Mikrocomputertechnik. Thema: Serielle Schnittstelle / UART

Transkript

1 Mikrocomputertechnik Thema: Serielle Schnittstelle / UART

2 Parallele vs. serielle Datenübertragung Parallele Datenübertragung Mehrere Bits eines Datums werden zeitgleich mittels mehrerer Datenleitungen übertragen. Beispiel: 8-Bit breite parallele Datenübertragung Sender Empfänger MSB MSB LSB LSB Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

3 Parallele vs. serielle Datenübertragung Serielle Datenübertragung Einzelne Teile eines Datums werden zeitlich nacheinander übertragen. Beispiel: Bit-weise Datenübertragung (LSB first) Sender Empfänger MSB LSB zeitlich nacheinander (seriell) MSB LSB MSB LSB Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

4 Allgemeines zur seriellen Datenübertragung Für die serielle Schnittstellen werden auch häufig die folgenden Abkürzungen verwendet: UART: Universal Asynchronous Receiver Transmitter USART: Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter Bei seriellen Datenübertragungen werden Teile eines Datums zeitlich nacheinander übertragen. Am häufigsten Bit-weise Übertragung Eine Daten- und eine Masseleitung TTL-Pegel: logische entspricht 5V, logische entspricht V Die Daten werden LSB first oder MSB first gesendet (von der Hardware abhängig und nicht immer frei wählbar). Bidirektionale Kommunikation (Full-Duplex) möglich. Voraussetzungen: µc benötigt Send- sowie Empfangseinheit Getrennte Datenleitungen für Empfang (Rx) und Versand (Tx) Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

5 Full-Duplex Kommunikation mit 2 Einheiten Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

6 Protokoll der seriellen Schnittstelle Nutzdaten werden häufig Byte-weise übertragen (8 Nutzbits) Zur Synchronisation der Datenübertragung wird ein Start Bit sowie ein oder mehrere Stop Bits benötig Übertragung beginnt mit Startbit, welches der logischen entspricht Übertragung endet mit Stoppbit, welches der logischen entspricht Empfänger erkennt Start der Übertragung somit an fallender Flanke Folgendes muss im Vorfeld der Übertragung bekannt sein: Schrittgeschwindigkeit (Baudrate) Anzahl Datenbytes pro Zeichen Parität Anzahl Stop Bits Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

7 Betriebsmodes der seriellen Schnittstelle Die UART des XC888 kann in vier verschiedenen Modes betrieben werden Die Auswahl des Mode erfolgt über die Bits SM und SM im Register SCON Betriebsmodus Baudrate Bit SM Bit SM Mode : 8-bit shift register f PCLK /2 Mode : 8-bit shift UART variabel Mode 2: 9-bit shift UART f PCLK /64 or f PCLK /32 Mode 3: 9-bit shift UART variabel Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

8 Einstellen der Baudrate Wie bei Timer wird auch bei UART Zählregister verwendet, welches bei Unterlauf Zeittakt für Schnittstelle erzeugt Zählregister kann durch folgende Quellen dekrementiert werden: f PCLK (in allen Betriebsmodes) Timer (in Mode und Mode 2) Baudraten-Generator (Mode und Mode 2) In Vorlesung und Labor verwenden wir ausschließlich den Baudraten-Generator zur Erzeugung der Baudrate Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

9 Der Baudraten-Generator Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

10 Der Baudraten-Generator f PCLK dient als Eingang des Generators f BR bezeichnet Frequenz mit welcher UART betrieben wird 8-Bit breites Zählregister wird heruntergezählt und erzeugt bei Unterlauf Zeittakt Unterschiedliche Datenraten werden durch unterschiedliche Reload-Werte realisiert (vgl. Timer) Der Fractional Divider ist nicht Teil der Vorlesung/des Labors Besonderheit: Aus Synchronisationsgründen kann lediglich bei jeder 6. Baudraten-Clock ein Takt für die UART erzeugt werden Somit ist die reale serielle Schnittstelle 6 Mal langsamer als f BR Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

11 Der Baudraten-Generator Die Baudrate berechnet sich wie folgt: baudrate = 6 2 BRPRE f PCLK ( BR _ VALUE + ) where 2 BRPRE ( BR _ VALUE + ) > Formel umgestellt, um Reload-Wert zu berechnen: BR _ VALUE = 6 2 f PCLK BRPRE baudrate Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

12 Konfiguration Sende- und Empfangspins Auswahl des Sende- und Empfangspins erfolgt über ALTSEL- Register der Ports Empfangsinformationen können von unterschiedlichen Quellen (logischen Kanälen) kommen: RXD_, RXD_ und RXD_2 Der entsprechende logische Kanal muss über das Register MODPISEL enabled werden Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

13 Versenden von Nachrichten (Polling) Das Versenden einer Nachricht erfolgt durch Beschreiben des Senderegisters SBUF Der Inhalt von SBUF wird dann entsprechend der Konfiguration (Datenrate, Mode, Start- und Stoppbit, ) versendet Durch Pollen des Transmit-Interrupt-Flag TI kann überprüft werden, ob der Versand abgeschlossen wurde Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

14 Empfangen von Nachrichten (Polling) Eine Nachricht wird nur Empfangen, wenn das Receiver-Enable- Bit REN im Register SCON gesetzt ist Wurde eine Nachricht komplett empfangen wird das Receive- Interrupt-Flag RI gesetzt Dieses Flag kann somit für ein Polling verwendet werden Die empfangenen Nutzdaten können aus dem Register SBUF abgeholt werden Besonderheit: Das Empfangsregister und das Senderegister tragen den selben Namen, stellen jedoch physikalisch getrennte Register dar. Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de

15 UART mit Interrupt-Betrieb Interrupt der seriellen Schnittstelle muss scharfgeschaltet werden Das Setzen der Flags TI bzw. RI führt zum Sprung zum Interrupt-Vektor Die Flags TI und RI werden nicht von der Hardware zurückgesetzt (weder beim Polling noch beim Interrupt-Betrieb) Hintergrund: Über die Flags kann der Entwickler erkennen, welches Ereignis den Interrupt ausgelöst hat Die Flags müssen in der ISR bzw. nach dem Polling durch die Software zurückgesetzt werden! Folie , Dipl.-Ing.(FH) Ralf Hanke, Ralf.Hanke@HS-Karlsruhe.de