UART工作原理

UART即通用異步收發(fā)器，是一種串行通信方式。數(shù)據(jù)在傳輸過程中是通過一位一位地進(jìn)行傳輸來實(shí)現(xiàn)通信的，串行通信方式具有傳輸線少，成本底等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是速度慢。串行通信分為兩種類型：同步通信方式和異步通信方式。     但一般多用異步通信方式，主要因?yàn)榻邮芎桶l(fā)送的時鐘是可以獨(dú)立的這樣有利于增加發(fā)送與接收的靈活性。異步通信是一個字符接著一個字符傳輸，一個字符的信息由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位組成。

每一個字符的傳輸靠起始位來同步，字符的前面一位是起始位，用下降沿通知收方開始傳輸，緊接著起始位之后的是數(shù)據(jù)位，傳輸時低位在前高位在后，字符本身由5～8位數(shù)據(jù)位組成。     數(shù)據(jù)位后面是奇偶校驗(yàn)位，最后是停止位，停止位是用高電平來標(biāo)記一個字符的結(jié)束，并為下一個字符的傳輸做準(zhǔn)備。停止位后面是不同長度的空閑位。停止位和空閑位都規(guī)定為高電平，這樣可以保證起始位有一個下降沿。     UART的幀格式如圖：

UART的幀格式包括線路空閑狀態(tài)（idle，高電平）、起始位（start bit，低電平）、5～8位數(shù)據(jù)位（data bits）、校驗(yàn)位（parity bit，可選）和停止位（stop bit，位數(shù)可為1、1.5、2位）。 

UART模擬原理

UART的模擬方式基本就是定時器+IO口實(shí)現(xiàn)。

方案1：只打印不接收

如果在實(shí)際使用中只是為了打印log而不接收數(shù)據(jù)，可以采用DWT加普通IO口的方式；

#define  VCOM_BOUND     115200

#define  VCOM_PIN       GPIO_Pin_11

#define  VCOM_PORT      GPIOA

#define  VCOM_PIN_HIGH  VCOM_PORT->BSRR = VCOM_PIN

#define  VCOM_PIN_LOW   VCOM_PORT->BRR  = VCOM_PIN

#define  BSP_REG_DEM_CR                           (*(volatile unsigned int *)0xE000EDFC) //DEMCR寄存器

#define  BSP_REG_DWT_CR                           (*(volatile unsigned int *)0xE0001000)   //DWT控制寄存器

#define  BSP_REG_DWT_CYCCNT                       (*(volatile unsigned int *)0xE0001004) //DWT時鐘計(jì)數(shù)寄存器 

#define  BSP_REG_DBGMCU_CR                        (*(volatile unsigned int *)0xE0042004)

#define  DEF_BIT_00                               0x01u

#define  DEF_BIT_24                               0x01000000u

#define  BSP_BIT_DEM_CR_TRCENA                    DEF_BIT_24   

#define  BSP_BIT_DWT_CR_CYCCNTENA                 DEF_BIT_00

static unsigned int  sys_clock = 48000000;

inline void dwt_start(void)

{

 BSP_REG_DEM_CR     |= (unsigned int)BSP_BIT_DEM_CR_TRCENA;

    BSP_REG_DWT_CYCCNT  = (unsigned int)0u;            //初始化CYCCNT寄存器

    BSP_REG_DWT_CR     |= (unsigned int)BSP_BIT_DWT_CR_CYCCNTENA;    //開啟CYCCNT 

}

inline void dwt_stop(void)

{

 BSP_REG_DWT_CR = 0;

}

void vcom_pin_init(void)

{ 

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = VCOM_PIN;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;

    GPIO_Init(VCOM_PORT, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_SetBits(VCOM_PORT,VCOM_PIN);

 VCOM_PIN_HIGH;

}

void vcom_put_char(char ch)

{

 int i;

 int dat[8];

 uint32_t sys_clk, bit_width;

 volatile uint32_t time_stamp;

    sys_clk = sys_clock/1000000;  

    bit_width = 1000000*sys_clk/VCOM_BOUND;

    for(i=0; i<8; i++)           

    {

        if(ch & 0x01)

            dat[i] = 1;

        else

            dat[i] = 0; 

        ch >>= 1;

    }

    OS_CPU_SR cpu_sr;

    enter_critical();//以下代碼進(jìn)行臨界保護(hù),防止被中斷打斷造成發(fā)送誤碼

    dwt_start();

    VCOM_PIN_LOW; //發(fā)送起始位

 time_stamp = BSP_REG_DWT_CYCCNT;

 while(BSP_REG_DWT_CYCCNT < (time_stamp+bit_width))；

 for(i=0; i<8; i++)

 {

  if(dat[i])

   VCOM_PIN_HIGH;

  else

   VCOM_PIN_LOW;

  time_stamp = BSP_REG_DWT_CYCCNT;

  while(BSP_REG_DWT_CYCCNT < (time_stamp+bit_width)); //發(fā)8bit 數(shù)據(jù)位

 }

 VCOM_PIN_HIGH;

 time_stamp = BSP_REG_DWT_CYCCNT;

 while(BSP_REG_DWT_CYCCNT < (time_stamp+bit_width));     //發(fā)停止位

 dwt_stop();

 exit_critical();

}

void vcom_printf(const char *fmt, ...)

{

    char buf[0x80];

    int  i;

    va_list ap;

 memset(buf, 0x00, sizeof(buf));

    va_start(ap, fmt);

    vsnprintf(buf, sizeof(buf), fmt, ap); 

    va_end(ap); 

 i = 0;

 while(buf[i])

 {

  vcom_put_char(buf[i]);

  i++;

 }

}

方案2：半雙工UART

實(shí)現(xiàn)方式: 普通定時器+普通IO口中斷+fifo

/**

*軟件串口的實(shí)現(xiàn)(IO模擬串口)

* 波特率：9600    1-8-N

* TXD : PC13

* RXD : PB14

* 使用外部中斷對RXD的下降沿進(jìn)行觸發(fā)，使用定時器4按照9600波特率進(jìn)行定時數(shù)據(jù)接收。

* Demo功能: 接收11個數(shù)據(jù)，然后把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去

*/

#define OI_TXD PCout(13)

#define OI_RXD PBin(14)

#define BuadRate_9600 100

u8 len = 0; //接收計(jì)數(shù)

u8 USART_buf[11];  //接收緩沖區(qū)

enum{

 COM_START_BIT,

 COM_D0_BIT,

 COM_D1_BIT,

 COM_D2_BIT,

 COM_D3_BIT,

 COM_D4_BIT,

 COM_D5_BIT,

 COM_D6_BIT,

 COM_D7_BIT,

 COM_STOP_BIT,

};

u8 recvStat = COM_STOP_BIT;

u8 recvData = 0;

void IO_TXD(u8 Data)

{

 u8 i = 0;

 OI_TXD = 0;  

 delay_us(BuadRate_9600);

 for(i = 0; i < 8; i++)

 {

  if(Data&0x01)

   OI_TXD = 1;  

  else

   OI_TXD = 0;  

  delay_us(BuadRate_9600);

  Data = Data>>1;

 }

 OI_TXD = 1;

 delay_us(BuadRate_9600);

}

void USART_Send(u8 *buf, u8 len)

{

 u8 t;

 for(t = 0; t < len; t++)

 {

  IO_TXD(buf[t]);

 }

}

 void IOConfig(void)

 {

 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

 EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;

 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);  //使能PB,PC端口時鐘 

 //SoftWare Serial TXD

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;     

 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    //推挽輸出

 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   //IO口速度為50MHz  

 GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);       

 GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);       

 //SoftWare Serial RXD

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;

 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;

 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  

 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);  

 GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource14);

 EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line14;

 EXTI_InitStruct.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;

 EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling; //下降沿觸發(fā)中斷

 EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd=ENABLE;

 EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);

 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= EXTI15_10_IRQn ; 

 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2; 

 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =2;  

 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;  

 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  

}

void TIM4_Int_Init(u16 arr,u16 psc)

{

 TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //時鐘使能

 //定時器TIM4初始化

 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設(shè)置在下一個更新事件裝入活動的自動重裝載寄存器周期的值 

 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //設(shè)置用來作為TIMx時鐘頻率除數(shù)的預(yù)分頻值

 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //設(shè)置時鐘分割:TDTS = Tck_tim

 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計(jì)數(shù)模式

 TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根據(jù)指定的參數(shù)初始化TIMx的時間基數(shù)單位

 TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update);

 TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中斷,允許更新中斷

 //中斷優(yōu)先級NVIC設(shè)置

 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;  //TIM4中斷

 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  //先占優(yōu)先級1級

 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  //從優(yōu)先級1級

 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能

 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //初始化NVIC寄存器    

}

 int main(void)

 {  

 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設(shè)置中斷優(yōu)先級分組為組2：2位搶占優(yōu)先級，2位響應(yīng)優(yōu)先級

 delay_init();

 IOConfig();

 TIM4_Int_Init(107, 71);  //1M計(jì)數(shù)頻率

 while(1)

 {

  if(len > 10)

  {

   len = 0;

   USART_Send(USART_buf,11);

  }

 }

}

void EXTI15_10_IRQHandler(void)

{

 if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line14) != RESET)

 {

  if(OI_RXD == 0) 

  {

   if(recvStat == COM_STOP_BIT)

   {

    recvStat = COM_START_BIT;

    TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);

   }

  }

  EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);

 }

}

void TIM4_IRQHandler(void)

{  

 if(TIM_GetFlagStatus(TIM4, TIM_FLAG_Update) != RESET)

 {

  TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_FLAG_Update); 

  recvStat++;

  if(recvStat == COM_STOP_BIT)

  {

   TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);

   USART_buf[len++] = recvData; 

   return;

  }

  if(OI_RXD)

  {

   recvData |= (1 << (recvStat - 1));

  }else{

   recvData &= ~(1 << (recvStat - 1));

  } 

 }  

}