04_CC2530+Uart串口通信

04_CC2530+UART串口通信

串口通信基本概念

串行通信: 数据字节一位位地依次传送的通信方式, 串行通信的速度慢, 但用的传输线条数少, 成本低，适用于远距离的数据传送
并行通信: 数据字节的各位同事传送的通信方式, 优点是数据传送速度快, 缺点是占用的传输线条数多, 适用于近距离通信, 远距离通信的成本较高

异步通信: 一次通信传送一个字符帧, 发送的字符之间的时间间隔可以是任意的, 优点是通信设备简单、价格低廉, 但因为具有起始位和停止位, 传输效率较低
同步通信: 进行通信前先建立同步, 发送频率和接受方的接受频率要同步。在发送信息时, 将多个字符加上同步字符组成一个信息帧, 有一个统一的时钟控制发送端的发送, 接收端识别到同步字符后, 就认为开始一个信息帧, 此后位数作为实际传输信息处理。优点: 传输速度较快, 可用于点对多点缺点: 需要使用专用的时钟控制线实现同步, 对于长距离通信成本较高, 通信速率也会降低。一般用于同一PCB上芯片级之间的通信

USART和UART的区别

UART(universal asynchronous receiver and transmitter) 通用异步收/发器
USART(universal synchronous asynchronous receiver and transmitter) 通用同步/异步收/发器
USART是UART的增强型
CC2530芯片有USART0和USART1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

UART串口参数及时序(串行异步通讯)

波特率: 串口通信的速率，通讯双方的波特率需要一致
起始位: 标志一个数据帧的开始, 固定为低电平
数据位: 数据帧的有效载荷, 1为高电平, 0为低电平, 低位先行
校验位: 用于数据验证, 根据数据位计算得来
停止位: 用于数据帧间隔, 固定为高电平

硬件电路与CH340 USB转串口芯片

简单双向串口通信有两根通信线(发送端TX和接受端RX)
TX与RX需要交叉连接
当只需单向的数据传输时, 可以只接一根通信线
当电平标准不一致时, 需要加电平转换芯片
由于单片机UART外设与电脑USB接口采用的电平标准不同，通常需要通过CH340芯片进行电平转换，且电脑上需要安装相应的CH340驱动程序

在这里插入图片描述

Note: 若开发板上有电平转换芯片，一般只需用数据线直接将电脑和开发板上USB接口连接。若开发板上没有电平转换芯片，则需找到对应串口的引脚, 通过外置的USB转TTL模块与电脑相连接

CC2530 UART通信

CC2530有USART0和USART1两个串行通信接口，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。

UART模式

UART模式提供异步串行接口。在UART模式中，接口使用2线或者含有引脚RXD、TXD、可选RTS和CTS的4线。UART模式具有以下特点:

8位或者9位负载数据
奇校验、偶校验或者无奇偶校验
配置起始位和停止位电平(默认起始位低电平，停止位高电平)
配置LSB或者MSB首先传送
独立收发中断
独立收发DMA触发
奇偶校验和帧校验出错状态

UART发送

当往UxBUF(USART 收/发数据缓冲器寄存器) 写入数据时，该字节发送到输出引脚 TXDx。
当字节传送开始时，UxCSR.ACTIVE位变为高电平，而当字节传送结束时为低。当传送结束时， UxCSR.TX_BYTE位设置为 1

UART接收

当1写入 UxCSR.RE 位时，在UART上数据接收就开始了。(开启接收，需要配置完UART所有参数后)
UART会在输入引脚RXDx中寻找有效起始位，当检测出有效起始位时，收到的字节就传入到接收寄存器，并将UxCSR.RX_BYTE位设置为 1，接收完一个字节后会产生一个中断
通过寄存器UxBUF提供收到的数据字节。当UxBUF读出时，UxCSR.RX_BYTE位由硬件清 0

USART中断

每个USART都有两个中断：URXx(接收完成中断)和UTXx(发送完成中断)，USART0相关中断使能和中断标志如下:

USART0 RX：IEN0.URX0IE
USART0 TX：IEN2.UTX0IE
USART0 RX：TCON.URX0IF
USART0 TX：IRCON2.UTX0IF

波特率的产生

由寄存器 **UxBAUD.BAUD_M[7：0]**和 UxGCR.BAUD_E[4：0]定义波特率。公式如下:
$\begin{aligned} 波特率=\frac{(256+BAUD\_M)*2^{BAUD\_E}}{2^{28}}*F\\ \end{aligned}$
其中: F是系统时钟频率

UART通信相关寄存器

端口配置相关寄存器

由于CC2530的USART0有两个可选位置(如下图所示)，因此需要配置相关寄存器，来选择USART0所用的引脚。

在这里插入图片描述

需要配置的寄存器有:

PERCFG：外设I/O控制寄存器
P2DIR：端口2方向和端口0外设优先级控制
P0SEL：端口0功能选择

UART串口参数配置相关寄存器

在使用UART通讯前，要将USART配置成UART模式，并设置通讯时的串口参数(见UART串口参数及时序小节)。需要配置的寄存器有:

U0CSR：USART0控制和状态寄存器
U0UCR：USART0 UART控制寄存器
U0BAUD：USART0波特率控制
U0GCR：USART0通用控制

USART中断配置相关寄存器

一般只用到接收中断，用于接收信息。无特殊情况，不需要用到发送中断。与USART0接收中断相关寄存器有:

URX0IF：USART0接收中断标志
URX0IE：USART0接收中断使能
IEN0.EA: 全局中断使能

配置完上述寄存器后，还需重写putchar函数，即可用printf函数将信息从串口中发送出去。在接收中断服务函数中，完成信息的接受，并做出相应的回答。

具体代码讲解

项目结构

Serial.c用于实现UART通信，System和Timer中的源文件，主要用于实现Delay_ms函数，下面将重点讲解serial.c中的代码。Delay_ms函数相关代码在基础篇03中有详细介绍，不在赘述。
在这里插入图片描述

Serial.c

#include <ioCC2530.h>
#include "serial.h"
#include <stdio.h>

unsigned char RxBuf;   // 接收缓存
unsigned char RxData[RXLEN];  // 数据保存
unsigned char RxState = 0;  // 接收状态  0 等待包头'@'   1 接收数据
/**
* @brief 初始化串口 UART0
*/
void Serial_Init(void)
{
  	// 端口配置
	PERCFG = 0x00;  // 选用UART0默认位置 P0_2 Rx  P0_3 Tx
	P2DIR &= 0x3f;  // 选用UART0作为第一优先级指派给端口0
	P0SEL |= 0x0C;  // P0端口 2、3引脚设置为外设功能
	// UART 配置
	U0CSR |= 0x80;  // 选择UART模式
	U0UCR |= 0x02;  // 8bit 无校验 1bit停止位
	// 波特率设置 Baud = (256 + BAUD_M)*2^(BAUD_E) / 2^28 * F    F为系统时钟频率 32MHz
	// 若波特率要设置成9600 则BAUD_M = 44   BAUD_E = 8
	U0BAUD |= 0x2C;  // 44
	U0GCR |= 0x08;  // 8
	
	// 配置接收中断
	URX0IF = 0;   // 清除接收中断标志
	URX0IE = 1;   // 使能接受中断
	EA = 1;   // 开启全局中断
	U0CSR |= 0x40;  // 接收器使能 需要先配置完USART所有参数
}

/**
* @brief 重写 putchar函数 UART0 printf函数底层调用的就是该函数 重写过后，调用printf会通过串口发送信息
*/
__ATTRIBUTES int putchar(int c)
{
    UTX0IF = 0;   // 清除发送标志位
    U0DBUF = (char)c;
    while(UTX0IF == 0);  // 等待发送成功  发送成功时 发送标志位复位
    return(c);
}

/**
* @brief UART0 接收中断服务函数
*/
#pragma vector = URX0_VECTOR
__interrupt void USAT0_ISR(void)
{
  	static unsigned int idx = 0;  // 接收数组下标 static关键字只初始化一次
  	if(U0CSR&0x04 != 0)   // 接收到数据
	{
		RxBuf = U0DBUF;   // 从UART寄存器中读取数据
		if(RxState == 0)   // 等待包头
		{
		  if(RxBuf == '@')
		  {
		  	RxState = 1;  // 切换状态为接收信息
			idx = 0;  // 重置下标
		  }
		}
		else if(RxState == 1) // 读取数据
		{
		  if(idx < RXLEN && (RxBuf != '\n'))  // 接收数据
		  {
		  	RxData[idx++] = RxBuf;  //从接收缓存区中读取信息，放到接收数组中
		  }
		  else    // 数据超过限制 或者 收到包尾
		  {
		  	idx = 0;  // 重置下标
			RxState = 0;  // 切换状态为等待包头
			printf("Get Info:%s\n", RxData);  // 回复消息
		  }  
		}
	}
	URX0IF = 0;  // 清除中断标志
}

UART0接收中断服务函数：实现接收包头为'@'的消息，并在接收到包尾\n时，发送接收数组RxData中的数据作为回复。
具体实现看代码，非常详细

Serial.h

#ifndef __SERIAL_H
#define __SERIAL_H
#define RXLEN 256   // 接收数据最大长度
void Serial_Init(void);
#endif

main.c

#include <ioCC2530.h>
#include "delay.h"
#include <stdio.h>
#include "serial.h"

void main(void)
{
 	Delay_Init();  // 初始化延时函数, 基于定时器3实现
	Serial_Init(); // 初始化串口
	while(1)
	{
		printf("%s\n", "hello zigbee!\n");  // 每过五秒向上位机发送消息
		Delay_ms(5000);
	}
}