单片机MSP430与PC机串口通讯设计.docx

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单片机MSP430与PC机串口通讯设计

单片机MSP430与PC机串口通讯设计

摘要

在多机通信的分布式控制系统中，通过PC机的串口与多台单片机的通信是最方便的。

在这样的分布式控制系统中，单片机与微机之间的多路通信是整个系统的关键。

基于MSP430系列单片机自身优越的性能以及其超低功耗的特点，利用MSP430F149的USART可以实现这种分布式多机通信功能。

在解决了与PC串口或其他带有串口的终端相连所需要的串口电平和逻辑关系的转变之后，选用MSP430F149的异步模式UART，用C语言完成下位机（PC机）接收和发送数据程序，借助VC++6.0开发平台并利用PComm软件包完成上位机（单片机）的通信程序。

文章介绍了美国TI公司新一代16位Flash型MSP430F149系列单片机的结构、特性和功能。

详细介绍了如何利用VC十+6.0进行串口通讯程序的编制,重点介绍了如何利用实现异步通讯的方法。

关键词：

MSP430系列单片机，多路通信，控制系统，异步模式，Pcomm

DesignoftheSerialCommunicationbetweenMSP430F149andPC

ABSTRACT

Inthecontrolledsystemofdistributingtypeinwhichmanycomputersarecommunicating,bywayofthePCstringcontactwithmanysinglechipmachinestocorrespondisthemostconvenient.Inthiscontrolledsystemofdistributingtype,thevariouscommunicationbetweensinglechipmachinesandmicrocomputeristhewholekey.AccordingtothelowachievementconsumeandperfectfunctionofMSP430，TheUSARTthatusedinsystemofMSP430F149cancarryoutthiskindoffunctionofsingulartogroup.Itisrequiredtosolvethevoltageconversionandthechangeoflogicrelation,whentheMSP430connectswiththePCstringorotherterminalswhichtakewithstrings.Andthen,wecanchoosetheasynchronousmodule（UART）ofMSP430F149tocompletetheMSP430F149’smainprocessorinlanguageofCandwriteoutthePC’sprocessoraskingforhelpfromTheVC++6.0andThePcomm.

Thispaperintroducesthestructure,principleandfeatureofnewgenerationof16bit&Flash-typemicrocontrollerwhichbelongstotheTexasInstrumentsMSP430F149series.Atthesametime,italsointroduceshowtocarryoutthemethodoftheserialcommunicationbetweenPCandMSP430F149.ThepaperpresentshowtouseVC++6.0designserialportcommunicationprogram,especiallycallingPcommfunctionstocontrolserialporttotransferdata.

KEYWORDS：

MSP430F149single-chipcomputer,serialcommunication,controlsystem，UART，PComm

前言

在工业控制领域，由多单片机构成的系统很多，如大规模测控系统、大型车辆控制系统、机器人控制系统等。

单个单片机在这些应用场合往往仅负责某一个点或者某个子系统的监控，对整个系统中各点的监测或各子系统的协调控制则由某一个功能更强大的中央处理器如PC机来完成。

数据传输距离可能是近距离的（几米），也可能是远距离的（几公里）。

多机系统的数据交换可能采用并行通信，也可能采用串行通信，而构成多单片机系统的关键技术是多单片机之间的通信方式[1]。

由于串行通信是在一根传输线上一位一位的传送信息，所用的传输线少，可借助现成的电话网进行数据传送，因此特别适合远距离传输，所以串口通讯方式在计算机控制系统中有着广泛的应用。

MSP430系列单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，在控制系统以及数据采集系统中有广泛的应用，这是因为：

该系列单片机有着强大的处理功能，在8MHz晶体下运算能力达1MIPS（100万/秒），是传统51单片机远远达不到的，这使该系列单片机采用C语言开发有很高的效率，从而提高开发周期，实现程序可移植性；MSP430系列单片机有超低功耗的特点,且有多种省电模式,6μm的快速启动时间可延长待机时间并使启动更加迅速,这使得系统功耗特别小,适合未来社会对于低功耗系统的要求[2]；另外MSP430系列单片机系统功能稳定，其波特率发生器中的预分频/分频器和一个调整器的组合，使得即使晶振频率不是波特率的整数倍情况下，MSP430也能正常工作而且还可以使其通讯协议工作在最大的波特率。

采用这一技术，即使用手表晶振（32768Hz），波特率也可以达到4800和9600。

本设计是基于MSP430F149实现分布式控制系统中的串口通讯问题。

在硬件上要想与PC串口或者其它带有串口的终端设备相连接，必须要进行EIA-RS-232-C与MSP430电平和逻辑关系的转换，本设计采用MAX3221芯片，完成3V～5V电平与串口电平的双向转换；而对于多台单片机按照一定连接形式构成的通信网络，相互之间必须以规范的通信协议来联络，才能完成各种要实现的功能要求。

本设计依据MSP430F149的串行通信模块的构成，利用其异步通信模式的特点，按照位寻址的方式设计出一个简单的通信协议，依此设计出下位机的接收和发送程序，以及上位机的C++通信程序。

第一章串口通讯的系统组成与原理

§1.1系统组成及通讯原理

§1.1.1系统构成

一、MSP430F149功能简介：

本设计选用的主要芯片为MSP430F149，该单片机属于德州仪器公司MSP430F14X/16XFLASH系列。

该系列是一组工业级超低功耗的微控制器，运行环境温度为-40～+85摄氏度工作电压范围1.8～3.6V，MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。

由于具有16位RISC（精简指令集）结构，16位寄存器和常数寄存器，MSP430达到了最大的代码效率。

数字控制的振荡器提供快速从所有低功耗模式苏醒到活动模式的能力时间少于6ms。

MSP430F149有较高的处理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125ns。

另外它带有两个16位定时器（带看门狗功能）、速度极快的8通道12位A/D转换器（ADC）（带内部参考电压、采样保持和自动扫描功能）、一个内部比较器和两个通用同步/异步发射接收器、48个I/O口（均可独立控制）的微处理器结构。

硬件乘法器提高了单片机的性能并使单片机在编码和硬件上可兼容[3]。

这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

二、系统构成

1、系统框图

系统构成如图1-1所示，由上位机（即工业控制计算机）、通讯接口和下位机3部分组成。

上位机选用的是工控机，智能终端由单片机MSP430F149和外围传感器放大电路等构成（本设计部涉及该部分的设计）。

单片机与PC机之间通信方式为串行异步方式（UART），下位机采用中断方式进行与上位机的数据交换，上位机采用按时查询方式对各串口进行读写操作。

单片机MSP430要想与PC串口连接或者其它带有串口的终端设备连接，接口电路部分必须要进行EIA-RS-232-C与MSP430电平和逻辑关系的转换[4]。

本设计将采用MAX3221芯片，完成3V～5V电平与串口电平的双向转换。

图1-1系统框图

§1.1.2通信原理及协议

一、MSP430的串口通讯模块（USART）

由于本设计解决的是串口通讯问题，所以通信的基本原理是利用MSP430的串口通讯模块（USART）来实现单片机和PC机之间的串口通信。

1、USART的硬件构成：

SP430F169的串行通讯模块（USART）的作用主要是实现对外通信，它可以实现异步通信（UART）和同步通信（SPI）两中通讯功能[5]。

图1-2是USART的通讯模块。

由图1-2可以看出USART模块分别由波特率部分，接收部分，发送部分，端口IO部分组成。

USART接收部分包括接收寄存器，接收移位寄存器以及控制模块组成，它在接收信息的时候产生一些状态信息，并设置相应的中断标志位。

USART的发送部分包括发送寄存器，发送移位寄存器以及控制模块组成，它在发送的时候产生一些状态信息，并可以设置发送中断标志位。

USART的波特率产生部分主要包括时钟的选择，波特率的产生以及波特率的调整部分组成，它通过设置波特率寄存器和波特率调整寄存器来获得需要的波特率。

USART包含一个控制模块，通过控制模块可以选择相应的工作模式，同时设置相应的管脚，比如对异步和同步工作方式的选择，对奇偶校验位和停止位个数等所有设置都是通过操作该模块的寄存器来实现的。

对于不同系列的MSP单片机其USART模块可能有一个也可能有两个，而MSP430F149有两个，分别是USART0和USART1。

图1-2USART模块组成

2、USART的控制寄存器和工作模式

USART的控制寄存器是其八个寄存器之中的一个，表1-1是其位的格式，

表1-1控制寄存器

PENV

PEV

SP

CHAR

LISTEN

SYNC

MM

SWRST

USART的控制寄存器有8个有效控制位，通过对这些控制位的设置可以对工作模式，通信协议，校验位等进行选择。

用户对USART的所有操作都是通过操作该寄存器的控制位来完成的[6]。

下面是各个位的简单功能描述,知道这些控制位的功能,有助于我们在后面进行硬件连接和软件设计.

PENV：

校验使能位。

该位为0不允许校验；为1时，允许校验，且在发送时产生校验位，在接收时希望接收到校验位。

在地址位多机模式中地址位包括在校验计算中。

PEV：

奇偶校验位。

为0时，奇校验，为1时进行偶校验。

SP：

停止位。

接收时停止位只有一个。

发送时，该位为0，只有一个停止位；该位为1时，有两个停止位。

CHAR：

字符长度位。

该位为0表示发送的数据为7位，该位为1时表示

发送的数据为8位。

LISTEN：

监听使能位。

该位为0没有反馈；该位为1，有反馈，发送的数据送到接收器，可以进行自环测试。

SYNC：

该位为0时，USART为异步通信（UART）模式；该位为1，USART