LPUART（Low power universal asynchronous receiver transmitter，低功耗通用异步收发器），相比标准的UART，其功耗极低，支持在低功耗模式下运行，并且可以将MCU从低功耗模式唤醒。
本文介绍MM32全新低功耗系列MM32L0130的LPUART外设，实现基本UART收发通信、通过UART中断使MCU从低功耗模式中唤醒。
1. LPUART 简介
1.1 LPUART功能框图
1.2 LPUART功能特征
- 支持UART帧格式的全双工异步数据收发。
- 支持输入任意频率的时钟源，可配置为LSE/LSI/PCLK。
- 支持可编程的波特率数据传输，发送和接收时可采用3、4分频交替，防止累计误差。
- 可配置奇偶校验位、停止位。
- 可配置收发数据信号取反。
2. LPUART时钟配置
LPUART时钟源配置寄存器在RCC_CFGR2中的位0和位1，可配置LSE、LSI、PCLK作为时钟源。
3. LPUART中断与唤醒
支持的中断源：
- 接收缓冲溢出
- 帧错误
- 奇偶校验错误
- 接收器检测到起始位
- 接收器检测到下降沿
- 接收器完整接收 1byte 数据
- 接收器完整接收数据且与预设数据匹配
- 发送器数据完成发送
- 发送器缓冲空
支持低功耗模式下的唤醒源：
- 接收器检测到下降沿唤醒
- 接收器检测到起始位唤醒
- 接收器1字节接收完成唤醒
- 接收器1字节数据接收并匹配唤醒
4. 接收和发送时序
由于LPUART工作时钟不是波特率的整数倍，采用固定分频系数的话会引入累计误差，所以在接收和发送的时候采用3、4分频交替进行接收和发送，每个bit采样一次，每个bit采用3分频还是4分频由MCTL寄存器控制，接收和发送时序图如下：
当LPUART工作时钟配置为标准的32.768KHz时，软件可配置BREN为0，然后根据通信波特率调整调制寄存器MCTL，建议配置参数如下表：
5. LPUART寄存器概览
6. LPUART实现普通UART功能配置步骤
- 开启LPUART所选时钟源
- 配置RCC_CFGR2寄存器选择LPUART时钟
- 配置 LPUBAUD 寄存器决定波特率
- 根据波特率选择合适的调制参数，配置 MCTL 寄存器
- 配置 LPUCON 寄存器，选择帧格式、极性、中断参数等
- 配置 LPUEN 寄存器打开发送、接收使能
7. 发送和接收数据
发送数据：
将待发送的数据写入LPUTXD，当发送完成时，LPUSTA的TXE标志位会被硬件置起，表示数据已传入移位寄存器，发送 buffer为空。此时可往LPUTXD写入下一个数据。软件向发送buffer写数据时TXE标志位自动清零。
接收数据：
当接收一个完整帧时，LPUSTA的RXF标志位置起，表示已完整接收数据，此时软件可读取LPURXD读出接收到的数据。软件读LPUDATA寄存器时，RXF标志位自动清零。
8. LPUART功能实现代码
首先编写基础UART的代码，通过轮询的方式发送和接收数据。然后添加中断代码，实现通过LPUART将MCU从低功耗模式唤醒。
8.1 基于LSE时钟的基础UART功能实现代码
- 开启BKP、LSE时钟，待LSE时钟稳定，使能LPUART时钟：
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_BKP, ENABLE);
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);
DELAY_Ms(100);
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET) {;}
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_LPUART1, ENABLE);
- 配置LPUART的LPUART_InitTypeDef结构体参数：
LPUART_InitTypeDef init_struct;
init_struct.LPUART_Clock_Source = 0; //时钟源选择
init_struct.LPUART_BaudRate = LPUART_Baudrate_9600; //波特率选择9600
init_struct.LPUART_WordLength = LPUART_WordLength_8b; //8位数据位
init_struct.LPUART_StopBits = LPUART_StopBits_1; //1位停止位
init_struct.LPUART_Parity = LPUART_Parity_No; //没有校验位
init_struct.LPUART_MDU_Value = 0x952; //波特率调制控制寄存器
init_struct.LPUART_NEDET_Source = LPUART_NegativeDectect_Source2;//下降沿采样使能
init_struct.LPUART_RecvEventCfg = LPUART_RecvEvent_Start_Bit;//中断检测模式
LPUART_Init(LPUART1, &init_struct);
LPUART_Cmd(LPUART1, ENABLE);
- 设置LPUART引脚复用，例程复用到PA4、PA5：
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
RCC_GPIO_ClockCmd(GPIOA, ENABLE);
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_3);
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_3);
//LPUART1_TX GPIOA.4
GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
//LPUART1_RX GPIOA.5
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
void Output_Byte(LPUART_TypeDef* lpuart, uint8_t dat)
{
LPUART_SendData(lpuart, dat);
while(!LPUART_GetFlagStatus(lpuart, LPUART_LPUSTA_TXE));
}
uint8_t Input_Byte(LPUART_TypeDef* lpuart)
{
uint8_t temp;
while(1) {
if(LPUART_GetFlagStatus(lpuart, LPUART_LPUSTA_RXF)) {
//read LPUART_LPUSTA_RXF bit and clear
temp = (uint8_t)LPUART_ReceiveData(lpuart);
break;
}
}
if(temp == 0xd) {
return 0;
}
return temp;
}
void LPUART_TxRx_Test(void)
{
uint8_t temp, i;
char string[] = "LPUART polling test!\r\n";
for(i = 0; i < strlen(string); i++)
{
Output_Byte(LPUART1, string);
}
while(1)
{
temp = Input_Byte(LPUART1);
if(temp != 0)
{
Output_Byte(LPUART1, temp);
}
}
}
- 在main函数中配置好LPUART后，调用LPUART_TxRx_Test函数，可得到如下实验结果：
8.2 在上述基本LPUART配置的基础上增加中断配置代码，实现唤醒低功耗模式中的MCU
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_SYSCFG, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_PWR, ENABLE);
- EXTI模块可以产生中断请求，用来唤醒低功耗模式中的MCU，LPUART连接到EXTI22，使能EXTI22：
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
EXTI_StructInit(&EXTI_InitStruct);
EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line22;
EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = LPUART1_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPriority = 1;
NVIC_Init( &NVIC_InitStruct);
LPUART_ClearITPendingBit(LPUART1, LPUART_LPUIF_RXIF);
LPUART_ITConfig(LPUART1, LPUART_LPUCON_RXIE, ENABLE);
char rxDataBuf[10], cnt = 0;
uint8_t cnt_flag = 0;
void LPUART1_IRQHandler()
{
if(LPUART_GetFlagStatus(LPUART1, LPUART_LPUSTA_START))
{
LPUART_ClearFlagStatus(LPUART1, LPUART_LPUSTA_START);
}
if(LPUART_GetITStatus(LPUART1, LPUART_LPUIF_RXIF) == SET)
{
LPUART_ClearITPendingBit(LPUART1, LPUART_LPUIF_RXIF);
rxDataBuf[cnt] = LPUART_ReceiveData(LPUART1);
if(++cnt >= 10)
{
cnt_flag = 1;
cnt = 0;
}
}
}
void LPUART_Wakeup_Test(void)
{
uint8_t temp, i;
char string1[] = "LPUART wakeup mcu test!\r\n";
char string2[] = "mcu stop!\r\n";
char string3[] = "mcu wakeup!\r\n";
for(i = 0; i < strlen(string1); i++)
{
Output_Byte(LPUART1, string1);
}
DELAY_Ms(20);
for(i = 0; i < strlen(string2); i++)
{
Output_Byte(LPUART1, string2);
}
PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);//休眠
for(i = 0; i < strlen(string3); i++)
{
Output_Byte(LPUART1, string3);
}
while(1)
{
}
}
- 在main函数中配置好LPUART后，调用实验函数LPUART_Wakeup_Test，可以的到如下结果：
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