使用软件模拟硬件串口模块

会笑的星星 发表于 2020-4-5 09:38

本帖最后由会笑的星星于 2020-4-5 09:44 编辑

有时由于单片机的硬件串口不够用，在要求不高的情况下，比如发送一些调试信息，我们就可以使用I/O口模拟一个串口以完成要做的事情。要自己模拟串口，我们必须要知道串口时序图，如下图所示。

知道时序图，我们就可以编写代码。下面代码是我写的一个模拟串口，波特率取决于你的要求，但模拟串口不宜使用高波特率，一般而言推荐9600以下会比较好，另外该模拟串口没有奇偶校验位。
首先来看看sim_uart.h文件。
//sim_uart.h

#ifndef _SIM_UART_
#define _SIM_UART_

#include "stm8s.h" //替换成自己的头文件

#define SIM_UART_IO_H GPIOA->ODR |= 0x08 //拉高，需要更换成你自己的管脚
#define SIM_UART_IO_L GPIOA->ODR &= ~0x08//拉低，需要更换成你自己的管脚

//把每一个数据按照时序图发送出去。为保证实时性，这个函数需要在中断中调用，调用
//间隔取决于串口波特率。比如我需要的串口波特率是9600bps，那么传送一bit所要的时
//间就是104us，此时中断的调用间隔就是104us
void app_sim_uart_transmit(void );

//把一个字节的数据复制到串口缓冲区，这相当于把数据放到硬件串口的数据缓冲区
void app_sim_uart_tx_set_data(unsigned chardata);

//查询一个串口缓冲区的数据是否发送完成，如果完成返回0，否则返回1
unsigned char app_sim_uart_get_tx_state(void );

//初始化模拟串口模块的参数
void app_sim_uart_init(void );

#endif
再看看sim_uart.c文件。
//sim_uart.c

#include "sim_uart.h"

struct
{
unsigned char data;
unsigned char step : 3,
            start_f : 1,
            bit_cnt: 4;
}sim_uart;

typedef enum
{
SIM_UART_IDEL,
SIM_UART_DATA_SEND_START,
SIM_UART_DATA_SEND,
SIM_UART_DATA_SEND_DONE
}sim_uart_send_state_t;

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//初始化串口模块
void app_sim_uart_init(void )
{
sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_INIT;
sim_uart.start_f= 0;
SIM_UART_IO_H;
}

//检查发送状态
unsigned char app_sim_uart_get_tx_state(void )
{
if(!sim_uart.start_f)
{
return 0;
}

return 1;
}

//将数据放到串口缓冲区
voidapp_sim_uart_tx_set_data(unsigned char data)
{
sim_uart.data = data;
sim_uart.start_f = 1;
sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_INIT;
}

//这个函数模拟了串口的时序
void app_sim_uart_transmit(void )
{
if(sim_uart.start_f == 1)
{
switch(sim_uart.step)
{
         case SIM_UART_DATA_SEND:
            if(sim_uart.data & 1)
            {
               SIM_UART_IO_H;
            }
            else
            {
               SIM_UART_IO_L;
            }

            sim_uart.data >>= 1;
            if(++sim_uart.bit_cnt >= 8)
            {
               sim_uart.bit_cnt = 0;
               sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_DONE;
            }
            break;

      case SIM_UART_DATA_SEND_DONE:
            SIM_UART_IO_H;
            sim_uart.start_f = 0;
            sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_INIT;
            break;

      case SIM_UART_DATA_SEND_START:
            SIM_UART_IO_L;
            sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND;
            break;

      case SIM_UART_DATA_SEND_INIT:
            SIM_UART_IO_H;
            sim_uart.bit_cnt = 0;
            sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_START;
            break;
}
}
}

最后来看看如何应用上述的模拟串口。
首先，在硬件中断中调用app_sim_uart_transmit()函数，如下所示。
//9600bps，104us定时中断
INTERRUPT_HANDLER(TIM4_UPD_OVF_IRQHandler, 23)
{
app_sim_uart_transmit();

TIM4->SR1 = (uint8_t)(~TIM4_IT_UPDATE);
}
接下来我们可以在应用层中使用模拟串口了，如下所示。
#include "sim_uart.h"

main()
{
app_sim_uart_init();

while(1)
{
//检查串口缓冲区是否为空，如果为空，发送下一个字节
if(app_sim_uart_get_tx_state() == 0)
{
   //发送下一个字节的数据
   app_sim_uart_tx_set_data(0xaa);
}
}
}
上述代码是经过实际检验的，如果需要，可以在自己的项目中简单修改一下I/O口后应该就能方便的移植到你的项目中了。

参考：通用队列以及应用https://bbs.21ic.com/icview-2894504-1-1.html
附件：

会笑的星星 发表于 2020-4-5 09:43

会笑的星星 发表于 2020-4-7 17:04

旭日东起 发表于 2020-4-9 10:33

谢谢了

叶春勇 发表于 2020-4-9 18:20

好贴，漏了，顶起。

airwill 发表于 2020-4-11 16:51

io 口模拟串口,发送还比较简单一些,接收会麻烦些

andy520520 发表于 2020-12-4 15:11

用软件模拟发送根本就不是难事

你用软件实现实现串口接收试下？

andy520520 发表于 2020-12-8 08:48

case SIM_UART_DATA_SEND:
            if(sim_uart.data & 1)
            {
               SIM_UART_IO_H;
            }
            else
            {
               SIM_UART_IO_L;
            }

            sim_uart.data >>= 1;
            if(++sim_uart.bit_cnt >= 8)
            {
               sim_uart.bit_cnt = 0;
               sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_DONE;
            }
            break;

兄弟，你这状态机做得可以哟，1ms卡死在中断里面

拿个别人的案例改下发到网上，你搜下网上有多少这个

披不同的马甲混迹于论坛

andy520520 发表于 2020-12-8 08:49

pq113_6 发表于 2020-12-10 10:00

我做了一个接收的，最大波特率38400，再大好像就不稳定了

uboot 发表于 2021-1-12 08:44

to 9楼，代码不会在中断卡1ms

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