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[RISC-V MCU 应用开发] 第六十三章、CH32V103应用教程——USART-同步模式

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 楼主| RISCVLAR 发表于 2021-1-26 16:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
USART, pi, ST, ni, IO
本帖最后由 RISCVLAR 于 2021-1-26 16:15 编辑

CH32V103应用教程——USART-同步模式

本章教程使用USART2作主机，SPI1作从机，进行全双工收发数据。

1、USART简介及相关函数介绍
同步模式使得系统在使用USART模块时可以输出时钟信号。在开启同步模式对外发送数据时，CK引脚会同时对外输出时钟。
开启同步模式的方式是对控制寄存器2（R16_USARTx_CTLR2）的CLKEN位置位，但同时需要关闭LIN模式、智能卡模式、红外模式和半双工模式，即保证 SCEN、HDSEL和IREN位处于复位状态，这三位在控制寄存器3（R16_USARTx_CTLR3）中。
同步模式使用的要点在于时钟的输出控制。有以下几点需要注意：
1）USART 模块同步模式只工作在主模式，即 CK 引脚只输出时钟，不接收输入；
2）只在 TX 引脚输出数据时输出时钟信号；
3）LBCL 位决定在发送最后一位数据位时是否输出时钟，CPOL 位决定时钟的极性，CPHA 决定时钟的相位，这三个位在控制寄存器2（R16_USARTx_CTLR2）中，这三个位需要在 TE 和 RE 未被使能的情况下设置，具体区别见下图。
图片1.png
4）接收器在同步模式下只会在输出时钟时采样，需要从设备保持一定的信号建立时间和保持时间，具体见下图。  
图片2.png
关于CH32V103 USART具体信息，可参考CH32V103应用手册。USART标准库函数在第三章节已介绍，在此不再赘述。

2、硬件设计
本章教程使用开发板USART2作主机，SPI1作从机，全双工收发数据。具体连接方式如下：
硬件连线：PA4  —— PA5
      PA2  —— PA7
      PA3  —— PA6

3、软件设计
本章教程使用开发板USART2作主机，SPI1作从机，全双工收发数据，具体程序如下：
usart.h文件
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  1. #ifndef __USART_H
    

  2. #define __USART_H
    


  3. 

  4. #include "ch32v10x_conf.h"
    


  5. 

  6. /* Global typedef */
    

  7. typedef enum { FAILED = 0, PASSED = !FAILED} TestStatus;
    


  8. 

  9. void USART2_ReCFG(void);
    

  10. void SPI1_INIT(void);
    

  11. TestStatus Buffercmp(uint8_t* Buf1, uint8_t* Buf2, uint16_t BufLength);
    


  12. 

  13. #endif
usart.h文件主要进行相关定义和函数声明；
usart.c文件
复制
  1. #include "usart.h"
    


  2. 

  3. /*******************************************************************************
    

  4. * Function Name  : USART2_ReCFG
    

  5. * Description    : ReInitializes the USART2 peripheral.
    

  6. * Input          : None
    

  7. * Return         : None
    

  8. *******************************************************************************/
    

  9. void USART2_ReCFG(void)
    

  10. {
    

  11.     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    

  12.     USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    

  13.     USART_ClockInitTypeDef USART_ClockInitStructure;
    


  14. 

  15.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);
    

  16.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2 , ENABLE);
    


  17. 

  18.     /* USART2  Ck-->A.4   TX-->A.2   RX-->A.3 */
    

  19.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 ;
    

  20.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  21.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    

  22.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    


  23. 

  24.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    

  25.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    


  26. 

  27.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
    

  28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    

  29.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    


  30. 

  31.     USART_ClockInitStructure.USART_Clock = USART_Clock_Enable;
    

  32.     USART_ClockInitStructure.USART_CPOL = USART_CPOL_High;           /* Clock is active High */
    

  33.     USART_ClockInitStructure.USART_CPHA = USART_CPHA_2Edge;          /* Data is captured on the second edge */
    

  34.     USART_ClockInitStructure.USART_LastBit = USART_LastBit_Enable;   /* The clock pulse of the last data bit is output to the SCLK pin */
    

  35.     USART_ClockInit(USART2, &USART_ClockInitStructure);
    


  36. 

  37.     USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;                 //设置串口波特率为115200
    

  38.     USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;  //字长为8位数据格式
    

  39.     USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;       //1个停止位
    

  40.     USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;          //无奇偶校验位
    

  41.     USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件流控制
    

  42.     USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; //发送和接收模式
    

  43.     USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);                    //初始化串口
    


  44. 

  45.     USART_Cmd(USART2, ENABLE);
    

  46. }
    


  47. 

  48. /*******************************************************************************
    

  49. * Function Name  : SPI1_INIT
    

  50. * Description    : Initializes the SPI1 to be Slave Mode.
    

  51. * Input          : None
    

  52. * Return         : None
    

  53. *******************************************************************************/
    

  54. void SPI1_INIT(void)
    

  55. {
    

  56.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    

  57.     SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    


  58. 

  59.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
    

  60.     SPI_StructInit(&SPI_InitStructure);
    

  61.     SPI_I2S_DeInit(SPI1);
    


  62. 

  63.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;               /* SPI1 MISO-->PA.6 */
    

  64.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  65.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    

  66.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    

  67.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;  /* SPI1 SCK-->PA.5 MOSI-->PA.7 */
    

  68.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    

  69.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    


  70. 

  71.     SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //设置SPI通讯方向为双线全双工方式
    

  72.     SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave;      //设置SPI为从机模式
    

  73.     SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //设置SPI通讯的数据帧大小为8位
    

  74.     SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;  //设置SPI的时钟极性为高电平
    

  75.     SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //设置SPI的时钟相位为在SCK的偶数边沿采集数据
    

  76.     SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;    //设置NSS引脚（即片选引脚）的使用模式为软件模式
    

  77.     SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_LSB;
    

  78.     SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
    


  79. 

  80.     SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
    

  81. }
    

  82. /*******************************************************************************
    

  83. * Function Name  : Buffercmp
    

  84. * Description    : Compares two buffers
    

  85. * Input          : Buf1,Buf2:buffers to be compared
    

  86. *                  BufferLength: buffer's length
    

  87. * Return         : PASSED: Buf1 identical to Buf2
    

  88. *                  FAILED: Buf1 differs from Buf2
    

  89. *******************************************************************************/
    

  90. TestStatus Buffercmp(uint8_t* Buf1, uint8_t* Buf2, uint16_t BufLength)
    

  91. {
    

  92.   while(BufLength--)
    

  93.   {
    

  94.     if(*Buf1 != *Buf2)
    

  95.     {
    

  96.       return FAILED;
    

  97.     }
    

  98.     Buf1++;
    

  99.     Buf2++;
    

  100.   }
    

  101.   return PASSED;
    

  102. }<span style="font-family: 宋体; font-size: large; text-indent: 24pt; background-color: rgb(255, 255, 255);"> </span>
usart.c文件主要包括三个函数：USART2_ReCFG函数、SPI1_INIT函数以及Buffercmp函数。USART2_ReCFG函数主要进行串口2初始化配置；SPI1_INIT函数主要对SPI1进行从机初始化配置；Buffercmp函数主要进行发送数据和接收数据的比较。
main.c文件
复制
  1. int main(void)
    

  2. {
    

  3.     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    

  4.     Delay_Init();
    

  5.     USART_Printf_Init(115200);
    

  6.     printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
    


  7. 

  8.     printf("USART SynchromousMode TEST\r\n");
    

  9.     USART2_ReCFG();                                                   /* USART2 ReInitializes */
    

  10.     SPI1_INIT();
    


  11. 

  12.     while(TxCnt1<TxSize1)                                             /* USART2--->SPI1 */
    

  13.     {
    

  14.         USART_SendData(USART2, TxBuffer1[TxCnt1++]);
    

  15.         while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET)     /* waiting for sending finish */
    

  16.         {
    

  17.         }
    

  18.         while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)
    

  19.     {
    

  20.     }
    

  21.         RxBuffer2[RxCnt2++] = SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
    

  22.     }
    

  23.     USART_ReceiveData(USART2);                                        /* Clear the USART2 Data Register */
    

  24.     while(TxCnt2<TxSize2)                                             /* SPI1--->USART2 */
    

  25.     {
    

  26.         while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE)== RESET)    /* waiting for sending finish */
    

  27.     {
    

  28.     }
    

  29.         SPI_I2S_SendData(SPI1, TxBuffer2[TxCnt2++]);
    

  30.         USART_SendData(USART2, Tempdata);                               /* Send Tempdata for SCK */
    

  31.         while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET)
    

  32.         {
    

  33.         }
    

  34.     while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_RXNE) == RESET)
    

  35.     {
    

  36.     }
    

  37.         RxBuffer1[RxCnt1++] = USART_ReceiveData(USART2);
    

  38.     }
    


  39. 

  40.     TransferStatus1=Buffercmp(TxBuffer1,RxBuffer2,TxSize1);
    

  41.     TransferStatus2=Buffercmp(TxBuffer2,RxBuffer1,TxSize2);
    

  42.     if(TransferStatus1&&TransferStatus2)
    

  43.     {
    

  44.       printf("\r\nSend Success!\r\n");
    

  45.     }
    

  46.     else
    

  47.     {
    

  48.       printf("\r\nSend Fail!\r\n");
    

  49.     }
    

  50.     printf("TxBuffer1---->RxBuffer2     TxBuffer2---->RxBuffer1\r\n");
    

  51.     printf("TxBuffer1:%s\r\n",TxBuffer1);
    

  52.     printf("RxBuffer1:%s\r\n",RxBuffer1);
    

  53.     printf("TxBuffer2:%s\r\n",TxBuffer2);
    

  54.     printf("RxBuffer2:%s\r\n",RxBuffer2);
    


  55. 

  56.     while(1)
    

  57.     {
    

  58.     }
    

  59. }
main.c文件进行USART2以及SPI1的数据发送和接收，并将发送和接收数据打印显示。

4、下载验证
将编译好的程序下载到开发版并复位，串口打印如下：
图片3.png

62、USART-同步模式.rar

490.06 KB, 下载次数: 111
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相关帖子
734774645 发表于 2021-2-22 11:59 | 显示全部楼层
这个模式没用过，学习学习。
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答案很长吧 发表于 2021-2-23 15:52 | 显示全部楼层
这个模式之前的时候，没有使用过，我需要仔细消化一下的。
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看别人照片 发表于 2021-2-23 16:34 | 显示全部楼层
我想问一下，串口的几种模式，都有什么区别？一般应用在什么场合？
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RISCVLAR
这个可以去手册看具体介绍  发表于 2021-2-23 17:28
jvfthvjhgc 发表于 2021-3-2 13:40 | 显示全部楼层
我在仿真过程中，spi在11和10模式下接收的数据不是usart发送的数据，在00和01模式下就正常，请问可能是什么原因呢？下图为11模式通信结果

spi在11模式下

spi在11模式下

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jvfthvjhgc
[url=home.php?mod=space&uid=3141872]@RISCVLAR[/url] ：好的，谢谢  发表于 2021-3-3 11:33
RISCVLAR
[url=home.php?mod=space&uid=2633538]@jvfthvjhgc[/url] ：你可以去查查SPI配置时时钟极性和时钟相位不同配置模式下的区别， CPOL和CPHA可以组成四种模式，不同模式下SCK时钟和采样时刻不同的，你可以百度具体查一下深入了解一下  发表于 2021-3-2 16:25
jvfthvjhgc
[url=home.php?mod=space&uid=3141872]@RISCVLAR[/url] ：我的意思就是当CPOL = HIGH CPHA = 2EDGE 和CPOL = LOW CPHA = 2EDGE时数据会出现图上问题 当CPOL = HIGH CPHA = 1EDGE 和CPOL = LOW CPHA = 1EDGE时通信正常  发表于 2021-3-2 15:19
RISCVLAR
修改SPI配置里极性、采样时刻看看  发表于 2021-3-2 14:52
momoto 发表于 2023-4-17 23:01 | 显示全部楼层
USART_SendData(USART2, Tempdata);                               /* Send Tempdata for SCK */
这句的含义是什么意思啊，为什么要插入这句呢
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