基于MCU的室外移動(dòng)機(jī)器人組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)

　　2.5 SPI轉(zhuǎn)UART電路

　　由于MSP430F149的片上UART資源都被IMU器件和GNSS接收機(jī)占用，因此需要擴(kuò)充一個(gè)UART接口才能滿(mǎn)足定位系統(tǒng)與PC機(jī)間的通信。為此將MSP430F149上的GPIO模擬SPI，再通過(guò)MAX3111E芯片轉(zhuǎn)成UART接口。

　　MAX3111E是MAXIM公司推出的全功能收發(fā)器，內(nèi)部包含UART和RS232電平轉(zhuǎn)換兩個(gè)獨(dú)立的部分。UART部分包括兼容于SPI的串行接口、可編程波特率發(fā)生器、發(fā)送移位寄存器、接收移位寄存器、8字長(zhǎng)的FIFO以及4種可屏蔽中斷發(fā)生器;RS232部分包括電泵電容、硬件關(guān)斷(SHDN管腳)，具有±15kV靜電保護(hù)作用。它可以選擇1.8432MHz或3.6864MHz兩種晶振作為外部晶振，芯片能夠工作在300bps～230kbps波特率，本文使用的是3.6864MHz晶振。MAX3111E與MSP430F149連接電路如圖5.

　　圖5 SPI轉(zhuǎn)UART電路

　　MAX3111E的控制命令分為寫(xiě)配置命令、讀配置命令、寫(xiě)數(shù)據(jù)命令以及讀數(shù)據(jù)命令四種。本文寫(xiě)入芯片的配置命令是0xE809，8bit數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、使能FIFO、發(fā)送中斷使能、波特率38400bps.數(shù)據(jù)的寫(xiě)入需要在每個(gè)字節(jié)前面加上0x81，例如若要發(fā)送字節(jié)0x55，則需要從DIN端移位輸入0x8155.

　　下面是連續(xù)發(fā)送n個(gè)字節(jié)的C語(yǔ)言代碼：

　　SPI_WRITE_16BIT(0xE809);//寫(xiě)配置命令

　　delay_ms(10);//延時(shí)10ms

　　SPI_WRITE_16BIT(0x8100+DATA1);//發(fā)送第1個(gè)數(shù)據(jù)DATA1

　　delay_ns(250);//延時(shí)250ns

　　SPI_WRITE_16BIT(0x8100+DATA2);//發(fā)送第2個(gè)數(shù)據(jù)DATA2

　　……

　　delay_ns(250);//延時(shí)250ns

　　SPI_WRITE_16BIT(0x8100+DATAn);//發(fā)送第n個(gè)數(shù)據(jù)DATAn

　　使用MAX3111E時(shí)需要注意：

　　1、片選信號(hào)CS的下降沿到時(shí)鐘SCLK信號(hào)的第一個(gè)上升沿至少要有100ns的時(shí)間延遲;

　　2、芯片判定片選信號(hào)CS失效時(shí)，需要CS管腳保持高電平的時(shí)間至少為200ns.因此當(dāng)需要連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，兩個(gè)寫(xiě)數(shù)據(jù)命令之間至少需要200ns，建議間隔250ns;

　　3、寫(xiě)配置命令需要晶振工作穩(wěn)定，因此可以在寫(xiě)配置命令后再讀配置，直到寫(xiě)入和讀出的配置數(shù)據(jù)相應(yīng)位相同時(shí)才保證芯片按需求配置完畢。

　　3軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 GPIO模擬SPI實(shí)現(xiàn)方法

　　使用GPIO模擬SPI，對(duì)選定的IO口進(jìn)行時(shí)序上的電平操作，模擬出SPI時(shí)序。本文將SPI的電平操作采用宏定義的方式，可參考表3中的源代碼。

　　程序按照SPI邏輯關(guān)系使用上述的宏定義，可以在選定的IO端口產(chǎn)生SPI信號(hào)，并且可以靈活的控制每個(gè)CS有效期間的時(shí)鐘數(shù)。使用GPIO模擬的SPI具有操作直觀、靈活可變等優(yōu)點(diǎn)。相比較模擬得到的SPI，控制器上自帶的SPI接口基本不占用控制器資源，發(fā)送和接收的移位、時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生都交由內(nèi)部SPI模塊處理。而GPIO模擬的SPI需要控制器不斷對(duì)IO進(jìn)行操作，因此會(huì)占用控制器處理時(shí)間。時(shí)鐘信號(hào)也因?qū)﹄娖讲僮飨臋C(jī)器周期，導(dǎo)致時(shí)鐘信號(hào)速度有限。