第7章串口通信原理與應用

1ppt課件本章內容串口通信原理

S5PV210的UART通信概述

S5PV210的UART功能寄存器

用UART實現(xiàn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)

41232ppt課件教學大綱要求串口通信原理：串口通信的重要參數(shù)、串口通信接口和通用異步接收器和發(fā)送器。S5PV210的UART功能寄存器，包括控制寄存器和操作寄存器UART通信程序編寫和分析。

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用UART實現(xiàn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)

41234ppt課件7.1串口通信原理7.1.1串口通信的重要參數(shù)波特率數(shù)據(jù)位停止位奇偶校驗重要參數(shù)5ppt課件1.波特率高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設備的通信。衡量通信速率的參數(shù)，表示每秒傳輸?shù)奈坏膫€數(shù)。通信電話線的波特率為14400、28800和36600。波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率和距離成反比。例如，300波特率表示每秒發(fā)送300個位。6ppt課件2.數(shù)據(jù)位每個包是指一個字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。如何設置取決于想傳輸?shù)男畔ⅰ１热?，標準的ASCII碼是0-127（7位），擴展的ＡSCII碼是0-255(8位)。當計算機發(fā)送一個信息包，標準的值是5、6、7和8位。7ppt課件3.停止位用于表示單個包的最后一位。注意2.使用的停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。1.典型的值為1、1.5和2位。8ppt課件4.奇偶校驗位例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位為1。在串口通信中一種簡單的檢錯方式。對于偶和奇校驗的情況，串口會設置校驗位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個值來確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶數(shù)個或者奇數(shù)個邏輯高位。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低，當然沒有校驗位也是可以的。9ppt課件7.1.2串行通信接口RS232美國電子工業(yè)協(xié)會EIA在1970年指定的一種串行通信接口標準，9芯D插頭。RS422采用4根數(shù)據(jù)線，加一根地線，全雙工、差分傳輸、多點通信的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。RS485是在RS-422的基礎上，為擴大應用范圍，EIA制定了RS-485標準，添加了多點、雙向通信能力。10ppt課件7.1.2串行通信接口11ppt課件7.1.2串行通信接口12ppt課件RS-232-CDB-9各引腳定義：CD：載波檢測RXD：接收數(shù)據(jù)線TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)線DTR：數(shù)據(jù)終端就緒SG：信號線DSR：數(shù)據(jù)設備就緒RTS：請求發(fā)送CTS：清除發(fā)送RI：振鈴提示13ppt課件RS-232-C遠距離通信系統(tǒng)14ppt課件本章內容串口通信原理

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412315ppt課件7.1.3通用異步接收器和發(fā)送器（UART）UART支持比特率高達3Mbps，每個UART通道包含兩個FIFO用來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，其中，UART0支持接收/發(fā)送獨立的256字節(jié)FIFO，UART1支持64B的FIF0，UART2、3、均支持16B的FIFO。S5PV210提供4個基于DMA或中斷的操作的獨立異步串行I/O端口，UART可以通過產(chǎn)生中斷或DMA請求來進行CPU和UART之間的數(shù)據(jù)傳輸。UART是一種通用串行數(shù)據(jù)的總線，用于異步通信，該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。特點16ppt課件7.1.3通用異步接收器和發(fā)送器（UART）發(fā)送器和接收器包含了FIFO和數(shù)據(jù)移位器。每個UART包含一個波特率發(fā)生器、發(fā)送器、接收器和一個控制單元。S5PV210的UART包括可編程波特率，紅外發(fā)射器/接收器，插入1個或2個停止位，5位、6位、7位或8位的數(shù)據(jù)寬度以及奇偶校驗。特點17ppt課件18ppt課件UART結構圖19ppt課件1.數(shù)據(jù)傳輸模式回環(huán)模式中斷或輪詢DMA模式（此模式僅用于測試，不用做傳輸數(shù)據(jù)）。S5PV210的UART提供了一個參考環(huán)回模式測試模式，有助于排除在通信連接中的故障。通過設置UART控制寄存器中的環(huán)回位來選擇此模式。當有數(shù)據(jù)到來或數(shù)據(jù)可發(fā)送時產(chǎn)生中斷，通知CPU。這種方式要求通信硬件比較高，需要支持產(chǎn)生中斷信號。通常實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉移或復制時，CPU將從源地址復制數(shù)據(jù)到寄存器，然后將寄存器數(shù)據(jù)再寫入到目的地址處，這個操作是由CPU來執(zhí)行。20ppt課件2.數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是可編程的，包括一個開始位，5-8個數(shù)據(jù)位，一個可選的奇偶位和1-2個停止位，其可由線性控制寄存器ULCONn來設置。發(fā)送器也可以產(chǎn)生一個終止條件，其可以對一個發(fā)送時間強制串行輸出為邏輯0。在當前發(fā)送字被完全傳輸完以后，該模塊發(fā)送一個終止信號。在終止信號發(fā)送后，其不斷發(fā)送數(shù)據(jù)到TxFIFO中。21ppt課件UART數(shù)據(jù)幀格式22ppt課件3.數(shù)據(jù)接收溢出錯誤奇偶校驗錯誤幀錯誤終止條件是指在舊數(shù)據(jù)被讀取新數(shù)據(jù)覆蓋了舊數(shù)據(jù)是指接收器偵測到一個不希望的奇偶條件。是指接收到的數(shù)據(jù)沒有一個有效的停止位。是指RxDn輸入保持邏輯0狀態(tài)長于一個幀的傳輸時間。23ppt課件4.波特率每個UART波特率發(fā)生器為發(fā)送器和接收器提供串行時鐘。存儲在波特率除數(shù)寄存器和分槽寄存器的值使用來確定串行Tx/Rx時鐘速率。DIV_VAL=UBRDIVn+(numof1’sinUDIVSLOTn)/16DIV_VAL=(PCLK/(bps*16))-1DIV_VAL=(SCLK_UART/(BPS*16))-124ppt課件舉例：如果波特率是115200bps且SLCK_UART時鐘是40MHz，UBRDIVn和UDIVSLOTn的值為：DIV_VAL=(40000000/(115200*-16))-1=21.7-1UBRDIVn=20（DIV_VAL的整數(shù)部分）（UDIVSLOTn中1的數(shù)量）/16=0.7則（UDIVSLOTn中1的數(shù)量）=1125ppt課件本章內容串口通信原理

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412326ppt課件7.2S5PV210的UART功能寄存器行控制寄存器（ULCONn）控制寄存器（UCONn）FIFO控制寄存器（UFCONn）UART功能寄存器MODEM控制寄存器(UMCONn)接收發(fā)送狀態(tài)寄存器(UTRSTATn)FIFO狀態(tài)寄存器(UFSTATn)MODEM狀態(tài)寄存器(UMSTATn)發(fā)送緩存寄存器(UTXHn)接收緩存寄存器(URXHn)波特率除數(shù)寄存器(UBRDIVn)錯誤狀態(tài)寄存器(UERSTARn)分槽寄存器(UDIVSLOTn)27ppt課件初始化用到的寄存器有：ULCONn、UCONn、UFCONn、UMCONn、UBRDIVn、UDIVSLOTn。收到用到的寄存器有：UTRSTATn、UTXHn、URXHn。以下就對這幾個寄存器相應的參數(shù)進行詳細說明。28ppt課件7.2.1UART控制寄存器1.UART行控制寄存器通過設置ULCONn來設置UART的通信方式，是否使用紅外，數(shù)據(jù)幀中奇偶校驗類型、停止位的個數(shù)、和數(shù)據(jù)位的位數(shù)。29ppt課件S5PV210中有4個UART，所以行控制寄存器也四個分別是ULCON0、ULCON1、ULCON2、ULCON3，如表所示：一般的正常通信模式下，通常設置為無奇偶校驗位、1個停止位、8個數(shù)據(jù)位，則ULCONn設置為0x3。30ppt課件2.UART控制寄存器（UCONn）UCONn控制寄存器當選擇有FCLK提供時鐘頻率時的分頻除數(shù)、時鐘選擇、發(fā)送接收終端產(chǎn)生類型、發(fā)送接收模式等。下表為UCONn的詳細設置表。31ppt課件32ppt課件3.FIFO控制寄存器（UFCONn）UFCONnFIFO控制寄存器用來設置是否使能FIFO、發(fā)送接收FIFO觸發(fā)級別、是否自動清空緩沖區(qū)。下表為UFCONn寄存器的設置位。33ppt課件34ppt課件4.UARTMODEM控制寄存器（UMCONn）UMCONn寄存器設置時有啟用AFC自動流控，通常不使用AFC自動流控，所以通常設置為0，UMCONn寄存器詳細位可參看數(shù)據(jù)手冊。35ppt課件5.UART波特率除數(shù)寄存器和UART分槽寄存器UBRDIVn寄存器和UDIVSLOTn寄存器用來決定波特率。36ppt課件7.2.2UART操作寄存器1.UART接收發(fā)送狀態(tài)寄存器（UTRSTATn）UTRSTATn寄存器用于記錄UART發(fā)送和接收的狀態(tài)，其中包括發(fā)送器是否為空、發(fā)送緩沖寄存器是否為空。如下表所示：37ppt課件38ppt課件2.UART發(fā)送、接收緩沖寄存器UTXHn、URXHn寄存器用于緩沖發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，因為數(shù)據(jù)存儲分為大端模式和小端模式。UTXHn發(fā)送緩沖寄存器為只寫寄存器、URXHn接收寄存器為只讀寄存器。39ppt課件緩沖寄存器位描述初始值TXDATAn[31:8]保留--[7:0]UARTn的發(fā)送數(shù)據(jù)--RXDATAn[31:8]保留0[7:0]UARTn的接收數(shù)據(jù)0x0040ppt課件本章內容串口通信原理

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412341ppt課件7.3UART通信實例（一）IO程序編程步驟第1步查看電路連接圖第2步翻查數(shù)據(jù)手冊第3步確定關鍵定義第4步編寫程序第5步實驗程序42ppt課件7.3.1查看電路連接圖通常使用的串口是RS-232，在RS-232標準中定義了邏輯1和邏輯0電壓級數(shù)，以及標準的傳輸速率和連接器類型。43ppt課件44ppt課件專用芯片SP3232，用于實現(xiàn)RS-232串行數(shù)據(jù)通信接口和TTL兼容的數(shù)字邏輯電路之間的電平轉換，提供了兩路雙向的接收發(fā)送驅動器，可以同時對Rx、Tx、CTS和RTS思路信號進行轉換。45ppt課件串口的連接通常使用簡單連接方式，只連接三根線，即發(fā)送、接收和信號地線，需要連接RSTXD0、RSRXD0、GND三根線。由圖可知TXD0和GPA0_1引腳連接，RXD0和GPA0_0引腳連接。46ppt課件7.3.2翻查數(shù)據(jù)手冊查看數(shù)據(jù)手冊中GPIO中A0組中兩個引腳的設置。圖中TXD0、RXD0和GPA0復用一個引腳，所以使用之前一定要設置引腳的功能。47ppt課件7.3.4編寫程序1.初始化在程序運行之前一定要對相關的寄存器進行初始化，下面的uart_init函數(shù)是對UART相關寄存器進行初始化，clock_init函數(shù)是對clock相關寄存器進行初始化。48ppt課件voiduart_init(){GPA0CON&=~0xFF;GPA0CON|=0x22;//0b00100010

/*8-bits/Onestopbit/Noparity/Normalmodeoperation*//*每次8位，1個停止位，無奇偶驗證，正常發(fā)送模式（非紅外）*/

ULCON0=0x3|(0<<2)|(0<<3)|(0<<6);//0b00xx011

/*Interruptrequestorpollingmode/Normaltransmit/Normaloperation/PCLK/*//*發(fā)送和接受引腳采用中斷和輪詢查詢模式，正常發(fā)送，常規(guī)操作，時鐘選擇為PCLK*/UCON0=1|(1<<2)|(0<<10);

/*禁止FIFO*/

UFCON0=0;49ppt課件/***波特率計算：115200bps**PCLK=66MHz**DIV_VAL=(66000000/(115200x16))-1=35.8-1=34.8**UBRDIV0=34(DIV_VAL的整數(shù)部分)**(numof1'sinUDIVSLOTn)/16=0.8(DIV_VAL的小數(shù)部分)**(numof1'sinUDIVSLOTn)=12**UDIVSLOT0=0xDDDD(在數(shù)據(jù)手冊上880頁查表)*/UBRDIV0=34;//波特率分度值

UDIVSLOT0=0xDDDD;}50ppt課件51ppt課件voiduart_send_byte(unsignedcharbyte){while(!(UTRSTAT0&(1<<2)));/*等待發(fā)送緩沖區(qū)為空*/UTXH0=byte;/*發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)*/}

unsignedcharuart_recv_byte(){while(!(UTRSTAT0&1));/*等待接收緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)可讀*/returnURXH0;/*接收一字節(jié)數(shù)據(jù)*/}

voiduart_send_string(char*str){char*p=str;while(*p)uart_send_byte(*p++);}52ppt課件（3）主函數(shù)intmain(){charbyte;

GPC1CON&=~(0xFF<<12);GPC1CON|=((LEDS<<12)|(LEDS<<16));

GPC1DAT|=0x3<<3;uart_send_string("\r\nUARTTestinS5PV210\r\n");

while(1){uart_send_string("\r\n1.LED1Toggle\r\n");uart_send_string("\r\n2.LED2Toggle\r\n");uart_send_string("\r\nPleaseselect1or2toToggletheLED\r\n");byte=uart_recv_byte();uart_send_byte(byte);if(byte=='1')GPC1DAT^=1<<3;//改變LED1的狀態(tài)

elseif(byte=='2')GPC1DAT^=1<<4;//改變LED2的狀態(tài)

}return0;}53ppt課件程序入口：.global_start_start: blclock_init bluart_init blmainhalt:bhalt54ppt課件下面介紹如何把本實例的目標bin文件制作成類u-boot啟動的目標bin文件。因為u-boot啟動分兩個階段BL1和BL2啟動，iROM在加載BL1時會校驗BL1的頭信息，規(guī)定如下：0x0:BL1的大?。ㄗ畲?6KB-16B）0x4:0規(guī)定0x8:BL1的校驗和。0x16:0規(guī)定。55ppt課件在生成源bin后，還需要添加16B的頭信息，制作成類u-boot的目標bin文件。具體讀者還需要詳細了解BootLoader的啟動過程。為了給源bin文件頭加入16B的頭信息，編寫文件addtopinfo.c56ppt課件具體燒寫到SD卡的流程如下：（1）執(zhí)行如下命令生成addtopinfo（#表示在Shell命令行下執(zhí)行）。#gccaddtopinfo.c–oaddtopinfo（2）然后用addtopinfo制作帶有頭信息的bin文件。#./addtopinfosource.bindest.bin（3）如果在虛擬機下運行Linux，就將SD卡插入SD讀卡器，將鼠標移到虛擬機中，然后將SD卡讀卡器插入計算機，這是Linux中將自動掛載SD卡。如果再實體機下運行Linux，就直接把SD卡讀卡器插入主機，如果沒有自動掛載，就手動用mount命令掛載。#mount/dev/adb1/mnt57ppt課件(4)在Linux中執(zhí)行df查看分區(qū)信息。#dfFilesystem1K-blocksUsedAvailableUse%Mountedon…/dev/sdb13864000438639961%/mntSdb1是SD卡的第1個分區(qū)。（5）執(zhí)行命令燒寫dest.bin到SD的第1塊。（6）拔下SD卡，將其插入開發(fā)板，然后撥動啟動選擇開關，選擇從SD啟動，上電后，看到邏輯程序現(xiàn)象。58ppt課件7.4UART通信實例（二）在實例一中實現(xiàn)了串口的基本通信功能，下面在實例二使用按鍵通過串口傳輸命令來控制LED。在此程序中需要建立四個文件，分別是start.Skey.cuart.cclock.c

。在uart.c和clock.c中主要包含五個函數(shù)：clock_init()uart_init()uart_send_byte()uart_send_byte()uart_recv_byte()這幾個函數(shù)與實例一相同，在此不再敘述。在start.S中定義一個程序入口。59ppt課件start.S.global_start@聲明一個全局的標號.globalkey_isr_start:@設置棧，以調用c函數(shù)blclock_init bluart_init@開總中斷

mrsr0,cpsr @讀取cpsr寄存器中的值到r0bicr0,r0,#0x00000080@清除第7位，IRQ中斷禁止位，寫0使能IRQmsrcpsr,r0 @ ;把修改好的r0的值重新協(xié)會cpsrblmain@;跳轉到C函數(shù)去執(zhí)行60ppt課件halt:bhaltkey_isr:@;計算返回地址:PC的值等于當前執(zhí)行的地址+8，當CPU正要執(zhí)行某條指令時（還未執(zhí)行），被中斷，

@;這是這條剛要執(zhí)行的指令的地址剛好=PC-4sublr,lr,#4stmfdsp!,{r0-r12,lr}@;保護現(xiàn)場

blkey_handle@;恢復現(xiàn)場

ldmfdsp!,{r0-r12,pc}^@;^表示把spsr恢復到cpsr61ppt課件voidkey_handle(){volatileunsignedcharkey_code=EXT_INT_0_PEND&0xF;//檢查4個按鍵

volatileunsignedcharkey=0;VIC0ADDRESS=0;/*清中斷向量寄存器*/EXT_INT_0_PEND|=0xF;/*清中斷掛起寄存器*/

if(key_code==1)/*key1*/{key='1';GPC1DAT|=1<<3;/*LED1ON*/}elseif(key_code==2)/*key2*/{key='2';GPC1DAT&=~(1<<3);/*LED1OFF*/}

62ppt課件elseif(key_code==4)/*key3*/{key='3';GPC1DAT|=1<<4;/*LED2ON*/}elseif(key_code==8)/*key4*/{key='4';GPC1DAT&=~(1<<4);/*LED2OFF*/}uart_send_string("Youarepressedkey:");uart_send_byte(key);uart_send_string("\r\n");}63ppt課件intmain(){GPC1CON&=~(0xFF<<12);GPC1CON|=((0x01<<12)|(0x01<<16));/*配置GPC0_3和GPC0_4為輸出：LED1和LED2*/GPH0CON|=0xFFFFFFFF<<0;/*配置GPH0_0-GPH0_3為外部中斷：key1-key4*/EXT_INT_0_CON&=~(0xFF<<0); /*清空低八位*/EXT_