串行通信接口SCI.

第5章串行通信接口SCI主要内容5.1异步串行通信的通用基础知识5.2AW60的SCI模块的编程结构5.3AW60的SCI构件设计与测试5.4AW60的中断源与第一个带有中断的编程实例5.1异步串行通信的通用基础知识5.1.1串行通信的基本概念异步串行通信的格式SCI(standardnon-return-zeromark/spacedataformat)“标准不归零传号/空号数据格式”通常采用NRZ数据格式.“不归零”的最初含义是：用正、负电平表示二进制值，不使用零电平。“mark/space”即“传号/空号”分别是表示两种状态的物理名称，逻辑名称记为“1/0”。下图给出了8位数据、无校验情况的传送格式串行通信数据格式串行通信的波特率波特率单位是位/秒，记为bps。通常情况下，波特率的单位可以省略。通常使用的波特率有300、600、900、1200、1800、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200、128000等奇偶校验字符奇偶校验检查（characterparitychecking）称为垂直冗余检查（verticalredundancychecking，VRC），它是每个字符增加一个额外位使字符中“1”的个数为奇数或偶数。奇校验：如果字符数据位中“1”的数目是偶数，校验位应为“1”，如果“1”的数目是奇数，校验位应为“0”。偶校验：如果字符数据位中“1”的数目是偶数，则校验位应为“0”，如果是奇数则为“1”串行通信的传输方式单工（Simplex）：数据传送是单向的，一端为发送端，另一端为接收端。这种传输方式中，除了地线之外，只要一根数据线就可以了。有线广播就是单工的全双工（Full-duplex）：数据传送是双向的，且可以同时接收与发送数据。这种传输方式中，除了地线之外，需要两根数据线，站在任何一端的角度看，一根为发送线，另一根为接收线。一般情况下，MCU的异步串行通信接口均是全双工的半双工（Half-duplex）：数据传送也是双向的，但是在这种传输方式中，除了地线之外，一般只有一根数据线。任何一个时刻，只能由一方发送数据，另一方接收数据，不能同时收发。在freescale的HCS08系列MCU中，监控模式的通信就采用这种方式5.1.2RS-232总线标准MCU引脚一般输入/输出使用TTL电平，而TTL电平的“1”和“0”的特征电压分别为2.4V和0.4V，适用于板内数据传输。为了使信号传输得更远，美国电子工业协会EIA(ElectronicIndustryAssociation)制订了串行物理接口标准RS-232C。RS-232C采用负逻辑，-3V～-15V为逻辑“1”，+3V～+15V为逻辑“0”。RS-232C最大的传输距离是30m，通信速率一般低于20Kbps。RS-232接口，简称“串口”，它主要用于连接具有同样接口的室内设备。目前几乎所有计算机上的串行口都是9芯接口。下面给出了9芯串行接口的排列位置，相应引脚含义见下表。上图为9芯串行接口排列引脚号功能引脚号功能1接收线信号检测(载波检测DCD)6数据通信设备准备就绪(DSR)2接收数据线(RXD)7请求发送(RTS)3发送数据线(TXD)8允许发送(CTS)4数据终端准备就绪(DTR)9振铃指示5信号地(SG)9芯串行接口引脚含义表5.1.3TTL电平到RS-232电平转换电路具有SCI接口的MCU，一般具有发送引脚(TxD)与接收引脚(RxD)，不同公司或不同系列的MCU，使用的引脚缩写名可能不一致，但含义相同。SCI的外围硬件电路，主要目的是将MCU的发送引脚TxD与接收引脚RxD的TTL电平，通过RS-232电平转换芯片转换为RS-232电平。下图给出一个基本SCI电平转换电路及芯片MAX232引脚图MAX232引脚串行通信接口电平转换电路MAX232芯片进行电平转换基本原理是：发送过程：MCU的TXD（TTL电平）经过MAX232的11脚(T1IN)送到MAX232内部，在内部TTL电平被“提升”为232电平，通过14脚(T1OUT)发送出去接收过程：外部232电平经过MAX232的13脚（R1IN）进入到MAX232的内部，在内部232电平被“降低”为TTL电平，经过12脚（R1OUT）送到MCU的RXD，进入MCU内组别TTL电平引脚方向典型接口232电平引脚方向典型接口111（T1IN）12（R1OUT）输入输出接MCU的TXD接MCU的RXD1314输入输出接到9芯接口的2脚RXD接到9芯接口的3脚TXD210（T2IN）9（R2OUT）输入输出接MCU的TXD接MCU的RXD87输入输出接到9芯接口的2脚RXD接到9芯接口的3脚TXDMAX232芯片输入输出引脚分类与基本接法5.1.4串行通信编程模型从基本原理角度看，串行通信接口SCI的主要功能是：接收时，把外部的单线输入的数据变成一个字节的并行数据送入MCU内部；发送时，把需要发送的一个字节的并行数据转换为单线输出接受引脚RxD发送引脚TxD发送移位寄存器接受移位寄存器SCI数据寄存器MCU内部总线SCI控制寄存器SCI状态寄存器SCI波特率寄存器5.2AW60的SCI模块的编程结构从程序员角度看，涉及SCI的有8个8位寄存器，其中2个波特率寄存器，1个数据寄存器，3个控制寄存器，2个状态寄存器，只要理解和掌握这8个寄存器的用法，就可以进行SCI编程寄存器名称缩写地址访问权限基本功能波特率寄存器SCI1BDH（SCI2BDH）0x0038（0x0040）读/写设置波特率SCI1BDL（SCI2BDL）0x0039（0x0041）数据寄存器SCI1D（SCI2D）0x003F（0x0047）收发数据控制寄存器SCI1C1（SCI2C1）0x003A（0x0042）读/写设置传输格式，中断使能SCI1C2（SCI2C2）0x003B（0x0043）SCI1C3（SCI2C3）0x003E（0x0046）读/写状态寄存器SCI1S1（SCI2S1）0x003C（0x0044）只读中断标志，发送与接收状态SCI1S2（SCI2S2）0x003D（0x0045）AW60的SCI模块寄存器简况SCI波特率计算公式与SCI波特率寄存器SCI波特率=fBUSCLK/(16×BR)，其中fBUSCLK为内部总线频率SCI数据寄存器SCI控制寄存器SCI控制寄存器1（SCIxC1）SCI控制寄存器2（SCIxC2）SCI控制寄存器3（SCIxC3）SCI状态寄存器SCI状态寄存器1（SCIxS1）SCI状态寄存器2（SCIxS2）5.3AW60的SCI构件设计与测试5.3.1SCI构件设计概述以SCI的初始化、接收和发送三种基本操作为例，来说明实现构件化的全过程实现构件化编程的SCI软件模块应当具有以下几个特点：SCI模块是最底层的构件，它主要向上提供三种服务，分别是SCI模块的初始化、接收单个字节和发送单个字节，向下则直接访问模块寄存器，实现对硬件的直接操作。另外，从现实使用角度出发，它还需要封装接收N个字节和发送N个字节的子功能函数SCI模块在软件上对应1个SCI.c程序源代码文件和1个SCI.h头文件，当需要对它进行移植时，大多数情况下只需简单拷贝这两个文件即可，无需对源代码文件和头文件进行修改，只有当实施不同芯片之间的移植时，才需要修改头文件中与硬件相关的宏定义上层构件或软件在使用该构件时，严格禁止通过全局变量来传递参数，所有的数据传递都直接通过函数的形式参数来接收SCI初始化：voidSCIInit(uint8SCINo,uint8sysclk,uint16baud）通过其中一个串口发送一个字节：voidSCISend1(uint8SCINo,uint8ch)通过其中一个串口接收单个字节：uint8SCIRe1(uint8SCINo,uint8*p)通过其中一个串口发送N个字节：voidSCISendN(uint8SCINo,uint8n,uint8ch[])通过其中一个串口接收N个字节：uint8SCIReN(uint8SCINo,uint8n,uint8ch[])5.3.2SCI构件的头文件SCI.h头文件SCI.h中的内容可分为两个主要的部分，它们分别是5个函数原型的声明和外设模块寄存器相关信息的定义。前者给出了本SCI构件对上层构件或软件所提供的接口函数，而后者则指明了本“元构件”与具体硬件相关的信息5.3.3SCI构件的C语言源程序文件SCI.cSCI构件的初始化功能函数：SCIInitSCI构件单字节发送功能函数：SCISend1SCI构件的单字节接收功能函数：SCIRe1SCI构件的多字节发送功能函数：SCISendNSCI构件的多字节接收功能函数：SCIReNSCI构件的字符串接收功能函数：SCISendString5.3.4SCI构件的测试工程SCI1模块首先向PC机发送字符串，然后等待接收PC机从串口发送来的数据，若成功接收到1个数据，则立即将该数据回发给PC机，随后继续等待接收1个数据并回发，如此循环串口调试工具软件界面串行通信收发测试软件界面5.4AW60的中断源与第一个带有中断的编程实例5.4.1中断处理的相关基本概念中断与异常的含义中断服务例程ISR中断源与中断向量表中断优先级可屏蔽中断与不可屏蔽中断中断处理的一般过程5.4.2S08CPU的中断实现过程堆栈的使用S08CPU的中断过程的详细说明中断的关闭与开启方法中断的处理过程一般为：关中断、保护现场、执行中断服务程序、恢复现场、开中断等中断过程CPU中寄存器进出栈情况5.4.3AW60的中断源与中断向量表AW60有26个中断源，按优先级从高到低的顺序分别是：复位中断（1个）、SWI指令中断（1个）、引脚中断（1个）、低电压检测中断（1个）、ICG中断（1个）、定时器中断（10个）、SPI中断（1个）、SCI中断（6个）、键盘输入中断（1个）、ADC转换完成中断（1个）、I2C中断（1个）和实时中断（1个）。26个中断源只有18个中断向量，有的是几个中断源使用同一个中断向量5.4.4AW60的中断编程方法CW环境下使用AW60芯片中断的步骤是：在main.c中，依照“关总中断→开模块中断→开总中断”的顺序打开模块中断；在isr.c文件中，编写中断服务程序，修改中断向量表为了方便代码移植，在Includes.h文件中做了如下定义：#defineEnableInterrupts()asm(CLI)//开放总中断#defineDisableInterrupts()asm(SEI)//禁止总中断AW60的中断编程的可概括为下述3个步骤：新建（或者复制）一个isr.c文件，并加入工程中定义中断向量表（复制isr.c的应修改中断向量表）定义ISR并在中断向量表中填入相应ISR的名称5.4.5AW60的中断编程示例以SCI1接收中断为例，实现以下功能：主程序每隔1秒让SCI1模块向PC机发送用于握手的字符串“Hello!World!”；同时，串口等待接收从PC机发来的数据，一旦接到数据，马上将该数据回发给PC机。串口接收程序使用中断来实现，中断处理程序执行完毕后，又回到主程序，继续每隔1秒钟向PC机发送一遍“Hello!World!”第5章习题1．简要阐述异步串行通信涉及的主要基本概念。2．表征串行通信速度的物理量是什么？串行通信的传输速度有限制吗？3．MCU与PC之间进行串行通信，为什么要进行电平转换？如何进行电平转换？4．给出SCI编程的通用模型。5．简述中断的作用与处理过程。6．S08系列MCU都有哪些中断源？7．S08系列MCU的中断执行过程分为哪几个步骤？8．给出AW60中断编程框架与基本步骤。9.用一种高级语言实现PC方串行数据收发的通用程序（要求：从PC方发送数据A到MCU，MCU收到后，判断是否是A，若是，回发给PC机，在PC机显示“串行口正