBUSY,&UC1STAT ; USCI Transmit done? jnz L2 ; bis.b #0x01,&P3OUT ; FS set reti ; USCIARX_ISR// Echo back RXed character, TXBUF ready? TX0 bit.b #UC0TXIFG,&IFG2 ; TXBUF ready? jz TX0 ; Jump if not ready mov.b &UC0RXBUF,&UC0TXBUF ; RX -> TX reti ; USCIBTX_ISR// External DAC Sine table update bic.b #0x01,&P3OUT ; FS reset L1 bit.b #UC1TXIFG,&IFG2 ; USCI Transmit ready? jnc L1 ; mov.b Sin_tab(R6),&UC1TXBUF; load from sine table incd.w R6 ; and.w #0x3E,R6 ; only 32 words L2 bit.b #UCBUSY,&UC1STAT ; USCI Transmit done? jnz L2 ; bis.b #0x01,&P3OUT ; FS set reti ; © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 37 为什么 USCI 不能发挥作用？ • 正确的 USCI_A 配置步骤 1. 置位 SWRST 2. 配置 USCI 寄存器 3. 清除 SWRST 4. 需要时启用中断 SetupUSCIA mov.b #UCSWRST,&UC0CTL1 ; module reset bis.b #UCSSEL1,&UC0CTL1 ; SMCLK mov.b #0x09,&UC0BR0 ; 115k at 1048576Hz mov.b #0x00,&UC0BR1 ; mov.b #0x08,&UC0MCTL ; modulation values bic.b #UCSWRST, &UC0CTL1 ; state m/c start bis.b #UC0RXIE, &IE2 ; enable RXinterrupt SetupUSCIA mov.b #UCSWRST,&UC0CTL1 ; module reset bis.b #UCSSEL1,&UC0CTL1 ; SMCLK mov.b #0x09,&UC0BR0 ; 115k at 1048576Hz mov.b #0x00,&UC0BR1 ; mov.b #0x08,&UC0MCTL ; modulation values bic.b #UCSWRST, &UC0CTL1 ; state m/c start bis.b #UC0RXIE, &IE2 ; enable RXinterrupt © 2005 Texas Instruments Inc、Slide 38 USCI：以一变应千变 • USCI 是 MSP430新标准的串行接口 • 两个相互独立的块可同时工作 • 所有模式都能从任意 LPMx 进行操作 • USCI 由中断驱动 • USCI 可启用 DMA • USCI_A 支持 UART、IrDA、自动波特 LinBUS • UART 集成了波特率发生器和调制器，可支持部分比特率 • USCI_B 支持 SPI、I2C 新型的高性能双通信模块—USCI 会议议程 通用串行通信 I/F 特性概览 USCI 与 USART 的差异 USCI_A USCI_B USCI_A UART 模式 UART 波特率生成器 32KHz XTAL实现 UART 9600 波特率通信 过采样模式波特率 UART 超低功耗工作 演示：在起始沿上唤醒 LPM3 UART 通信协议 UART 错误检测 UART 闲置线路多处理器 UART 地址位多处理器 UART 自动波特率检测 UART LIN 支持 支持 LIN 主模式 UART IrDA 支持 IrDA 编码器 IrDA 解码器 USCI_A & USCI_B SPI 模式 SPI 连接 USCI SPI 中断处理 USCI_B I2C 模式 I2C 方块示意图 I2C 状态的中断处理 I2C 数据中断处理 USCI 中断 常见的串行总线选项 未来的 USCI 设备 演示：同步工作的 USCI_A/USCI_B 演示：USCI 配置 演示：USCI 中断子例程 为什么 USCI 不能发挥作用？ USCI：以一变应千变