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Puertos Series (USART) en el microcontrolador LPC43XX con la biblioteca LPCOpen

Los periféricos USART (por sus siglas en ingles de Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) son dispositivos de comunicación serie síncrona o asíncrona, que permite conectar el microcontrolador con otros equipos, obteniendo de esta forma un método simple para comunicar o recibir datos del exterior.

El LPC43xx posee 3 USART y 1 UART (solo permite el modo asíncrono) esta última con los pines necesarios para implementar una comunicación con un MODEM.

Lineas de comunicación

USART 0,2,3

Señal

Descripción

RxD

Entrada

TxD

Salida

DIR

Utilizado en RS-485 y EIA-485

UCLK

Clock para modo síncrono

BAUD

Solo disponible en USART3 para interfaz IrDA

UART 1

Señal

Descripción

RxD

Entrada

TxD

Salida

CTS

Clear To Send

DCD

Data Carrier Detect

DSR

Data Set Ready

DTR

Data Terminal Ready

RI

Ring Indicator

RTS

Request To Send

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

EL modo de transmisión asíncrono (UART) corresponde a uno de los protocolos de comunicación serie mas difundidos, en este modo de transición los datos son enviados sin una señal de reloj externa.

Todas las UART del LPC43xx (las 3 USART funcionando en modo asíncrono y la UART) son compatibles con el estándar 550, esto significa que son compatibles con la UART diseñada por National Semiconductors 16550 y salida al mercado en 1987, esta UART reemplazaba a la 8250 primera interfaz serie de la PC XT.

En una transmisión asíncrona, los datos son divididos en palabras de una longitud fija, generalmente octetos, a los cuales se le agregan al comienzo códigos de sincronismo y luego al final del word se pueden agregar espacios, con lo cual permite al receptor identificar un nuevo código de sincronismo.

Como se comentó arriba, las palabras suelen ser octetos, este tipo de comunicación asíncrona se denomina orientada a caracter y uno de los estándar mas comunes es el RS-232 (Recommended Standard 232).

RS-232

El estándar RS-232 es una norma para el intercambio de datos entre dos dispositivos denominados DTE (Equipo terminal de datos) con un DCE (Equipo de comunicación de datos), A pesar de que este estándar soporta comunicación síncrona, su uso mas habitual es en comunicaciones asíncronas por ejemplo el implementado en una PC.

En el caso habitual de una PC llamaremos a la misma DTE, donde el DCE generalmente era el modem, en el caso de comunicarse dos PC entre si (DTE con DTE) no habrá modem, con lo cual la conexión se llamará Null Modem, en estos casos el cable que une las dos computadoras, debe unir las señales de manera cruzada, es decir por ejemplo que la señal denominada TxD en una de las PC debe unirse con la denominada RxD de la otra PC.

Registros

RBR

RO

0x000

Receiver Buffer Register. contiene el proximo byte a ser leido (DLAB = 0).

THR

WO

0x000

Transmit Holding Register se escribe el proximo byte a enviar (DLAB = 0).

DLL

R/W

0x000

Divisor Latch LSB. parte menos significativa del divisor (DLAB = 1).

DLM

R/W

0x004

Divisor Latch MSB. parte mas significativa del divisor (DLAB = 1).

IER

R/W

0x004

Interrupt Enable Register. contiene la habilitación de las 7 posibles fuentes de interrupción (DLAB = 0)

IIR

RO

0x008

Interrupt ID Register. Interrupciones pendientes

FCR

WO

0x008

FIFO Control Register. Controla la FIFO

LCR

R/W

0x00C

Line Control Register. Contiene el formato de del frame

-

0x010

Reservado

LSR

RO

0x014

Line Status Register. Contiene las banderas del estado de la transmisión y recepción

-

0x018

Reservado

SCR

R/W

0x01C

Scratch Pad Register. Registro de datos temporales

ACR

R/W

0x020

Auto-baud Control Register.

ICR

R/W

0x024

IrDA control register (solo USART3)

FDR

R/W

0x028

Fractional Divider Register.

OSR

R/W

0x02C

Oversampling Register.

-

0x030-0x3C

Reservado

HDEN

R/W

0x040

Half-duplex enable Register

-

0x044

Reservado

SCICTRL

R/W

0x048

Smart card interface control register

RS485CTRL

R/W

0x04C

RS-485/EIA-485 Control.

RS485ADRMATCH

R/W

0x050

RS-485/EIA-485 address match

RS485DLY

R/W

0x054

RS-485/EIA-485 direction control delay.

SYNCCTRL

R/W

0x058

Synchronous mode control register.

TER

R/W

0x05C

Transmit Enable Register.

RBR/THR Registro de Recepción y Transmisión

En ambos casos el DLAB (Divisor Latch Access Bit) debe ser cero

DLR (Divisor Latch Register)

El valor total formado por los dos registros, tendrá una longitud de 16bits y es el divisor del VPB que se deberá configurar para determinar el baud rate de la transmisión y/o recepción.

El baud rate será calculado como:

               VPB  
baud rate = ----------
             DLR x 16

Conociendo la velocidad con la cual deseamos transmitir y la frecuencia del VPB, podemos despejar el DLR, el cual nos dará un valor de 16 bits, guardando en DLL el byte menos significativo y en DLM el mas significativo.

IER Registro de habilitación de interrupción

Este registro es el usado para habilitar las diferentes interrupciones que puede realizar la UART según distintos eventos

IIR Registro de identificación de Interrupción

bits

Prioridad

Denominación

Descripción

Reset

0x3

1

Receive Line Status (RLS)

Es generada por cuatro condiciones de error, (OE) overrun error, (PE) Parity error, (FE) Framing error o error de trama y (BI) break interrupt

leyendo el U0LSR

0x2

2a

Receive Data Available (RDA)

Se activa cuando la FIFO de lectura llegue a la cantidad establecida en U0FCR[7:6].

leyendo U0RBR o modificando la FIFO a un valor mas alto

0x6

2b

Character Time-out Indicator (CTI)

Ocurre cuando hay al menos un carácter en la FIFO de recepción y no ocurrió ninguna actividad en la misma por 3,5 a 4,5 tiempos de caracter, esta interrup., permite leer uno o varios datos que quedaron en la FIFO pero que por su cantidad no llega a generar una RDA

leyendo el URBR

0x1

3

THRE Interrupt

Es activada cuando la FIFO de transmisión se vacía

leyendo el U0IIR o escribiendo el U0THR

.

FCR Registro de Control de FIFO

LCR Registro de Control de Linea

Determina el formato de los datos a transmitir o recibir

LSR Registro de Estado de la Linea

Utilización de la USART del LPC43xx

Para implementar una interfaz serie RS-232, utilizaremos una USART en particular, la número 2, en la placa EDU-CIAA esta USART fue cableada al integrado FTDI2232, el mismo es el encargado de realizar la interfaz JTAG del microcontrolador y el USB, además de esta tarea, incorpora un puerto extra configurado en este caso como puerto serie asíncrono. Es en ese puerto donde se conecta los pines de la USART2 permitiendo realizar una muy sencilla conexión entre la PC y la EDU-CIAA.

Para la configuración de el puerto, se utilizará la librería LPCOpen

Configurar el SCU

Se deben configurar los pines para ser usados por la USART, en su modo asincrónico solo utiliza dos señales RX y TX, estas serán las que se deberan configurar en la SCU.

Para evitar anular un dispositivo por ser requerido los pines para otra función, este microcontrolador mapea en varios pines cada linea de la USART, en el caso de la USART2 tenemos las siguientes opciones

U2_TXD

en los pines P1_15, P2_10, P7_1, PA_1

U2_RXD

en los pines P1_16, P2_11, P7_2, PA_2

En el momento de rutear la placa se eligió la dupla P7_1 y P7_2 como los pines para ser unidos al FTDI2232, eso obliga a seleccionar esos pines como la salida para la UART

   Chip_SCU_PinMux(7,1,0,FUNC6); /* P7_1: UART2 TXD */
   Chip_SCU_PinMux(7,2,0,FUNC6); /* P7_2: UART2 RXD */ 

Configurar el Periférico

Como segunda fase, se encuentra la configuración del propio dispositivo

en este caso se deberá

 void Chip_UART_Init(LPC_USART_T *pUART); 

 Status Chip_UART_SetBaud(LPC_USART_T *pUART,uint32_t baudrate); 

 STATIC INLINE void Chip_UART_SetupFIFOS(LPC_USART_T *pUART,uint32_t fcr);

Donde fcr se deberá configurar de la siguiente forma UART_FCR_FIFO_EN para habilitar la FIFO y UART_FCR_TRG_LEV0 para generar evento por cada byte recibido

Todas estas acciones se realizan sobre el registro FCR, este registro es utilizado para configurar la FIFO, se muestra a continuación las distintas opciones que posee,(extraído del manual del usuario)

 STATIC INLINE void Chip_UART_TXEnable(LPC_USART_T *pUART);  

Uso de la UART

Una vez habilitada y en funcionamiento, se podrá enviar o leer los bytes recibido por medio de dos funciones de la LPCOpen

STATIC INLINE void Chip_UART_SendByte (LPC_USART_T *pUART, uint8_t data); 

STATIC INLINE uint8_t Chip_UART_ReadByte (LPC_USART_T *pUART);