单片机飞思卡尔SCI模块

1、异步串行通信（SCI）通信基础知识异步串行通信协议RS-232标准SCI功能简介SCI寄存器SCI软件开发方法SCI应用程序示例Lecture4 Page 1Communications通信方式的几个要素串行、并行（Serial/parallel）同步、异步（Synchronous/asynchronous）点对点、总线（Point-to-point/bus）半双工、全双工（Half-duplex/full-duplex）主从式、对等式（Master-slave/equal partners）单端信号、差分信号（Single-ended/differential）通信基础知识Lecture4

2、Page 2Communications -characteristics串行通信数据按位传输通信方只需要很少的连接 resource/pin efficient速度较慢，传输信息少传输距离较远并行通信数据按字节/字传输通信方需要多个连接信号- difficult for PCB routing传输速度快传输距离较短你接触过哪些串行/并行通信？ 通信基础知识 串行、并行Lecture4 Page 3Communications -characteristics同步通信接收方可以得到发送方的通信时钟信号传输速率高异步通信发送方和接收方使用独立的时钟来处理通信信号通信双方约定通信速率通信中需要约定

3、起始/停止位或定义特殊的帧结构传输速率较低 通信基础知识 同步、异步Lecture4 Page 4Communications -characteristics点对点通信线路上只有两个通信方 不需要寻址总线通信线路上有多个通信方需要建立寻址机制 通信基础知识 拓扑结构Lecture4 Page 5Communications -characteristics半双工不能同时进行发送和接收一方发送时，其他通信方只能处于接收状态需要额外的逻辑来控制发送和接收状态的切换有发生冲突的危险全双工通信端可以同时进行发送和接收需要两个独立的通信通道使用简单，数据传输率高对讲机？电话机？ 通信基础知识 半双工、

4、全双工Lecture4 Page 6Communications -characteristics主从式只有主端可以发起数据传输从端等待主端的允许才能传输数据对等式任何节点可以发起数据传输需要建立冲突检测和仲裁机制 通信基础知识 主从式、对等式Lecture4 Page 7Communications -characteristics单端信号信号幅度以地电平作为参考通信双方必须建立共同的参考地电平干扰造成的信号幅度变化可能导致错误解释差分信号每个信号使用两根线传输，信号的值由两个线上的电平的差值表示通信方不需要共同的参考地对干扰抑止能力强传输速率高 通信基础知识 单端、差分信号Lecture4

5、 Page 8微控制器常见的通信类型总线类型线数通信类型多主波特率（bps)器件数目总线长度UART2异步No3K-1M2*SPI3同步Yes1M-10M10板内I2C2同步Yes1M10板内CAN2异步Yes20K-1M128百米公里LIN1异步No20K16几十米Lecture4 Page 9SCILecture4 Page 10EIA RS-232-C美国电子工业协会正式公布的异步串行通信标准，也是目前最常用的异步串行通信标准，用来实现计算机与计算机之间、计算机与外设之间的数据通信 RS-232-C电平采用负逻辑，即，逻辑1：-3-25V,逻辑0：+3+25V （需要电平转换）RS-23

6、2-C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座；PC上使用简化的9芯D型插座 多种通信应答（握手）方式： 硬件握手，自应答，XON/XOFF模式波特率： 300bps 4Mbps， 物理层有多种实现方式（铜缆，光缆，红外，无线，微波）起始位/停止位/数据位/奇偶校验/全双工半双工模式 广泛应用： Modem，20mA电流环，RS485 个人计算机都有标准的RS232接口，驱动程序，超级终端 RS232 standardLecture4 Page 11RS232 standardLecture4 Page 12 简化的9芯D型接头信号定义（硬件流量控制） DTE DCE 3 TxD out

7、TxD Transmit Data2 RxD in RxD Receive Data5 GND GND 7 RTS out RTS Require To Send8 CTS in CTS Clear To Send6 DSR in DSR Data Set Ready9 DCD in DCD Data Care Detected4 DTR out DTR Data Terminal ReadyRS232 standardLecture4 Page 13简化的9芯D型接头信号定义（自应答方式） DTE / DCE 2 TxD out TxD (Transmit Data )3 RxD in Rx

8、D (Receive Data)7 GND GND (Ground)4 RTS out RTS (Require to Send)5 CTS in CTS (Clear to Send)6 DSR in DSR (Data Terminal Ready)8 DCD in DCD (Data Carry Detected)20 DTR out DTR (Data Set Ready)Ready always, or XON/XOFF protocol, ASCII only!RS232 standardLecture4 Page 14简化的9芯D型接头信号定义（无应答方式） 1 protecti

9、on ground2 RxD in RxD (Receive Data)3 TxD out TxD (Transmit Data )5 GND GND (Ground)6 DSR in DSR (Data Terminal Ready)7 RTS out RTS (Require to Send)8 CTS in CTS (Clear to Send)9 DCD in DCD (Data Carrier Detected) 4 DTR out DTR (Data Set Ready)No Handshake, should use XON/XOFF protocol,ASCII onlyRS2

10、32 standardLecture4 Page 15RS232 standardTTL level vs. RS232 levelLecture4 Page 16RS232 standardTTL level vs. RS232 levelLecture4 Page 17RS232 standardRS232标准（1962）出现的比TTL（1964）还早需要接口转换芯片MAX232MicrocontrollerDB9TTL/CMOSRS232Lecture4 Page 18Frame format012345678LSBMSBstopidleidlestartUARTNRZ (not ret

11、urn zero) encodingSeveral configurable parametersBaud rate, #data bits, parity, #stop bitsNomenclature: 9600,N81LSB- Least significant bitMSB- Most significant bitParity(stop)Lecture4 Page 19Start/stop 位接受端需要明确数据帧的边界，即该帧从什么时候开始，什么时候结束。数据位传送之前，都要发送START 位(always 0) (从空闲状态开始的下降沿，是START位的开始）在数据位传送结束后，还

12、要传送STOP位 (always 1).Lecture4 Page 20数据位识别接受端在其时钟上升沿采样数据线电平，以识别数据位的高低状态。What is the data transmitted above?Lecture4 Page 21数据位识别Tx_clkRx_clkTxDRxD传输过程会引起信号的延迟，会引入外部干扰导致的噪声及毛刺Lecture4 Page 22SCI(UART)-oversampling- 通信双方有约定的通信速率（波特率）- 接受端按照16倍波特率的频率对信号进行over samples - 使用其中3个采样结果，通过3取2的机制确定实际的信号电平状态- 如果

13、3个采样结果不一致，noise标志会置起- 接受端在总线进入空闲状态后，通过监测下降沿，启动对起始位的判断，从而开始整个数据帧的接受。Lecture4 Page 23SCI(UART)-oversamplingLecture4 Page 24SCI- 波特率波特率： bits per second Question1: 按照9600,N81的通信参数，每秒可以传送多少个字节？Hints: dont forget the start/stop bits.Question2: 对于一个总线频率为16MHz的微控制器，其SCI最高支持的波特率是多少？Lecture4 Page 25波特率误差容限接受

14、端必须能正确的识别整个数据帧，从起始位到停止位0/10/10/10/10/10/10/110/101116*(1+8) +9 9Ttx (153/16)Trx 10Ttx clock difference tolerance5%10 9 TransmitterReceiverLecture4 Page 26校验位校验位附加在数据帧末尾，用于检查传输过程中是否发生了数据位错误。LSBMSBstopstartParityLecture4 Page 27Parity bit偶校验 - 所有数据位和校验位中，1的数目是偶数奇校验 -所有数据位和校验位中，1的数目是奇数Example: what is

15、the even parity for “10011100” what is the odd parity for “01010110”Lecture4 Page 28SCI 可能产生的事件 - Tx Empty (IRQ) - Tx Complete (IRQ)- Rx Full (IRQ)- Idle (IRQ)- Rx Overrun (IRQ)- Noise Error- Framing Error- Parity ErrorLecture4 Page 29SCI 故障Framing Error: 在数据帧结尾没有收到正确的停止位Receiver overrun: 下一个数据到达时，上

16、一个数据还没有被处理Parity Error: 接受的校验和与协议规定的不匹配.Lecture4 Page 30So, are we clear about UART?Lets play a game!I need one volunteerThis volunteer will be a UART sender, all your students will be UART receivers.LSB firstProtocol is 1,N81 (1bit per second)Hand-raise is 1, hand-down is 0Lecture4 Page 31Transmitt

17、er: Receiver:.TDR BUFFERSHIFT REGISTERDATA INDATAOUTT8PARITYGEN.DATA OUTRDR BUFFERSHIFT REGISTERDATAINR8PARITYCHECKSCI 双缓冲寄存结构发送和接受都具有双缓冲结构 CPU不能读写移位缓冲寄存器CPU仅能访问数据寄存器Lecture4 Page 32.SCI 缓冲结构发送时，数据自动从数据寄存器转移到移位寄存器接受时，数据自动从移位寄存器转移到数据寄存器发送和接受的数据寄存器使用相同的寄存器地址 读写该寄存器地址具有不同的含义!Question: whats the functio

18、n of the instructions below while(1) asm LDAA SCI0DR asm STAA SCI0DR Lecture4 Page 33Transmitter block diagramTx data registerTx clock genNote the 16Shift registerParity genControl logicInterrupt request genLecture4 Page 34Receiver block diagramRx data registershift registerRx clock genControl logic

19、Lecture4 Page 35SCI(UART)Lecture4 Page 36SCIBH/L - SCI Baud Rate Control Register必须连续写入BDH和BDL寄存器，仅仅写入BDH没有作用。Bus clock1 819124M bus clockExercise1: 9600bps wanted， BR = ? BDH = ? BDL = ?Exercise2： the maximum baud rate = ?SCI Registers 1/5Lecture4 Page 37SCCR1 - SCI Control Register 1Address Offset

20、 $0002 1 = 9-BIT DATA 0 = 8-BIT DATA 1 = IDLE LINE WAKE-UP 0 = ADDRESS MARK WAKE-UP 1 = NORMAL IDLE TIME 0 = SHORT IDLE TIME1 = EVEN PARITY0 = ODD PARITY1 = PARITY Enabled0 = PARITY DisabledSCISWAI - SCI Stop in Wait mode 0 = Normal operation 1 = SCI Disabled in Wait modeSCI Registers 2/5Lecture4 Pa

21、ge 38SCICR 2 - SCI Control Register 2ILIE - Idle Line Interrupt Enable1 = IDLE IRQ Enabled0 = IDLE IRQ DisabledTE _ Transmitter Enable 1 = Transmitter Enabled0 = Transmitter DisabledRE Receiver Enable1 = Receiver Enabled0 = Receiver DisabledSBK - Send Break1 = Send Break0 = Terminate BreakRWU - Rece

22、iver Wake-up 1 = Enter Receiver Wake-UP 0 = Exit Receiver Wake-UPTCIE - Transmit Complete Interrupt Enable1 = Transmitter Complete IRQ Enabled0 = Transmitter Complete IRQ DisabledRIE - Receiver Interrupt Enable1 = Receiver IRQ Enabled0 = Receiver IRQ DisabledTIE - Transmitter Interrupt Enable1 = Transmitter IRQ Enabled0 = Transmitter IRQ DisabledSCI Registers 3/5Lecture4 Page 39SCISR 1 - SCI Status Register 1SCI Registers 4/5SCISR 2 - SCI Status Register 2RAF - Receiver Active Status 1 = Receiver Active 0 = Receiver not ActiveBRK13 - Break Transmit Character L