• 串口实验言言

    串口简介

    串口全称叫做串行接口，通常也叫做COM接口，串行接口指的是数据一个一个的顺序传输，通信线路简单。使用两条线即可实现双向通信，一条用于发送，一条用于接收。串口通信距离远，但是速度相对会低，串口是一种很常用的工业接口。I.MX6U自带的UART外设就是串口的一种，UART全称是Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter，也就是异步串行收发器。既然有异步串行收发器，那肯定也有同步串行收发器，学过STM32的同学应该知道，STM32除了有UART外，还有另外一个叫做USART的东西。USART的全称是Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，也就是同步/异步串行收发器。相比UART多了一个同步的功能，在硬件上体现出来的就是多了一条时钟线。一般USART是可以作为UART使用的，也就是不使用其同步的功能。

    UART作为串口的一种，其工作原理也是将数据一位一位的进行传输，发送和接收各用一条线，因此通过UART接口与外界相连最少只需要三条线：TXD(发送)、RXD(接收)和GND(地线)。图1就是UART的通信格式：

    2、UART电平标准

    UART一般的接口电平有TTL和RS-232，一般开发板上都有TXD和RXD这样的引脚，这些引脚低电平表示逻辑0，高电平表示逻辑1，这个就是TTL电平。RS-232采用差分线，-3~-15V表示逻辑1，+3~+15V表示逻辑0。一般图2中的接口就是TTL电平.

    图中的模块就是USB转TTL模块，TTL接口部分有VCC、GND、RXD、TXD、RTS和CTS。RTS和CTS基本用不到，使用的时候通过杜邦线和其他模块的TTL接口相连即可。

    RS-232电平需要DB9接口，I.MX6U-ALPHA开发板上的COM3(UART3)口就是RS-232接口的。

    由于现在的电脑都没有DB9接口了，取而代之的是USB接口，所以就催生出了很多USB转串口TTL芯片，比如CH340、PL2303等。通过这些芯片就可以实现串口TTL转USB。I.MX6U-ALPHA开发板就使用CH340芯片来完成UART1和电脑之间的连接，只需要一条USB线即可，

    3.I.MXU-ALPHA的UART接口：

     

    I.MX6U一共有8个UART，其主要特性如下：

    ①、兼容TIA/EIA-232F标准，速度最高可到5Mbit/S。

    ②、支持串行IR接口，兼容IrDA，最高可到115.2Kbit/s。

    ③、支持9位或者多节点模式(RS-485)。

    ④、1或2位停止位。

    ⑤、可编程的奇偶校验(奇校验和偶校验)。

    ⑥、自动波特率检测(最高支持115.2Kbit/S)。

    I.MX6U的UART功能很多，但是我们本章就只用到其最基本的串口功能，关于UART其它功能的介绍请参考《I.MX6ULL参考手册》第3561页的“Chapter 55 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter(UART)”章节。

    UART的时钟源是由寄存器CCM_CSCDR1的UART_CLK_SEL(bit)位来选择的，当为0的时候UART的时钟源为pll3_80m(80MHz)，如果为1的时候UART的时钟源为osc_clk(24M)，一般选择pll3_80m作为UART的时钟源。寄存器CCM_CSCDR1的UART_CLK_PODF(bit5:0)位是UART的时钟分频值，可设置0~63，分别对应1~64分频，一般设置为1分频，因此最终进入UART的时钟为80MHz。

    接下来看一下UART几个重要的寄存器，第一个就是UART的控制寄存器1，即UARTx_UCR1(x=1~8)，此寄存器的结构如图：

    ADBR(bit14)：自动波特率检测使能位，为0的时候关闭自动波特率检测，为1的时候使能自动波特率检测。

    UARTEN(bit0)：UART使能位，为0的时候关闭UART，为1的时候使能UART。

    接下来看一下UART的控制寄存器2，即：UARTx_UCR2：

    IRTS(bit14)：为0的时候使用RTS引脚功能，为1的时候忽略RTS引脚。

    PREN(bit8)：奇偶校验使能位，为0的时候关闭奇偶校验，为1的时候使能奇偶校验。

    PROE(bit7)：奇偶校验模式选择位，开启奇偶校验以后此位如果为0的话就使用偶校验，此位为1的话就使能奇校验。

    STOP(bit6)：停止位数量，为0的话1位停止位，为1的话2位停止位。

    WS(bit5)：数据位长度，为0的时候选择7位数据位，为1的时候选择8位数据位。

    TXEN(bit2)：发送使能位，为0的时候关闭UART的发送功能，为1的时候打开UART的发送功能。

    RXEN(bit1)：接收使能位，为0的时候关闭UART的接收功能，为1的时候打开UART的接收功能。

    SRST(bit0)：软件复位，为0的是时候软件复位UART，为1的时候表示复位完成。复位完成以后此位会自动置1，表示复位完成。此位只能写0，写1会被忽略掉。

    接下来看一下UARTx_UCR3寄存器，此寄存器结构如图：

    接下来看一下寄存器UARTx_USR2，这个是UART的状态寄存器2，此寄存器结构:

    TXDC(bit3)：发送完成标志位，为1的时候表明发送缓冲(TxFIFO)和移位寄存器为空，也就是发送完成，向TxFIFO写入数据此位就会自动清零。

    RDR(bit0)：数据接收标志位，为1的时候表明至少接收到一个数据，从寄存器UARTx_URXD读取数据接收到的数据以后此位会自动清零。

    通过这UARTx_UFCR、UARTx_UBIR和UARTx_UBMR三个寄存器可以设置UART的波特率，波特率的计算公式如下：

    Ref Freq：经过分频以后进入UART的最终时钟频率。

    UBMR：寄存器UARTx_UBMR中的值。

    UBIR：寄存器UARTx_UBIR中的值。

    通过UARTx_UFCR的RFDIV位、UARTx_UBMR和UARTx_UBIR这三者的配合即可得到我们想要的波特率。比如现在要设置UART波特率为115200，那么可以设置RFDIV为5(0b101)，也就是1分频，因此Ref Freq=80MHz。设置UBIR=71，UBMR=3124，

    最后来看一下寄存器UARTx_URXD和UARTx_UTXD，这两个寄存器分别为UART的接收和发送数据寄存器，这两个寄存器的低八位为接收到的和要发送的数据。读取寄存器UARTx_URXD即可获取到接收到的数据，如果要通过UART发送数据，直接将数据写入到寄存器UARTx_UTXD即可。

    4.实验步骤：

    1、设置UART1的时钟源

    设置UART的时钟源为pll3_80m，设置寄存器CCM_CSCDR1的UART_CLK_SEL位为0即可。

    2、初始化UART1

    初始化UART1所使用IO，设置UART1的寄存器UART1_UCR1~UART1_UCR3，设置内容包括波特率，奇偶校验、停止位、数据位等等。

    4、使能UART1 

    UART1初始化完成以后就可以使能UART1了，设置寄存器UART1_UCR1的位UARTEN为1。

    5、编写UART1数据收发函数

    编写两个函数用于UART1的数据收发操作。

    1.  
    2. #include "bsp_uart.h"
    3.  
    4. /*
    5.  * @description : 初始化串口1,波特率为115200
    6.  * @param		: 无
    7.  * @return		: 无
    8.  */
    9. void uart_init(void)
    10. {
    11. 	/* 1、初始化串口IO 			*/
    12. 	uart_io_init();
    13.  
    14. 	/* 2、初始化UART1  			*/
    15. 	uart_disable(UART1);	/* 先关闭UART1 		*/
    16. 	uart_softreset(UART1);	/* 软件复位UART1 		*/
    17.  
    18. 	UART1->
    19. UCR1 = 0;		/* 先清除UCR1寄存器 */
    20. 	
    21. 	/*
    22.      * 设置UART的UCR1寄存器，关闭自动波特率
    23.      * bit14: 0 关闭自动波特率检测,我们自己设置波特率
    24. 	 */
    25. 	UART1->UCR1 &= ~(1<<14);
    26. 	
    27. 	/*
    28.      * 设置UART的UCR2寄存器，设置内容包括字长，停止位，校验模式，关闭RTS硬件流控
    29.      * bit14: 1 忽略RTS引脚
    30. 	 * bit8: 0 关闭奇偶校验
    31.      * bit6: 0 1位停止位
    32.  	 * bit5: 1 8位数据位
    33.  	 * bit2: 1 打开发送
    34.  	 * bit1: 1 打开接收
    35. 	 */
    36. 	UART1->UCR2 |= (1<<14) | (1<<5) | (1<<2) | (1<<1);
    37.  
    38. 	/*
    39.      * UART1的UCR3寄存器
    40.      * bit2: 1 必须设置为1！参考IMX6ULL参考手册3624页
    41. 	 */
    42. 	UART1->UCR3 |= 1<<2; 
    43. 	
    44. 	/*
    45. 	 * 设置波特率
    46. 	 * 波特率计算公式:Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)) 
    47. 	 * 如果要设置波特率为115200，那么可以使用如下参数:
    48. 	 * Ref Freq = 80M 也就是寄存器UFCR的bit9:7=101, 表示1分频
    49. 	 * UBMR = 3124
    50.  	 * UBIR =  71
    51.  	 * 因此波特率= 80000000/(16 * (3124+1)/(71+1))=80000000/(16 * 3125/72) = (80000000*72) / (16*3125) = 115200
    52. 	 */
    53. 	UART1->UFCR = 5<<7; //ref freq等于ipg_clk/1=80Mhz
    54. 	UART1->UBIR = 71;
    55. 	UART1->UBMR = 3124;
    56.  
    57. #if 0
    58. 	 uart_setbaudrate(UART1, 115200, 80000000); /* 设置波特率 */
    59. #endif
    60.  
    61. 	/* 使能串口 */
    62. 	uart_enable(UART1);
    63. }
    64.  
    65. /*
    66.  * @description : 初始化串口1所使用的IO引脚
    67.  * @param		: 无
    68.  * @return		: 无
    69.  */
    70. void uart_io_init(void)
    71. {
    72. 	/* 1、初始化IO复用 
    73.      * UART1_RXD -> UART1_TX_DATA
    74.      * UART1_TXD -> UART1_RX_DATA
    75. 	 */
    76. 	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0);	/* 复用为UART1_TX */
    77. 	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0);	/* 复用为UART1_RX */
    78.  
    79. 	/* 2、配置UART1_TX_DATA、UART1_RX_DATA的IO属性 
    80.  	*bit 16:0 HYS关闭
    81.  	*bit [15:14]: 00 默认100K下拉
    82.  	*bit [13]: 0 keeper功能
    83.  	*bit [12]: 1 pull/keeper使能
    84.  	*bit [11]: 0 关闭开路输出
    85.  	*bit [7:6]: 10 速度100Mhz
    86.  	*bit [5:3]: 110 驱动能力R0/6
    87.  	*bit [0]: 0 低转换率
    88.  	*/
    89. 	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0x10B0);
    90. 	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0x10B0);
    91. }
    92.  
    93. /*
    94.  * @description 		: 波特率计算公式，
    95.  *    			  	  	  可以用此函数计算出指定串口对应的UFCR，
    96.  * 				          UBIR和UBMR这三个寄存器的值
    97.  * @param - base		: 要计算的串口。
    98.  * @param - baudrate	: 要使用的波特率。
    99.  * @param - srcclock_hz	:串口时钟源频率，单位Hz
    100.  * @return		: 无
    101.  */
    102. void uart_setbaudrate(UART_Type *base, unsigned int baudrate, unsigned int srcclock_hz)
    103. {
    104.     uint32_t numerator = 0u;		//分子
    105.     uint32_t denominator = 0U;		//分母
    106.     uint32_t divisor = 0U;
    107.     uint32_t refFreqDiv = 0U;
    108.     uint32_t divider = 1U;
    109.     uint64_t baudDiff = 0U;
    110.     uint64_t tempNumerator = 0U;
    111.     uint32_t tempDenominator = 0u;
    112.  
    113.     /* get the approximately maximum divisor */
    114.     numerator = srcclock_hz;
    115.     denominator = baudrate << 4;
    116.     divisor = 1;
    117.  
    118.     while (denominator != 0)
    119.     {
    120.         divisor = denominator;
    121.         denominator = numerator % denominator;
    122.         numerator = divisor;
    123.     }
    124.  
    125.     numerator = srcclock_hz / divisor;
    126.     denominator = (baudrate << 4) / divisor;
    127.  
    128.     /* numerator ranges from 1 ~ 7 * 64k */
    129.     /* denominator ranges from 1 ~ 64k */
    130.     if ((numerator > (UART_UBIR_INC_MASK * 7)) || (denominator > UART_UBIR_INC_MASK))
    131.     {
    132.         uint32_t m = (numerator - 1) / (UART_UBIR_INC_MASK * 7) + 1;
    133.         uint32_t n = (denominator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;
    134.         uint32_t max = m > n ? m : n;
    135.         numerator /= max;
    136.         denominator /= max;
    137.         if (0 == numerator)
    138.         {
    139.             numerator = 1;
    140.         }
    141.         if (0 == denominator)
    142.         {
    143.             denominator = 1;
    144.         }
    145.     }
    146.     divider = (numerator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;
    147.  
    148.     switch (divider)
    149.     {
    150.         case 1:
    151.             refFreqDiv = 0x05;
    152.             break;
    153.         case 2:
    154.             refFreqDiv = 0x04;
    155.             break;
    156.         case 3:
    157.             refFreqDiv = 0x03;
    158.             break;
    159.         case 4:
    160.             refFreqDiv = 0x02;
    161.             break;
    162.         case 5:
    163.             refFreqDiv = 0x01;
    164.             break;
    165.         case 6:
    166.             refFreqDiv = 0x00;
    167.             break;
    168.         case 7:
    169.             refFreqDiv = 0x06;
    170.             break;
    171.         default:
    172.             refFreqDiv = 0x05;
    173.             break;
    174.     }
    175.     /* Compare the difference between baudRate_Bps and calculated baud rate.
    176.      * Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)).
    177.      * baudDiff = (srcClock_Hz/divider)/( 16 * ((numerator / divider)/ denominator).
    178.      */
    179.     tempNumerator = srcclock_hz;
    180.     tempDenominator = (numerator << 4);
    181.     divisor = 1;
    182.     /* get the approximately maximum divisor */
    183.     while (tempDenominator != 0)
    184.     {
    185.         divisor = tempDenominator;
    186.         tempDenominator = tempNumerator % tempDenominator;
    187.         tempNumerator = divisor;
    188.     }
    189.     tempNumerator = srcclock_hz / divisor;
    190.     tempDenominator = (numerator << 4) / divisor;
    191.     baudDiff = (tempNumerator * denominator) / tempDenominator;
    192.     baudDiff = (baudDiff >= baudrate) ? (baudDiff - baudrate) : (baudrate - baudDiff);
    193.  
    194.     if (baudDiff < (baudrate / 100) * 3)
    195.     {
    196.         base->UFCR &= ~UART_UFCR_RFDIV_MASK;
    197.         base->UFCR |= UART_UFCR_RFDIV(refFreqDiv);
    198.         base->UBIR = UART_UBIR_INC(denominator - 1); //要先写UBIR寄存器，然后在写UBMR寄存器，3592页 
    199.         base->UBMR = UART_UBMR_MOD(numerator / divider - 1);
    200.     }
    201. }
    202.  
    203. /*
    204.  * @description : 关闭指定的UART
    205.  * @param - base: 要关闭的UART
    206.  * @return		: 无
    207.  */
    208. void uart_disable(UART_Type *base)
    209. {
    210. 	base->UCR1 &= ~(1<<0);	
    211. }
    212.  
    213. /*
    214.  * @description : 打开指定的UART
    215.  * @param - base: 要打开的UART
    216.  * @return		: 无
    217.  */
    218. void uart_enable(UART_Type *base)
    219. {
    220. 	base->UCR1 |= (1<<0);	
    221. }
    222.  
    223. /*
    224.  * @description : 复位指定的UART
    225.  * @param - base: 要复位的UART
    226.  * @return		: 无
    227.  */
    228. void uart_softreset(UART_Type *base)
    229. {
    230. 	base->UCR2 &= ~(1<<0); 			/* UCR2的bit0为0，复位UART  	  	*/
    231. 	while((base->UCR2 & 0x1) == 0); /* 等待复位完成 					*/
    232. }
    233.  
    234. /*
    235.  * @description : 发送一个字符
    236.  * @param - c	: 要发送的字符
    237.  * @return		: 无
    238.  */
    239. void putc(unsigned char c)
    240. {
    241. 	while(((UART1->USR2 >> 3) &0X01) == 0);/* 等待上一次发送完成 */
    242. 	UART1->UTXD = c & 0XFF; 				/* 发送数据 */
    243. }
    244.  
    245. /*
    246.  * @description : 发送一个字符串
    247.  * @param - str	: 要发送的字符串
    248.  * @return		: 无
    249.  */
    250. void puts(char *str)
    251. {
    252. 	char *p = str;
    253.  
    254. 	while(*p)
    255. 		putc(*p++);
    256. }
    257.  
    258. /*
    259.  * @description : 接收一个字符
    260.  * @param 		: 无
    261.  * @return		: 接收到的字符
    262.  */
    263. unsigned char getc(void)
    264. {
    265. 	while((UART1->USR2 & 0x1) == 0);/* 等待接收完成 */
    266. 	return UART1->URXD;				/* 返回接收到的数据 */
    267. }
    268.  
    269. /*
    270.  * @description : 防止编译器报错
    271.  * @param 		: 无
    272.  * @return		: 无
    273.  */
    274. void raise(int sig_nr) 
    275. {
    276.  
    277. }
    278.  
    279.

    结果：

     

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