嵌入式养成计划-53----ARM--串口通信

一百三十四、串口通信

134.1 串口的概念

  • 串口(UART):Universal asynchronous receiver transmitter (USART/UART),通用异步接收发送器
  • 通过串口可以实现两个不同机器之间的信息交互
  • 串口通信属于总线通信的一种

134.2 总线的概念

  • 总线就是不同机器之间或者机器内部进行信息交互的媒介

  • 总线可以分为内部总线和外部总线

    • 内部总线:在芯片内部链接核心和不同外设的总线被称为内部总线。根据内部总线上传输的数据的不同可以将内部总线分为三类:地址总线,数据总线,控制总线
    • 外部总线:连接芯片和芯片外部其他设备的总线
  • 外部总线根据各自特性的不同,有三种不同的划分标准:

    1. 同步、异步
    2. 单工、半双工、全双工
    3. 串行、并行
  • 常用的外部总线有uart、IIC\SPI\can\RS485

    • 串口:异步全双工串行通信
    • IIC:同步半双工串行
    • SPI:同步全双工串行
    • RS485:异步半双工串行通信

134.3 总线的划分标准

134.3.1 串行、并行划分

  • 串行总线通信 :不同机器之间进行信息交互是同时只能一位一位的进行数据传输
  • 并行总线通信 :不同机器之间进行信息交互是同时可以多位数据进行传输

134.3.2 同步、异步通信

  • 同步通信 :通信的双方在同一个时钟信号作用下进行数据收发,约定好数据收发的时机
  • 异步同步 :通信双方在各自的时钟信号下进行通信

134.3.3 全双工、半双工、单工通信

  • 单工通信 :只能一方发送一方接收
  • 半双工通信:通信双方可以互相发送接收消息,但是同一时间段只能由一方发送给另一方
  • 全双工通信:通信双方可以同时互相发送接收消息

134.4 串口通信常见的硬件连接方式

134.4.1 TTL格式硬件连接

  • 一般TTL格式的电平只适用于同一块开发板不同的芯片之间使用,抗干扰能力差

134.4.2 USB转RS232串口

134.4.3 USB转USBmini

134.4.4 STM32MP1A开发板使用的接线方式

134.5 串口通信的通信协议

134.5.1 串口通信的数据帧格式

  • 一帧数据的组成:

    • 起始位 :1bit,数据开始传输的标识,低电平

    • 数据位 :5-8bit,双方传输的数据

    • 校验位 :1bit(可有可无),用于校验数据是否正常传输

      复制代码
      一般校验位设置为奇偶校验
      	奇校验:设置了奇校验之后一帧数据传输完成,数据位中的1的个数+校验位1的个数应该为奇数
      		0XFE->1111 1110   此时这个数据传输完毕校验位应该为0
      		0XFF->1111 1111   此时这个数据传输完毕校验位应该为1
      	偶校验:设置了偶校验之后一帧数据传输完成,数据位中的1的个数+校验位1的个数应该为偶数
      		0XFE->1111 1110   此时这个数据传输完毕校验位应该为1
      		0XFF->1111 1111   此时这个数据传输完毕校验位应该为0
    • 停止位 :0.5/1/1.5/2bit,高电平,一帧数据传输结束的标志,停止位后会重新校准双方时钟,误差重新累计

  • 8N1概念 :8位数据位,没有校验位,1位停止位

134.5.2 波特率

复制代码
波特率代表进行数据传输时双方的数据传输速率
波特率 单位 是		bps(bit/s)
常用的波特率 有	4800、9600、115200

134.6 查看串口的电路原理图



  • 通过查询串口电路原理图,当前开发板串口发送线连接在SOC的PG11管脚
  • 接收线连接在SOC的PB2管脚
  • 由SOC内部的UART4外设负责控制这两个管脚进行串口的数据接收和发送

134.7 软件编程实现串口工作框图分析

134.8 设置GPIOB\GPIOG\UART4时钟使能

134.8.1 GPIO时钟使能


  • 将RCC_MP_AHB4ENSETR寄存器的第[1]位和第[6]位设置为1即可使能GPIOB和GPIOG

134.8.2 使能UART4时钟


  • 将RCC_MP_APB1ENSETR寄存器的第[16]位设置为1即可使能UART4

134.9 设置PG11和PB2管脚复用为UART4功能

134.9.1 将PG11和PB2设置为复用功能

134.9.2 将PG11和PB2设置为UART4复用功能

  • 管脚复用功能寄存器1

  • 管脚复用功能寄存器2

  • 通过查询寄存器发现一个管脚的复用功能需要寄存器的四位来设置,一个寄存器是32位,只能设置8个管脚的复用功能,而一个GPIO控制器管理了16个管脚,所以需要两个管脚复用功能选择寄存器来进行管脚复用设置

  • 每一个管脚的复用功能可以设置为AF0-AF15总共16个复用功能,想要直到PG11和PB2管脚到底哪一个功能是UART4功能,需要查询stm32mp157a.pdf文件的第4章节的table8和table9


复制代码
通过查询两个表,知道:
PB2的UART4复用功能是AF8,所以想要将PB2管脚复用为UART4功能,只需要将GPIOB_AFRL第[11:8]->1000
PG11的UART4复用功能是AF6,所以想要将PG11管脚复用为UART4功能,只需要将GPIOG_AFRH第[15:12]->0110

134.10 UART芯片手册分析











  • 波特率设置:

    复制代码
    16倍采样,时钟频率64M,115200波特率
    USARTDIV=64000000/115200 =0X22B
    BRR=0X22B
    
    8倍采样
    USARTDIV=2*64000000/115200=0X456   0100 0101 0110
    BRR[2:0]=011
    BRR[3]=0
    BRR[15:4]= 0000 0100 0101
  • 设置数据长度为8位

    复制代码
    USART_CR1[28]->0
    USART_CR1[12]->0
  • 设置16倍采样

    复制代码
    USART_CR1[15]->0
  • 设置奇偶检验

    复制代码
    不设置奇偶校验,USART_CR1[10]->0
  • 使能发送器

    复制代码
    USART_CR1[3]->1
  • 使能接收器

    复制代码
    USART_CR1[2]->1
  • 使能串口

    复制代码
    USART_CR1[0]->1
  • 设置停止位

    复制代码
    USART_CR2[13:12]->00表示设置1位停止位
  • 设置波特率为115200

    复制代码
    16倍采样下
    USART_BRR=0X22B
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