UART使用要点总结

只看该作者 · 2020-7-28 10:06

啥是串口？

首先这玩意儿分两种：

通用异步收发器(UART)是用于异步串行通信的一种物理层标准，其中数据格式和传输速度是可配置的。
通用同步收发器(USART)是一种串行接口设备，可以对其进行编程以进行异步或同步通信。

只看该作者 · 2020-7-28 10:07

本帖最后由杨寅辉于 2020-7-28 10:20 编辑

数据格式

线上空闲、无数据状态为常高电平，故逻辑低定义为起始位。

起始位：总是1位
数据位：常见的有8位或9位。
校验位
- 奇校验
- 偶校验
- 无校验
停止位：
- 1位
- 2位
波特率：bit rate 就是位/秒的概念，就是1秒传多少位的概念。常见的波特率有哪些呢？
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2020-7-28 10:19 上传
这里须注意的要点：
- 一个有效字节的传输时间怎么算？
  
  T=位数∗1波特率T=位数∗1波特率
  
  比如9600下，1位起始位，8位数据位，奇校验，1位停止位，则
  
  T=(1+8+1+1)∗19600=0.00114583秒T=(1+8+1+1)∗19600=0.00114583秒
  
  为什么要理解清楚这个概念呢，因为在应用中需要计算数据吞吐率问题，就比如一个应用是数据采集串口传输问题，需要计算采集的位速率需要小于或等于传输波特率，否则数据就来不及传。当然如果说你有足够大的缓冲区可以临时存储，但是如果进来太快，而传出速度跟不上，多大的缓冲都会满！
- 校验位有用吗？当你的传输介质处于一个有干扰的场景下，校验位就可以从物理层检测出错误。
- 理解数据编码方式有啥意义呢？比如在调试中你可以利用逻辑分析直接去解析收发线上的数据报文。
- 应用电路设计的时候RX-TX相连，很多初学者容易在这里踩坑！
- 常见的传输位序为低有效位在前。
- 对于波特率而言需要注意波特率发生器有可能带来误码问题

只看该作者 · 2020-7-28 10:21

本帖最后由杨寅辉于 2020-7-28 10:22 编辑

啥是UART？

两边分别代表两个通信的设备，单从UART编程的角度讲收发不需要物理同步握手，想发就发。图中箭头代表数据信息流向。RX表示接收数据，TX表示发送数据。数据总是从发送端传递到接收端，这就是为啥RX连接TX，TX连RX的原因。

只看该作者 · 2020-7-28 10:21

啥是USART？

同步简单说，收发不可自如，不可以想发就发，收发需要利用硬件IO口进行握手，RTS/CTS就是用于同步的握手信号：

RTS:Ready to send,请求发送，用于在当前传输结束时阻止数据发送。
CTS：clear to send,清除发送，用于指示 USART 已准备好接收数据。

这个对于普通应用而言并不常见，这里不做详细展开，需要用到的时候只需要对应收发时控制握手信号即可。

只看该作者 · 2020-7-28 10:24

编程策略

对于不同的单片机，其硬件体系各异，寄存器也差异很大，但是从收发编程策略角度而言，常见有下面三种方式：

查询发送/中断接收模式
收发中断模式
DMA模式

只看该作者 · 2020-7-28 10:27

查询发送/中断接收模式

这里以伪代码方式描述一下：

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/*查询发送字节*/

void uart_send_byte( uint8 ch )

{

    /*如果当前串口状态寄存器非空闲，则一直等待*/

    /*注意while循环后的分号，表示循环体为空操作*/

    while( !UART_IS_IDLE() );

    

    /*此时将发送字节写入发送寄存器*/

    UART_TX_REG = ch;            

}



/*发送一个缓冲区*/

void uart_send_buffer( uint8 *pBuf,uint8 size )

{

    uint8 i = 0;

    /* 异常参数处理*/

    if( pBuf == NULL )

        return;

    

    for( i=0; i<size;i++ )

    {

        send_byte( pBuf[i] );

    }

}

对于接收而言，如采用查询模式则几乎是没有任何应用价值，因为外部数据不知道什么时候会到来，所以查询接受就不描述了，这里描述一下中断接收。

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static uint8 rx_index = 0;

void uart_rx_isr( void )

{

    /* 接收报文处理 */

    rx_buffer[rx_index++] = UART_RX_REG;

}

中断接收需要考虑的几个要点：

断帧：这就取决于协议怎么制定了，比如应用协议定义的是ASCII码方式，就可以定义同步头、同步尾，比如AT指令的解析，做逻辑判断帧头、帧尾即可。但是如果传输的是16进制数据，比如MODBUS-RTU其断帧采用的是3.5个字节时间没有新的字节接收到，则认为收到完整的帧了。
如何保证帧的完整性，一般会在报文尾部加校验，比较常用的校验模式有CRC校验算法。
不同的单片机开发环境对于中断向量的处理方式略有不同，需要根据各自芯片的特点进行处理。比如51单片机，其发送/接收都共享一个中断向量号。

只看该作者 · 2020-7-28 10:28

收发中断模式

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#define FRAME_SIZE  (128u)

static uint8 tx_buffer[FRAME_SIZE];

static uint8 tx_index  = 0;

static uint8 tx_length = 0;



static uint8 rx_buffer[FRAME_SIZE];

static uint8 rx_index = 0;

static bool  rx_frame_done = false;

void prepare_frame( uint8 * pBuf, uint8 size )

{

     /*将待传的报文按照协议封装*/

     /*可能需要处理的事情，比如帧头、帧尾、校验等*/

}



bool uart_start_sending( uint8 * pBuf, uint8 size )

{

    if( pBuf == NULL )

        return false;

    

     memcpy( tx_buffer,pBuf,size );

     tx_index  = 0;

     tx_length = size;

    

     /*使能发送中断，向发送寄存器写入一个字节，进入连续发送模式*/

     ENABLE_TX_INT = 1;

     UART_TX_REG   = tx_buffer[tx_index++];

}



void uart_tx_isr( void )

{

    if( tx_index<tx_length )

    {

        UART_TX_REG   = tx_buffer[tx_index++];

    }

    else

    {

        /*发送完毕，关闭发送中断*/

        DISABLE_TX_INT = 1;

    }

}



void uart_rx_isr( void )

{

    /*处理接收，待接收到完整的帧就设置帧完成标记*/

    /*由于应用各有不同，这里就无法描述实现了*/

}