CC2530基础实验：(6)串口通讯-发送与接收字符串-Toy模板网

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前言

一、实验相关电路图

二、实验相关理论与寄存器

1.并行通信与串行通信

2.URAT

3.同步通信与异步通信

4.外设I/O

5.CC2530 的串口通信模块

6.相关寄存器

三、源码分析

1.发送字符串

2.接收字符串

前言

本实验用于学习CC2530芯片：

发送与接收字符串的串口配置与使用
观察串口发送指示灯的变化

一、实验相关电路图

P0_2、 P0_3 配置为外设功能时： P0_2 为 RX， P0_3 为 TX。USART0 和 USART1 是串行通信接口，它们能够分别运行于异步 UART 模式或者同步 SPI 模式。两个 USART 具有同样的功能，可以设置在单独的 I/O 引脚。更详细的说明请参考数据手册 7.6 和16.1 节。

二、实验相关理论与寄存器

1.并行通信与串行通信

        微控制器与外设之间的数据通信，根据连线结构和传送方式的不同，可以分为两种：并行通信和串行通信。
        并行通信：指数据的各位同时发送或接收，每个数据位使用单独的一条导线。传输速度快、效率高，但需要的数据线较多，成本高。
        串行通信：指数据一位接一位地顺序发送或接收。需要的数据线少，成本低，但传输速度慢，效率低。

2.URAT

UART，即通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），是一种异步收发传输器，是电脑硬件的一部分。它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，UART通常被集成于其他通讯接口的连结上。我们通常说的串口——UART包含TTL电平和RS-232电平两种，在嵌入式系统里面，单片机的串口一般都是TTL电平。
UART因为有两根线数据线TX和RX，可以以全双工的形式进行发送和接收数据，同一时刻，两条链路的发送器和接收器可以同时传输数据。

3.同步通信与异步通信

同步是指：发送方发出数据后，等接收方发回响应以后才发下一个数据包的通讯方式。
异步是指：发送方发出数据后，不等接收方发回响应，接着发送下个数据包的通讯方式。
其中SPI IIC为同步通信，UART为异步通信，USART为同步&异步通信（STM32有所应用）。

4.外设I/O

        I/O接口是介于CPU和外设之间的一种缓冲电路，在CPU和外设之间起到速度匹配、信号转换（数据传输）等作用。对于USART 和定时器 I/O，在一个数字 I/O 引脚上选择外设 I/O 功能，需要设置对应的 PxSEL 位为 1。
        注意，该外部单元具有两个可以选择的位置对应它们的 I/O 引脚，详情见下表。如果有关于 I/O 映射的冲突设置，可以在这些之间设置优先级（使用 P2SEL.PRIxP1 和 P2DIR.PRIP0 位）。所有不会导致冲突的组合都可以使用。注意即使没有使用，外设一般也会出现在选定的位置，使用引脚的其他外设必须给予较高的优先级。例外情况是流量控制禁用时 UART 模式下 USART 的 RTS 和 CTS 引脚，以及 SPI 主模式下 USART 配置的 SSN 引脚。
        还要注意 PxINP 的设置，有输入引脚的外设单元是从引脚接收输入，这可能会影响外设单元的状态。例如如果 RX 引脚在用作一个 UART 引脚之前，可能已经有活动， UART 在使用之前必须被清除。

CC2530基础实验：(6)串口通讯-发送与接收字符串 — 部分外设I/O引脚映射

按照表格寄存器的内容，对 T3 进行配置，由于定时器 T3 为 8 位，所以配置稍有不同。

5.CC2530 的串口通信模块

CC2530 有两个串行通信接口 USART0 和 USART1，它们能够分别运行于异步 UART 模式或者同步 SPI 模式。两个 USART 接口具有相同的功能，通过 PERCFG 寄存器可以设置两个 USART 接口对应外部I/O 引脚的映射关系：

位置1	RX0 --- P0_2 TX0 --- P0_3	RX1 --- P0_5 TX1 --- P0_4
位置2	RX0 --- P1_4 TX0 --- P1_5	RX1 --- P1_7 TX1 --- P1_6

对每个 USART 串口通信编程，本质是设置相关的 5 个寄存器：
<1> UxCSR： USARTx 的控制和状态寄存器。
<2> UxUCR： USARTx 的 UART 控制寄存器。
<3> UxGCR： USARTx 的通用控制寄存器。
<4> UxDBUF： USARTx 的接收/发送数据缓冲寄存器。
<5> UxBAUD： USARTx 的波特率控制寄存器

6.相关寄存器

CC2530 单片机的 UART 接口则是 TTL 电平，现在电脑一般去掉 232 串口了，所以开发板自带了usb 转串口的芯片，接上 usb 线装好驱动就可以和 2530 通讯。
相关寄存器 UxCSR、 UxCSR、 UxGCR、 UxBUF、 UxBAUD、 CLKCONCMD、 CLKCONSTA如下表所示：

寄存器	位	描述
U0CSR (0x86)– USART0控制和状态	Bit[7] MODE	USART模式选择 0：SPI模式 1：UART模式
	Bit[6] RE	UART接收器使能 0：禁用接收器 1：接收器使能
	Bit[5] SLAVE	SP主或者从模式选择 0：SPI主模式 1：SPI从模式
	Bit[4] FE	UART帧错误状态 0：无帧错误检测 1：字节收到不正确停止位级别
	Bit[3] ERR	UART奇偶错误状态 0：无奇偶错误检测 1：字节收到奇偶错误
	Bit[2] RX_BYTE	接收字节状态 0：没有收到字节 1：准备好接收字节
	Bit[1] TX_BYTE	传送字节状态 0字节没有被传送 1写到数据缓存寄存器的最后字节被传送
	Bit[0] ACTIVE	USART传送/接收主动状态、在SPI从模式下该位等于从模式选择 0：USART空闲 1：在传送或者接收模式USART忙碌
U0GCR (0xC5)–USART0通用控制	Bit[7] CPOL	SPI的时钟极性 0：负时钟极性 1：正时钟极性
	Bit[6] CPHA	SPI时钟相位 0：当SCK从CPOL倒置到CPOL时数据输出到MOSI,并且当SCK从CPOL倒置到CPOL时数据输入抽样到MISO。 1：当SCK从CPOL倒置到CPOL时数据输出到MOSI，并且当SCK从CPOL倒置到CPOL时数据输入抽样到MISO
	Bit[5] ORDER	传送位顺序 0：LSB先传送 1：MSB先传送
	Bit[4:0] BAUD_E	波特率指数值。BAUD_E和BAUD_M决定了UART波特率和SPI的主SCK时钟频率
U0BAUD (0xC2– USART 0波特率控制	BAUD_M[7:0]	波特率小数部分的值。BAUD_E和BAUD_M决定了UART的波特率和SPI的主SCK时钟频率
U0DBUF		USART 0接收/发送数据缓存
UTX0IF（发送中断标志）	IRCON2 Bit1	USART 0 TX中断标志 0：无中断未决 1：中断未决
CLKCONCMD时钟控制命令	Bit[7] OSC32K	32 kHz时钟振荡器选择 0：32 kHz XOSC 1：32 kHz RCOSC
	Bit[6] OSC	系统时钟源选择 0：32 MHz XOSC 1：16 MHz RCOSC
	Bit[5:3] TICKSPD	定时器标记输出设置 000：32 MHz 001：16 MHz 010：8 MHz 011：4 MHz 100：2 MHz 101：1 MHz 110：500 kHz 111：250 kHz
	Bit[2:0] CLKSP	时钟速度 000：32 MHz 001：16 MHz 010：8 MHz 011：4 MHz 100：2 MHz 101：1 MHz 110：500 kHz 111：250 kHz
CLKCONSTA		CLKCONSTA寄存器是一个只读寄存器,用来获得当前时钟状态

由寄存器UxBAUD.BAUD_M[7：0]和UxGCR.BAUD_E[4：0]定义波特率。该波特率用于UART传送，也用于SPI传送的串行时钟速率。波特率由下式给出：

CC2530基础实验：(6)串口通讯-发送与接收字符串

其中F是系统时钟频率，等于16 MHz RCOSC或者32 MHz XOSC。
32 MHz系统时钟常用的波特率设置：

CC2530基础实验：(6)串口通讯-发送与接收字符串 CC2530 配置串口的一般步骤：
1、配置 IO，使用外部设备功能。此处配置 P0_2 和 P0_3 用作串口 UART0
2、配置相应串口的控制和状态寄存器。
3、配置串口工作的波特率。
寄存器具体配置如下：文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-413288.html

PERCFG = 0x00; //位置 1 P0 口
P0SEL = 0x0c; //P0_2,P0_3 用作串口（外部设备功能）
P2DIR &= ~0XC0; //P0 优先作为 UART0
U0CSR |= 0x80; //设置为 UART 方式
U0GCR |= 11;
U0BAUD |= 216; //波特率设为 115200 根据上面表中获得的数据
UTX0IF = 0; //UART0 TX 中断标志初始置位 0
//下两行是接收时需要额外配置的寄存器
U0CSR |=0x40; //允许接收
IEN0 |=0x84; //开总中断允许接收中断

三、源码分析

1.发送字符串

/****************************************************************************
* 文 件 名: main.c
* 描    述: 设置串口调试助手波特率：115200bps 8N1
*           会收到CC2530发过来的:Hello Zigbee
****************************************************************************/
#include <ioCC2530.h>
#include <string.h>

typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int  uint;
#define TX_SIZE    20
#define TX_STRING  "Hello Zigbee  "
char TxData[TX_SIZE];        //存储发送字符串

//以毫秒为单位延时 16M时约为535,32M时要调整,系统时钟不修改默认为16M
//入口参数: msec 延时参数，值越大延时越久   出口参数: 无
void DelayMS(uint msec)
{  
    uint i,j;
    for (i=0; i<msec; i++)
        for (j=0; j<1070; j++);
}

//串口初始化函数
void InitUart(void)
{ 
    PERCFG = 0x00;           //外设控制寄存器 USART 0的IO位置:0为P0口位置1 
    P0SEL = 0x0c;            //P0_2,P0_3用作串口（外设功能）
    P2DIR &= ~0XC0;          //P0优先作为UART0
  
    U0CSR |= 0x80;           //设置为UART方式
    U0GCR |= 11;				       
    U0BAUD |= 216;           //波特率设为115200
    UTX0IF = 0;              //UART0 TX中断标志初始置位0
}

// 串口发送函数   入口参数: Data:发送缓冲区   len:发送长度
void UartSendString(char *Data, int len)
{
    uint i;
    for(i=0; i<len; i++)
    {
        U0DBUF = *Data++;
        while(UTX0IF == 0);
        UTX0IF = 0;
    }
}

//程序入口函数
void main(void)
{	
    CLKCONCMD &= ~0x40;               //设置系统时钟源为32MHZ晶振
    while(CLKCONSTA & 0x40);          //等待晶振稳定为32M
    CLKCONCMD &= ~0x47;               //设置系统主时钟频率为32MHZ   
      
    InitUart();                       //调置串口相关寄存器
    memset(TxData, 0, TX_SIZE);       //数据清0
    memcpy(TxData, TX_STRING, sizeof(TX_STRING)); //复制发送字符串到TxData   
    while(1)
    {
        UartSendString(TxData, sizeof(TX_STRING)); //串口发送数据
        DelayMS(1000);                 //延时
    }
}

2.接收字符串

/****************************************************************************
* 文 件 名: main.c
* 描    述: 串口调试助手给CC2530发字符串时，开发板会返回接收到的字符串
****************************************************************************/
#include <ioCC2530.h>
#include <string.h> //使用memset需要声明该头文件

typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int  uint;
#define UART0_RX    1
#define UART0_TX    2
#define SIZE       51
char RxBuf;
char UartState;
uchar count;
char RxData[SIZE];        //存储发送字符串

void main(void)           //主函数
{	
    CLKCONCMD &= ~0x40;                        //设置系统时钟源为32MHZ晶振
    while(CLKCONSTA & 0x40);                   //等待晶振稳定为32M
    CLKCONCMD &= ~0x47;                        //设置系统主时钟频率为32MHZ   
   
    InitUart();                                //调用串口初始化函数   
    UartState = UART0_RX;                      //串口0默认处于接收模式
    memset(RxData, 0, SIZE);                   //清空接收缓冲区
    
    while(1)
    {
        if(UartState == UART0_RX)              //接收状态 
        { 
            if(RxBuf != 0) 
            {                 
                if((RxBuf != '#')&&(count < 50))//以'＃'为结束符,一次最多接收50个字符            
                    RxData[count++] = RxBuf; 
                else
                {
                    if(count >= 50)             //判断数据合法性，防止溢出
                    {
                        count = 0;              //计数清0
                        memset(RxData, 0, SIZE);//清空接收缓冲区
                    }
                    else
                        UartState = UART0_TX;  //进入发送状态 
                }
                RxBuf  = 0;
            }
        }
        
        if(UartState == UART0_TX)              //发送状态 
        {                         
            U0CSR &= ~0x40;                    //禁止接收 
            UartSendString(RxData, count);     //发送已记录的字符串。
            U0CSR |= 0x40;                     //允许接收 
            UartState = UART0_RX;              //恢复到接收状态 
            count = 0;                         //计数清0
            memset(RxData, 0, SIZE);           //清空接收缓冲区
        }    
    }
}
void DelayMS(uint msec)     //以毫秒为单位延时,msec 延时参数，值越大，延时越久
{ 
    uint i,j;
    
    for (i=0; i<msec; i++)
        for (j=0; j<1070; j++);
}
void InitUart(void)          //串口初始化
{ 
    PERCFG = 0x00;           //外设控制寄存器 USART 0的IO位置:0为P0口位置1 
    P0SEL = 0x0c;            //P0_2,P0_3用作串口（外设功能）
    P2DIR &= ~0xC0;          //P0优先作为UART0
    
    U0CSR |= 0x80;           //设置为UART方式
    U0GCR |= 11;				       
    U0BAUD |= 216;           //波特率设为115200
    UTX0IF = 0;              //UART0 TX中断标志初始置位0
    U0CSR |= 0x40;           //允许接收 
    IEN0 |= 0x84;            //开总中断允许接收中断  
}

//串口发送函数   Data:发送缓冲区   len:发送长度
void UartSendString(char *Data, int len)
{
    uint i;
    for(i=0; i<len; i++)
    {
        U0DBUF = *Data++;
        while(UTX0IF == 0);
        UTX0IF = 0;
    }
}

//UART0_ISR(void) 串口中断处理函数 
//当串口0产生接收中断，将收到的数据保存在RxBuf中
#pragma vector = URX0_VECTOR 
__interrupt void UART0_ISR(void) 
{ 
    URX0IF = 0;       // 清中断标志 
    RxBuf = U0DBUF;                           
}

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