CH32L103 USART应用

9万 · 2024-7-18 15:50

本帖最后由 L-MCU 于 2024-7-18 15:51 编辑

1、USART介绍

关于CH32L103 USART的主要特征以及相关概述，具体可见CH32L103应用手册介绍，在此不再赘述。

USART，全称Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，即通用同步异步收发器，支持全双工或半双工的同步或异步通信，一般使用异步通信方式多一些，作为UART使用。USART一般用于MCU与外部设备或模块之间的通信以及MCU开发过程中的打印调试等。

2、USART通信协议

UART通信

USART一般作为UART使用，UART通信仅需两根线：发送数据线（Tx）以及接收数据线（Rx）。

通信过程中，数据以数据包的形式进行发送和接收，数据包中包含起始位、数据位和停止位。如下图，是对串口通信过程数据的抓包。

通过上位机与MCU通信进行数据的收发，其中通道1抓取的是MCU RX引脚的数据，通道0抓取的是MCU TX引脚的数据。

由串口调试助手可知，此次串口通信波特率为115200，8位数据位，1个停止位，无奇偶校验位。

串口数据传输以数据包的形式传输，包含起始位、数据位、停止位，下图为1个数据包的波形：

由图可知：

起始位是1个位周期（每一位占用的时间）的低电平，此处串口通讯波特率为115200，因此1个位周期大约是8.7us；

数据位配置是8位，数据为0x61，根据低位在前（LSB）标准，因此这8位数据是1000 0110，即0x61；

停止位配置的是1个停止位，因此此处停止位就是1个位周期的高电平。

LIN通信

CH32L103的USART是支持LIN的。关于LIN，即Local Interconnect Network，局部互联网络总线，是一种针对汽车分布式电子系统而定义的低成本的串行通讯网络。LIN总线采用的是单线传输形式，总线电平一般为12V，传输速率最高限制为20kbps。由于物理层的限制，一个LIN网络最多可以连接16个节点，无需仲裁。LIN总线逻辑电平分为显性电平和隐性电平，其中显性电平为逻辑0，隐性电平为逻辑1.

下图是抓取LIN通信的波形，根据该波形对LIN通信协议进行介绍

LIN总线报文帧由报文头（Header）和报文响应（Response）两部分组成。

报文头（Header）由间隔段、同步段以及受保护段组成；

报文响应（Response）由数据段（1-8个字节）、校验段组成。

报文头：

（1）同步间隔段：

在上图中，Header Break表示同步间隔段，同步间隔段由同步间隔和同步间隔段间隔符组成，表示一帧报文的起始，由主节点发出。同步间隔段是唯一一个不符合USART通信的段。

同步间隔：由至少13位显性电平（逻辑0）组成；

同步间隔段间隔符：由至少持续1位隐性电平（逻辑1）组成；

同步间隔段具体如下：

其中，同步间隔13位显性电平，同步间隔段间隔符1位隐性电平。

由图中注意到，在同步间隔段最后还有2位的隐性电平，为Inter Byte Space。Inter Byte Space为字节间隔。在每一段后面都会跟一个字节间隔。

（2）同步段

在上图中，Header Sync表示同步段。同步段由1位起始位+8位数据位+1位停止位组成，用于确保所有从节点使用与主节点使用相同的波特率发送接收数据。具体如下图：

其中，8位数据位固定为0x55，且LSB在前，因此0x55二进制即为 1010 1010.

（3）受保护段

在上图中，Protected ID表示受保护段。其中，前6位表示帧ID（Frame ID），加上2位奇偶校验位后表示受保护段。具体如下图：

图中，最开始（绿点部分）为1位起始位，显性电平；接下来是受保护段，包含6位帧ID和2位奇偶校验，奇偶校验公式如下：

P0 = ID0 ⊕ ID1 ⊕ ID2 ⊕ ID4

P1 = ¬ (ID1 ⊕ ID3 ⊕ ID4 ⊕ ID5)

其中“⊕”代表“异或”运算，“¬”代表“取非”运算。

以0x21(1000 01)为例：

P0=1 ⊕ 0⊕ 0 ⊕ 0=1;

P1= ¬ (0 ⊕ 0 ⊕ 0 ⊕ 1)=0;

其中，帧ID范围为0x00到0x3F，共64个，其中ID:60-61为诊断ID，ID:62-63为预留ID。此处为0x21，由于LSB在前，二进制表示为1000 01。

报文响应

（1）数据段

在上图中，Data1-7均属于数据段。数据段具体如下图：

图中，数据段包含1位起始位+8位数据位+1位停止位。数据位LSB在前，0x12则表示为0100 1000。

（2）校验和段

校验和段用于校验接收到的数据是否正确，分为经典校验(Classic Checksum)和增强校验(Enhance Checksum)。经典校验仅校验数据场，适用于诊断帧和与 LIN1.x 从机节点通信；增强校验校验标识符场和数据场，适用于与 LIN2.x 从机节点通信(诊断帧除外)。采用标准型校验和还是增强型校验和由主机节点管理，发布节点和各收听节点根据帧ID来判断采用哪种校验和。

本次LIN通信传输的数据为0x11, 0x12, 0x13, 0x14, 0x15, 0x16, 0x17, 0x18，PID为0x61（注意此处PID要加上奇偶校验位，6位帧ID 1000 01，2位奇偶校验10，加在一起就是1000 0110，即0x61）,校验和采用增强校验，8个数据加上PID为：

0x11+0x12+0x13+0x14+0x15+0x16+0x17+0x18+0x61=0x105，即十进制为261,261超过255，再减去255，即为6，换算成二进制即为0000 0110，取反之后为1111 1001，换算成十六进制即为0xF9.

3、USART应用

CH32L103 EVT提供了USART基本应用例程，如下图。附件例程包含了串口常用的收发例程以及LIN通信例程，可以参考一下。