from: 第011課_串口(UART)的使用

第001節_輔線1_硬件知識_UART硬件介紹

1. 串口的硬件介紹

UART的全稱是 Universal Asynchronous Receiver and Transmiter ，即異步發送和接收。

串口在嵌入式中用途非常廣泛，主要的用途有：

　　1. 打印調試信息；

　　2. 外接各種模塊：GPS、藍牙等；

串口因為結構簡單、穩定可靠，廣受歡迎。通過三根線即可，發送、接收、地線。

通過TxD -> RxD 把ARM開發板要發送的信息發送給PC機。通過RxD -> TxD 線把PC機要發送的信息發送給ARM開發板。最下面的地線統一參考地。

2. 串口的參數：

　　波特率：一般選波特率都會有9600,115200等選項。其實意思就是每秒傳輸多少個比特位數(bit)。

　　起始位：線發送一個邏輯"0"的信號，表示傳輸數據的開始。

　　數據位：可以是5~8位邏輯"0"或"1"。如ASCII碼(7位)，擴展BCD碼(8位)。小端傳輸。

　　校驗位：數據位加上這最後一位，使得"1"的位數為偶數(偶校驗)或奇數(奇校驗)，以此來校驗數據傳送的正確性。

　　停止位：它是一個字符數據的結束標誌。

怎麽發送一字節數據，比如“A”？

“A”的ASCII值是0x41，二進制就是01000001，怎樣把這8位數據發送給PC機呢？

　　1. 雙方約定好波特率(每一位占據的時間)；

　　2. 規定傳輸協議

a. 原來是高電平，ARM拉低電平，保持1bit時間；

b. PC在低電平開始處計時；

c. ARM根據數據依次驅動TxD的電平，同時PC依次讀取RxD引腳電平，獲取數據；

前面圖中提及到了邏輯電平，也就是代表信號1的引腳電平是人為規定的。如圖是TTL/COMS邏輯電平下，傳輸“A”時的波形：

在xV至5V之間，就認為時邏輯1，在0V至yV之間就為邏輯0。

如圖是RS-232邏輯電平下，傳輸"A"時的波形：

在-12V至-3V之間，就認為是邏輯1，在+3V至+12V之間就為邏輯0。

RS-232的電平比TTL/CMOS高，能傳輸更遠的距離，在工業上用得比較多。

市面上大多數ARM不止一個串口，一般使用串口0來調試，其他串口來外接模塊。

ARM芯片上的串口都是TTl電平的，通過板子上或者外接的電平轉換芯片，轉成RS232接口，連接到電腦的RS232串口上，實現兩者的數據傳輸。

現在的電腦越來越少有RS232串口的接口，當然USB是幾乎都有的。因此使用USB串口芯片將ARM芯片上的TTL電平轉換成USB串口協議，即可通過USB與電腦數據傳輸。

上面的兩種方式，對ARM芯片的編程操作都是一樣的。

ARM芯片是如何發送/接收數據？

如圖所示串口結構圖：

要發送數據時，CPU控制內存要發送的數據通過FIFO傳給UART單位，UART裏面的移位器，依次將數據發送出去，在發送完成後產生中斷提醒CPU傳輸完成。

接收數據時，獲取接收引腳的電平，逐位放進移位寄存器，再放入FIFO，寫入內存。在接收完成後產生中斷提醒CPU傳輸完成。

第002節_S3C2440_UART編程

在uart.c這個文件裏需要編寫這樣幾個函數：

uart0_init()      用於初始化串口
putchar()         用於發送一個字符
getchar()         用於接收一個字符
puts()             用於發送一串字符        

在uart0_init()需要做如下幾件事：

1. 設置引腳用於串口：根據原理圖和參考手冊設置GPH2,3用於TxD0，RxD0，並且為了將其保持為高電平，先設置其為上拉：

GPHCON &= ~((3<<4) | (3<<6));
GPHCON |=  ((2<<4) | (2<<6));
GPHUP &= ~((1<<2) | (1<<3));  /* 使能內部上拉 */

2. 設置波特率

將uart設置為PCLK，中斷/查詢模式：

UCON0 = 0x00000005; /* PCLK,中斷/查詢模式 */

uart clock = 50M，波特率假設是 115200，

根據公式 UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) –1

得到 UBRDIVn = (int)( 50000000 / ( 115200 x 16) ) –1 = 26

設置：

UBRDIV0 = 26;

3. 設置數據格式

數據格式設置常用8n1:8個數據位，無校驗位，1個停止位

ULCON0 = 0x00000003; /* 8n1: 8個數據位, 無較驗位, 1個停止位 */

讀取UTRSTAT0寄存器，查詢其第2位判斷發送buff是否為空，即上一次發送是否完成，如果完成即想UTXH0寫入要發送的數據；查詢其第0位判斷接收buff是否為空，即本次接收是否完成，如果接收完成，讀取URXH0的值。

int putchar(int c)
{
    /* UTRSTAT0 */
    /* UTXH0 */

    while (!(UTRSTAT0 & (1<<2)));
    UTXH0 = (unsigned char)c;
    
}

int getchar(void)
{
    while (!(UTRSTAT0 & (1<<0)));
    return URXH0;
}

循環輸出字符，就可以實現字符串的輸出：

int puts(const char *s)
{
    while (*s)
    {
        putchar(*s);
        s++;
    }
}

在主函數裏，先調用初始化函數，然後循環獲取用戶輸入的數據，然後回顯出來。並且在收到‘\r‘回車時,輸出‘\n‘換行,有些時候‘\n‘是回車,那輸出‘\r‘換行。

#include "s3c2440_soc.h"
#include "uart.h"

int main(void)
{
    unsigned char c;
    
    uart0_init();
    puts("Hello, world!\n\r");
    
    while(1)
    {
        c = getchar();
        if (c == ‘\r‘)
        {
            putchar(‘\n‘);
        }

        if (c == ‘\n‘)
        {
            putchar(‘\r‘);
        }

        putchar(c);
    }
    return 0;
}

第011課_串口(UART)的使用