基于MCU的室外移动机器人组合导航定位系统

　　2.5 SPI转UART电路

　　由于MSP430F149的片上UART资源都被IMU器件和GNSS接收机占用，因此需要扩充一个UART接口才能满足定位系统与PC机间的通信。为此将MSP430F149上的GPIO模拟SPI，再通过MAX3111E芯片转成UART接口。

　　MAX3111E是MAXIM公司推出的全功能收发器，内部包含UART和RS232电平转换两个独立的部分。UART部分包括兼容于SPI的串行接口、可编程波特率发生器、发送移位寄存器、接收移位寄存器、8字长的FIFO以及4种可屏蔽中断发生器;RS232部分包括电泵电容、硬件关断(SHDN管脚)，具有±15kV静电保护作用。它可以选择1.8432MHz或3.6864MHz两种晶振作为外部晶振，芯片能够工作在300bps～230kbps波特率，本文使用的是3.6864MHz晶振。MAX3111E与MSP430F149连接电路如图5.

　　图5 SPI转UART电路

　　MAX3111E的控制命令分为写配置命令、读配置命令、写数据命令以及读数据命令四种。本文写入芯片的配置命令是0xE809，8bit数据长度、使能FIFO、发送中断使能、波特率38400bps.数据的写入需要在每个字节前面加上0x81，例如若要发送字节0x55，则需要从DIN端移位输入0x8155.

　　下面是连续发送n个字节的C语言代码：

　　SPI_WRITE_16BIT(0xE809);//写配置命令

　　delay_ms(10);//延时10ms

　　SPI_WRITE_16BIT(0x8100+DATA1);//发送第1个数据DATA1

　　delay_ns(250);//延时250ns

　　SPI_WRITE_16BIT(0x8100+DATA2);//发送第2个数据DATA2

　　……

　　delay_ns(250);//延时250ns

　　SPI_WRITE_16BIT(0x8100+DATAn);//发送第n个数据DATAn

　　使用MAX3111E时需要注意：

　　1、片选信号CS的下降沿到时钟SCLK信号的第一个上升沿至少要有100ns的时间延迟;

　　2、芯片判定片选信号CS失效时，需要CS管脚保持高电平的时间至少为200ns.因此当需要连续发送数据时，两个写数据命令之间至少需要200ns，建议间隔250ns;

　　3、写配置命令需要晶振工作稳定，因此可以在写配置命令后再读配置，直到写入和读出的配置数据相应位相同时才保证芯片按需求配置完毕。

　　3软件设计

　　3.1 GPIO模拟SPI实现方法

　　使用GPIO模拟SPI，对选定的IO口进行时序上的电平操作，模拟出SPI时序。本文将SPI的电平操作采用宏定义的方式，可参考表3中的源代码。

　　程序按照SPI逻辑关系使用上述的宏定义，可以在选定的IO端口产生SPI信号，并且可以灵活的控制每个CS有效期间的时钟数。使用GPIO模拟的SPI具有操作直观、灵活可变等优点。相比较模拟得到的SPI，控制器上自带的SPI接口基本不占用控制器资源，发送和接收的移位、时钟信号的产生都交由内部SPI模块处理。而GPIO模拟的SPI需要控制器不断对IO进行操作，因此会占用控制器处理时间。时钟信号也因对电平操作消耗机器周期，导致时钟信号速度有限。