串行通信接口是处理器与其他设备进行数据通信最常用的方式之一。我的这个程序库是针对MSP430f14系列和MSP430f16系列的，我常用的单片机是这两款：msp430f149，msp430f169。这两款单片机中均有两个增强型串行通信接口，都可以进行同步或是异步通信，甚至169的模块USART0还能进行进行I2C协议通信。在这里，我们只讨论异步串行通信。
- 硬件介绍：
MSP单片机的USART模块可以配置成SPI（同步通信）模式或UART（异步通信）模式，这里只讨论UART方式。UART数据传输格式如下：
起始位，数据位由高到低7/8位，地址位 0/1位，奇偶校验位 奇偶或无，停止位1/2位。数据位位数、地址位、奇偶校验位、停止位均可由单片机内部寄存器控制；这两款单片机都有两个USART模块，有两套独立的寄存器组；以下寄存器命中出现x代表0或是1,0代表对应0模块的寄存器，1代表对应1模块的寄存器；其中，与串口模式设置相关的控制位都位于UxCTL寄存器，与接收相关的控制位都位于UxRCTL寄存器，与发送相关的控制位都位于UxTCTL寄存器；波特率设置用UxBR0、UxBR1、UxMCTL三个寄存器；接收与发送有独立的缓存UxRXBUF、UxTXBUF，并具有独立的移位寄存器和独立的中断；中断允许控制位位于IE1/2寄存器，中断标志位位于IFG1/2寄存器。
波特率设置：430的波特率设置用三个寄存器实现，
UxBR0：波特率发生器分频系数低8位。
UxBR1：波特率发生器分频系数高8位。
UxMCTL：波特率发生器分频系数的小数部分实现。
设置波特率时，首先要选择合适的时钟源：USART模块可以设置的时钟源有UCLK引脚、ACLK、SMCLK；对于较低的波特率（9600以下），可选ACLK作为时钟源，这样，在LPM3（低功耗3）模式下，串口仍能正常发送接收数据；另外，由于串口接收过程有一个三取二判决逻辑，这至少需要三个时钟周期，因此分频系数必须大于3；波特率高于9600时，将不能使用ACLK作为时钟源，要调为频率较高的SMCLK作为时钟源；另外还可以外部输入UCLK时钟。分频系数计算公式如下：
小数分频是MSP430单片机的串口特色之一，UxMCTL寄存器的作用就是控制小数的分频，控制方法如下：对应位是1，则分频系数加一，0则分频系数减一；小数分频器会自动依次取出每一位来调整分频系数。其计算方法：可以先计算小数部分一的个数，然后把1均匀的放入UxMCTL的8位中，这样计算比较简单，分频系数的小数部分乘以8即得到1的位数，查表得到对应的UxMCTL值；另外一种通过计算每一位的错误率，交互计算，直到得到最小错误率的UxMCTL值，这种方法比较复杂，但得到的小数分频误差更小，这种方法也是TI给的计算方法，详细参考UserGuide。
- 程序实现：
- 宏定义：是程序具有更好的移植性。
对模块的寄存器进行宏定义，把0/1换成x，使用时，只需更改宏定义即可更改程序是使用哪个模块；这样程序就具有了比较好的移植性。
/***********************************宏定义*********************************/ #define UxCTL U0CTL #define UxRCTL U0RCTL #define UXTCTL U0TCTL #define UxBR0 U0BR0 #define UxBR1 U0BR1 #define UxMCTL U0MCTL #define UxRXBUF U0RXBUF #define UxTXBUF U0TXBUF #define UxME U0ME #define UxIE U0IE #define UxIFG U0IFG #define UTXEx UTXE0 #define URXEx URXE0 #define URXIEx URXIE0 #define UTXIEx UTXIE0 #define UARTON P3SEL |= 0X30 // P3.4,5 = USART0 TXD/RXD /**************************************************************************/ 程序改为UART1时，只需把宏定义中的0改为1 UARTON改为对应端口的即可
- 异步串口初始化（UartInit）：完成波特率，停止位以及其他相关的设置。
串口初始化，首先是波特率寄存器值的计算和设置：本程序选用第二种：通过运算，选取误差最小的寄存器所需值进行设置。
波特率寄存器值根据所选时钟频率和所需波特率值进行设置，计算方法：从m0（UxMCTL最低位）开始计算，根据这一位的误差（0或1时）误差较小的bit值，直到计算完成。
为了更好的写这个程序，我先用C语言写了一个简单的波特率计算软件，为了让设置波特率的函数能够在单片机程序中复用，程序用宏定义模拟的MSP430单片机的波特率寄存器。完整程序如下：
#include<stdio.h> #include<math.h> //函数声明 void SetBaudRateRegisters(long clk,int baud); /************************宏定义***********************/ #define UxBR1 a[0] #define UxBR0 a[1] #define UxMCTL a[2] unsigned char a[3]; //数组模拟寄存器 void main() { long clk; //时钟 long baud; //波特率 printf("\t---波特率计算软件！---\n"); printf("\n请输入时钟频率（Hz）："); scanf("%ld",&clk); printf("\n请输入波特率："); scanf("%ld",&baud); getchar(); //读取多余回车符 SetBaudRateRegisters(clk,baud); //设置寄存器值 //显示寄存器值 printf("\nUxBR1:0x%x\tUxBR0:0x%x\tUxMCTL:0x%x\n",UxBR1,UxBR0,UxMCTL); getchar(); } /**************************************************************************** * 名 称：SetBaudRateRegisters * 功 能：根据时钟 波特率设置对应寄存器 * 入口参数： * clk: 所选时钟频率（如：32768） baud 波特率 (300~115200) * 出口参数：无 * 范 例: SetBaudRateRegisters(32768,9600) //用时钟频率32768产生9600的波特率 ****************************************************************************/ void SetBaudRateRegisters(long clk,long baud) { int n = clk / baud; //整数波特率 char mSum = 0; //Σmi int txEr0; //对应位为0时错误率 int txEr1; //对应位为1时错误率 char i = 0; //循环计数 UxBR1 = n >> 8; //高8位 UxBR0 = n & 0xff; //低8位 UxMCTL = 0; //循环 比较错误率大小 设置UxMCTL for(;i < 8;i++) { txEr0 = 100 * baud * ((i + 1) * n + mSum) / clk - 100 * (i + 1); txEr1 = 100 * baud * ((i + 1) * n + mSum + 1) / clk - 100 * (i + 1); if(abs(txEr1) < abs(txEr0)) { mSum++; UxMCTL |= (1<<i); } } }
程序可以使用任何的C语言编译器编译运行，可供网友们复用此程序。我使用vs2010编译运行的，运行结果如下：
运行效果很好，和官方给出的值一样，但是也不全都是这样，4800的波特率（时钟：32768）时就不一样，可能是我计算式只是用了发送时的误差计算，没有用接收误差，计算结果稍有出入，如果有兴趣，网友可以自行添加接收误差，判断；应该就和官方给出的数值完全一样了。
初始化函数：初始化函数完成串口时钟源选择，波特率初始化，奇偶校验，数据位，停止位，以及其他相关设置。
时钟源选择：根据波特率选取时钟源，波特率大于9600，选1M的SMCLK时钟（需要初始化时钟系统对应函数参考使用示例），小于9600，选ACLK（32768）以使功耗降低（低功耗3仍能正常收发数据）
UxTCTL &=~ (SSEL0+SSEL1); //清除之前的时钟设置 if(baud<=9600) //brclk为时钟源频率 { UxTCTL |= SSEL0; //ACLK，降低功耗 brclk = 32768; //波特率发生器时钟频率=ACLK(32768) } else { UxTCTL |= SSEL1; //SMCLK，保证速度 brclk = 1000000; //波特率发生器时钟频率=SMCLK(1MHz) }
波特率设置：直接调用之前实现的设置寄存器函数即可，当波特率在正常范围外时，返回0。
//------------------------设置波特率------------------------- if(baud < 300||baud > 115200) //波特率超出范围 { return 0; } SetBaudRateRegisters(); //设置波特率寄存器
奇偶校验、数据位位数、停止位数设置：比较简单，直接根据参数值设置对应寄存器即可。
//------------------------设置校验位------------------------- switch(parity) { case 'n':case'N': UxCTL &=~ PENA; break; //无校验 case 'p':case'P': UxCTL |= PENA + PEV; break; //偶校验 case 'o':case'O': UxCTL |= PENA; UxCTL &=~ PEV; break; //奇校验 default : return(0); //参数错误 } //------------------------设置数据位------------------------- switch(dataBits) { case 7:case'7': UxCTL &=~ CHAR; break; //7位数据 case 8:case'8': UxCTL |= CHAR; break; //8位数据 default : return(0); //参数错误 } //------------------------设置停止位------------------------- switch(stopBits) { case 1:case'1': UxCTL &= ~SPB; break; //1位停止位 case 2:case'2': UxCTL |= SPB; break; //2位停止位 default : return(0); //参数错误 }
其他：包括串口收发使能，串口接收和发送中断设置，第二功能打开等。
UARTON; //端口使能 UxME |= UTXEx + URXEx; //发送 接收使能 UCTL0 &= ~SWRST; // Initialize USART state machine UxIE |= URXIEx + UTXIEx; // Enable USART0 RX interrupt
到此，MSP430异步串行口的初始化工作全部完成，如果需要其他的方式，只需对应设置寄存器即可。
- 写字符（UartxWriteChar）：向UARTx模块写（发送）一个字符。
写字符：向串口写入一个字符，通过串口向终端发送一个字符。
void UartWriteChar(char c) { while (TxFlag==0) UartLpm(); // 等待上一字节发完，并休眠 TxFlag=0; // UxTXBUF=c; }
这个函数根据程序标志TxFlag判断上一字符是否发送完成，此标志位将在发送中断中被置位，表示本字符发送完成。发送中断程序如下：
#pragma vector=UARTxTX_VECTOR __interrupt void UartTx () { TxFlag=1; __low_power_mode_off_on_exit(); }
发送字符时，先等待上一字符发送完成，然后把字符放入发送缓冲区，待发送完成，中断置标志位，指示发送完成。
- 读取字符（UartxReadChar）：从UARTx模块读取（获取）一个字符。
读取字符和写字符类似：调用读取函数后，等待标志位，接收到字符后，读出来。
char UartReadChar() { while (RxFlag==0) UartLpm(); // 收到一字节? RxFlag=0; return(UxRXBUF); }
同样，RxFlag指示收到一个字符，并且在中断中被置位。中断程序如下：
#pragma vector=UARTxRX_VECTOR __interrupt void UartRx() { RxFlag=1; /*在这里添加用户中断服务程序代码，如将数据压入接收缓冲等*/ __low_power_mode_off_on_exit(); }
读取函数将阻塞，如果收不到字符，CPU将一直处于低功耗状态。
- 写字符串（UartxWriteStr）：向UARTx模块写（发送）一个字符串。
写字符串只需调用写字符函数即可，比较简单，程序如下：
void UartWriteStr(char *s) { while(*s) { UartWriteChar(*s++); } }
这样，即可调用这个函数通过串口发送字符串。 - 头文件：头文件把要调用的函数声明放进去，需要使用函数时只需包含此文件，不需要再进行函数声明。
头文件内容如下：
#ifndef __UART_H #define __UART_H char UartInit(long baud,char parity,char dataBits,char stopBits); void UartWriteChar(char c); void UartWriteStr(char *s); char UartReadChar(); #endif /* __UART_H */
其中#ifndef 等预编译用来防止重复包含。
- 写字符（UartxWriteChar）：向UARTx模块写（发送）一个字符。
- 宏定义：是程序具有更好的移植性。
- 程序调用示例：
要调用这个函数库，首先要包含Uart.h头文件；把Uart.h拷到对应文件夹中，然后在要调用程序的源程序文件中添加文件包含：
#include "msp430x16x.h" //430寄存器头文件 #include "Uart.h" //串口通讯程序库头文件
然后，在项目中加入Uart.c，把Uart.c拷入项目文件夹中，在项目中添加文件，加入后文件结构大致如下图：
如果要用9600以上的波特率，需要把SMCLK设为1M，我的程序调用了以下的这个函数，把MCLK设为8MHz，SMCLK设为1MHz：
void ClkInit() { char i; BCSCTL1 &= ~XT2OFF; //打开XT2振荡器 IFG1&=~OFIFG; //清除振荡错误标志 while((IFG1&OFIFG)!=0) { for(i=0;i<0xff;i++); IFG1&=~OFIFG; //清除振荡错误标志 } BCSCTL2 |= SELM_2+SELS+DIVS_3; //MCLK为8MHz，SMCLK为1MHz }
调用示例程序如下：
ClkInit(); UartInit(38400,'n',8,1); //串口初始化,设置成38400bps,无校验,8位数据,1位停止 _EINT(); UartWriteStr(str); UartWriteChar(0x0d); //发送"换行"(\r)" UartWriteChar(0x0a); //发送"回车"(\n)" UartWriteStr("下面测试串口收发函数\r\n"); while(1) //串口测试 { chr=UartReadChar(); //收1字节 UartWriteChar(chr); //将收到的数据返回 }
如果是9600以下的波特率，可以不调用时钟系统初始化函数，否则必须调用这个函数，或者用其他的方法把SMCLK频率设为1MHz；初始化完成之后，还要开中断（因为Uart函数库用到了中断）；然后才能正常的使用这些函数。
这样，这个程序库就完成了，欢迎大家下载使用。
另外，网上还有一个用预编译的方法计算波特率的，个人认为比较好，没有选用它的原因是：它只能在编译时确定寄存器内容，无法再运行的时候进行设置。http://blog.21ic.com/user1/1453/archives/2009/62696.html 还有一个用网页计算波特率的，可以上网时计算波特率很方便：http://www.838dz.com/calculator/1805.html
作者：给我一杯酒
出处：http://Engin.cnblogs.com/
本文版权归作者和博客园共有，欢迎转载，转载保留此段文字并且注明出处；谢谢。