K60-UART-串口通信讲解PPT.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,第,4,章,异步串行通信,2012.01,1,主要知识点,异步串行通信的通用基础知识,4.1,UART,模块功能概述,4.2,K60,的,UART,模块的编程结构,4.3,K,60,的,UART,构件设计概述,4.4,以查询方式接收的,UART,模块测试实例,4.5,4.6,以中断方式接收的,UART,模块测试实例,2,2025/4/29 周二,4.1,异步串行通信的通用基础知识,4.1.1,串行通信的基本概念,异步串行通信的格式,通用异步收发器（,Universal Asynchronous Receiver/Transmitters,，,UART,）通常采用,NRZ,数据格式,其英文译为“标准不归零传号,/,空号数据格式”,“不归零”的最初含义是：用正、负电平表示二进制值，不使用零电平。“,mark/space”,即“传号,/,空号”分别是表示两种状态的物理名称，逻辑名称记为“,1/0”,。下图给出了,8,位数据、无校验情况的传送格式,串行通信数据格式,3,2025/4/29 周二,串行通信的波特率,串行通信的波特率单位是位,/,秒，记为,bps,。通常情况下，波特率的单位可以省略。通常使用的波特率有,300,、,600,、,900,、,1200,、,1800,、,2400,、,4800,9600,、,19200,、,38400,、,57600,、,115200,等,奇偶校验,字符奇偶校验检查（,character parity checking,）称为垂直冗余检查（,vertical redundancy checking,，,VRC,），它是每个字符增加一个额外位使字符中“,1”,的个数为奇数或偶数。,奇校验：如果字符数据位中“,1”,的数目是偶数，校验位应为“,1”,，如果“,1”,的数目是奇数，校验位应为“,0”,。,偶校验：如果字符数据位中“,1”,的数目是偶数，则校验位应为“,0”,，如果是奇数则为“,1”,4.1,异步串行通信的通用基础知识,4,2025/4/29 周二,串行通信的传输方式,单工（,Simplex,）：数据传送是单向的，一端为发送端，另一端为接收端。这种传输方式中，除了地线之外，只要一根数据线就可以了。有线广播就是单工的。,全双工（,Full-duplex,）：数据传送是双向的，且可以同时接收与发送数据。这种传输方式中，除了地线之外，需要两根数据线，站在任何一端的角度看，一根为发送线，另一根为接收线。一般情况下，,MCU,的异步串行通信接口均是全双工的。,半双工（,Half-duplex,）：数据传送也是双向的，但是在这种传输方式中，除了地线之外，一般只有一根数据线。任何一个时刻，只能由一方发送数据，另一方接收数据，不能同时收发。,4.1,异步串行通信的通用基础知识,5,2025/4/29 周二,4.1.2,RS-232,总线标准,串行传输标准,MCU,引脚输入,/,输出一般使用,TTL,（,Transistor Transistor Logic,）电平，即晶体管,-,晶体管逻辑电平，它适用于板内数据传输。为使信号传输得更远，美国电子工业协会,EIA,（,Electronic Industry Association,）制订了串行物理接口标准,RS-232C,。,逻辑“,0,“,逻辑,”1”,传输距离,TTL,小于,0.4V,大于,2.4V,5m,RS-232C,+3V,+15V,-15V,-3V,30m,4.1,异步串行通信的通用基础知识,6,2025/4/29 周二,上图为,9,芯串行接口排列,引脚号,功能,引脚号,功能,1,接收线信号检测,(,载波检测,DCD),6,数据通信设备准备就绪,(DSR),2,接收数据线,(RXD),7,请求发送,(RTS),3,发送数据线,(TXD),8,允许发送,(CTS),4,数据终端准备就绪,(DTR),9,振铃指示,5,信号地,(SG),9,芯串行接口引脚含义表,4.1.3,RS-232C,串行接口,4.1,异步串行通信的通用基础知识,7,2025/4/29 周二,4.1.4 TTL,电平到,RS-232,电平转换电路,具有,SCI,接口的,MCU,，一般具有发送引脚,(TxD),与接收引脚,(RxD),，不同公司或不同系列的,MCU,，使用的引脚缩写名可能不一致，但含义相同。,SCI,的外围硬件电路，主要目的是将,MCU,的发送引脚,TxD,与接收引脚,RxD,的,TTL,电平，通过,RS-232,电平转换芯片转换为,RS-232,电平。下图给出一个基本,SCI,电平转换电路及芯片,MAX232,引脚图,MAX232,引脚,串行通信接口电平转换电路,4.1,异步串行通信的通用基础知识,8,2025/4/29 周二,MAX232,芯片进行电平转换基本原理是：,发送过程：,MCU,的,TXD,（,TTL,电平）经过,MAX232,的,11,脚,(T1IN)送到,MAX232,内部，在内部,TTL,电平被,“,提升,”,为,232,电平，通过,14,脚,(T1OUT),发送出去,接收过程：外部,232,电平经过,MAX232,的,13,脚（,R1IN,）进入到,MAX232,的内部，在内部,232,电平被,“,降低,”,为,TTL,电平，经过,12,脚（,R1OUT,）送到,MCU,的,RXD,，进入,MCU,内,组别,TTL,电平引脚,方向,典型接口,232,电平引脚,方向,典型接口,1,11,（,T1IN,）,12,（,R1OUT,）,输入,输出,接,MCU,的,TXD,接,MCU,的,RXD,13,14,输入,输出,接到,9,芯接口的,2脚,RXD,接到,9,芯接口的,3,脚,TXD,2,10,（,T2IN,）,9,（,R2OUT,）,输入,输出,接,MCU,的,TXD,接,MCU,的,RXD,8,7,输入,输出,接到,9,芯接口的,2,脚,RXD,接到,9,芯接口的,3,脚,TXD,MAX232,芯片输入输出引脚分类与基本接法,4.1,异步串行通信的通用基础知识,9,2025/4/29 周二,4.2 UART,模块功能,基本原理角度,串行通信接口的主要功能是：接收时，把外部的单线输入的数据变成一个字节的并行数据送入,MCU,内部；发送时，把需要发送的一个字节的并行数据转换为单线输出。,接受引脚,RxD,发送引脚,TxD,发送移位寄存器,接受移位寄存器,UART,数据寄存器,MCU,内部总线,UART,控制寄存器,UART,状态寄存器,UART,波特率,寄存器,10,2025/4/29 周二,4.2 UART,模块功能,程序员角度看,K60,包括,6,个相同且独立的,UART,模块，每个模块都含有相互独立的发送器和接收器。,1,外部引脚,UART,的外部引脚有：发送数据引脚：,UTXDx,、接收数据引脚：,URXDx,。“,x,”表示模块的编号，取值为,0,5,。,2,波特率发生器,UART0,和,UART1,时钟源为内核时钟，,UART2,UART5,的时钟源为外设时钟（总线时钟）。波特率由一个,13,位的模数计数器和一个,5,位的分数微调计数器共同决定。,13,位的,SBRSBR,范围为,1,8191,，它决定了模块的时钟分频。微调计数器给波特率时钟增加一个细微的延时，以便匹配系统波特率。,UART,波特率,=UART,模块时钟,/(16*(SBRSBR+BRFA),11,2025/4/29 周二,4.2 UART,模块功能,收发器的工作,UART,发送器和接收器均可容纳,8,、,9,或,10,位数据字符。,发送数据流程 接收数据流程,1,数据寄存器将数据写到发送数据缓冲区,2,发送器进行移位发送,3,发送缓冲区空标志,位,S1TDRE,根据设置决定是否产生中断,1,一个完整的帧移进接收移位寄存器帧的数据部分发送到,UART,接收缓冲区中,2,接收缓冲区数据转移到数据寄存器,3,接收缓冲区中的数据字数目等于或多于,RWFIFORXWATER,指定的数目，那么,S1RDRF,标志位会被置,1,12,2025/4/29 周二,4.3 K60,的,UART,模块编程结构,UART,模块存储映射,寄存器,基址,寄存器,权限,复位值,UART0,0 x4006_A000,波特率高字节寄存器（UARTx_BDH）,读/写,0 x00,0 x4006_A001,波特率低字节寄存器（UARTx_BDL）,读/写,0 x04,0 x4006_A002,控制寄存器1（UARTx_C1）,读/写,0 x00,0 x4006_A003,控制寄存器2（UARTx_C2）,读/写,0 x00,0 x4006_A004,状态寄存器1（UARTx_S1）,只读,0 xC0,0 x4006_A005,状态寄存器2（UARTx_S2）,读/写,0 x00,0 x4006_A006,控制寄存器3（UARTx_C3）,读/写,0 x00,0 x4006_A007,数据寄存器（(UARTx_D）,读/写,0 x00,0 x4006_A008,地址匹配寄存器1（UARTx_MA1）,读/写,0 x00,0 x4006_A009,地址匹配寄存器2（UARTx_MA2）,读/写,0 x00,0 x4006_A00A,控制寄存器4（UARTx_C4）,读/写,0 x00,0 x4006_A00B,控制寄存器5（UARTx_C5）,读/写,0 x00,0 x4006_A00C,扩展数据寄存器（UARTx_ED）,只读,0 x00,0 x4006_A00D,调制解调器寄存器（UARTx_MODEM）,读/写,0 x00,0 x4006_A00E,红外寄存器（UARTx_IR）,读/写,0 x00,13,2025/4/29 周二,4.3 K60,的,UART,模块编程结构,0 x4006_A010,FIFO参数寄存器（UARTx_PFIFO）,读/写,0 x00,0 x4006_A011,FIFO控制寄存器（UARTx_CFIFO）,读/写,0 x00,0 x4006_A012,FIFO状态寄存器（UARTx_SFIFO）,读/写,0 xC0,0 x4006_A013,FIFO发送水位寄存器（UARTx_TWFIFO）,读/写,0 x00,0 x4006_A014,FIFO发送计数寄存器（UARTx_TCFIFO）,只读,0 x00,0 x4006_A015,FIFO接收水位寄存器（UARTx_RWFIFO）,读/写,0 x01,0 x4006_A016,FIFO接收计数寄存器（UARTx_RCFIFO）,只读,0 x00,0 x4006_A018,7816控制数寄存器（UARTx_C7816）,读/写0 x00,0 x4006_A019,7816中断使能寄存器（UARTx_IE7816）,读/写,0 x00,0 x4006_A01A,7816中断状态寄存器（UARTx_IS7816）,读/写,0 x00,0 x4006_A01B,7816等待参数寄存器（UARTx_WP7816T0）,读/写,0 x0A,0 x4006_A01B,7816等待参数寄存器（UARTx_WP7816T1）,读/写,0 x0A,0 x4006_A01C,7816等待N寄存器（UARTx_WN7816）,读/写,0 x00,0 x4006_A01D,7816等待FD寄存器（UARTx_WF7816）,读/写,0 x01,0 x4006_A01E,7816错误阈值寄存器（UARTx_ET7816）,读/写,0 x00,0 x4006_A01F,7816发送长度寄存器（UARTx_TL7816）,读/写,0 x00,14,2025/4/29 周二,4.4,K,60,的,UART,构件设计概述,4.4.1UART,构件设计概述,以,UART,具有初始化、接收和发送三种基本操作为例，来说明实现构件化的全过程,实现构件化编程的,UART,软件模块应当具有以下几个特点：,UART,模块是最底层的构件，它主要向上提供三种服务，分别是,UART,模块的初始化、接收单个字节和发送单个字节，向下则直接访问模块寄存器，实现对硬件的直接操作。另外，从现实使用角,度,出发，它还需要封装接收,N,个字节和发送,N,个字节的功能函数。,UART,模块在软件上对应,1,个,hw_uart.c,程序源代码文件和,1,个,hw_uart.h,头文件，当需要使用,UART,构件时，大多数情况下只需简单拷贝这两个文件即可，无需对源代码文件和头文件进行修改，只有当进行不同芯片之间的移植时，才需要修改头文件中与硬件相关的宏定义。,上层构件或软件在使用该构件时，严格禁止通过全局变量来传递参数，所有的数据传递都直接通过函数的形式参数来接收。这样做不但使得接口简洁，更加避免了全局变量可能引发的安全隐患。,15,2025/4/29 周二,44.2,K,60,的,UART,构件的函数,通过以上分析，可以设计,UART,构件的,8,个基本功能函数。,（,1,）初始化：,uint8 hw_uart_init(uint8 uartNo,uint32 baud);,（,2,）接收单个字节：,uint8 hw_uart_re1(uint8 uartNo,uint8*fp);,（,3,）发送单个字节：,uint8 hw_uart_send1(uint8 uartNo,uint8 ch);,（,4,）接收,N,个字节：,uint8 hw_uart_reN(uint8 uartNo,uint16 len,uint8*buff);,（,5,）发送N,个字节：,uint8 hw_uart_sendN(uint8 uartNo,uint16 len,uint8*buff);,（,6,）发送字符串：,uint8 hw_uart_send_string(uint8 uartNo,void*buff);,（,7,）使能串口接收中断：,void hw_uart_enable_re_int(uint8 uartNo);,（,8,）禁止串口接收中断：,void hw_uart_disable_re_int(uint8 uartNo);,4.4,K,60,的,UART,构件设计概述,16,2025/4/29 周二,4.4.3,K,60,的,UART,的头文件,与,UART,通信子函数相关的文件有头文件,hw_uart.h,，以及包含,UART,初始化和收发子函数的程序文件,hw_uart.c,。,头文件,hw_uart.h,中的内容可分为两个主要的部分，它们分别是,8,个函数原型的声明和外设模块寄存器相关信息的定义。前者给出了本,UART,构件对上层构件或软件所提供的接口函数，而后者则指明了本“元构件”与具体硬件相关的信息。,这样设计，应用程序和上层构件在使用（调用）它时，将具有极大的灵活性。,4.4,K,60,的,UART,构件设计概述,17,2025/4/29 周二,4.5,以查询方式接收的,UART,模块测试实例,程序查询方式,程序查询方式是一种程序直接控制方式,这是主机与外设间进行信息交换的最简单的方式,输入和输出完全是通过,MCU,执行程序来完成的。一旦某一外设被选中并启动后，主机将查询这个外设的某些状态位，看其是否准备就绪？若外设未准备就绪，主机将再次查询；若外设已准备就绪，则执行一次,I/O,操作。,18,2025/4/29 周二,4.5,以查询方式接收的,UART,模块测试实例,查询方式,主循环,for(;)/主循环,/=主循环(开始)=,/1.主循环计数到一定的值，使小灯的亮、暗状态切换,run_counter+;,if(run_counter=500),run_counter=0;,light_changeLight_Run_PORT,Light_Run1);,light_change(Light_Run_PORT,Light_Run2);,hw_uart_send_string(UART_TEST,Hello World!,rn);,/2.串口接收到数据后即刻回发,ch=hw_uart_re1(UART_TEST,if(0=uart_flag),hw_uart_send1(UART_TEST,ch);,uart_flag=1;,/=主循环(结束)=,19,2025/4/29 周二,4.5,以查询方式接收的,UART,模块测试实例,UART,模块首先向,PC,机发送字符串，然后等待接收,PC,机从串口发送来的数据，若成功接收到,1,个数据，则立即将该数据回发给,PC,机，随后继续等待接收,1,个数据并回发，如此循环。下图给出的是串口测试情况。,串口调试工具软件界面,20,2025/4/29 周二,4.6,以中断方式接收的,UART,模块测试实例,中断方式的基本概念,在程序中断方式中某一外设的数据准备就绪后，它“主动”向,CPU,发出请求中断的信号，请求,CPU,暂时中断日前的工作而进行数据交换当,CPU,响应这个中断时便暂停运行主程序，并自动转移到该设备的中断服务程序当中断服务程序结束以后,CPU,又回到原来的主程序,中断与异常的含义,中断服务例程,ISR,中断源与中断向量表,中断优先级,可屏蔽中断与不可屏蔽中断,中断处理的一般过程,21,2025/4/29 周二,4.6,以中断方式接收的,UART,模块测试实例,堆栈的使用,K60CPU,的中断过程的详细说明,中断的关闭与开启方法,中断的处理过程一般为：,关中断、保护现场、,执行中断服务程序、,恢复现场、开中断等,中断过程,CPU,中寄存器进出栈情况,22,2025/4/29 周二,在,CW10.1,环境下使用中断的步骤是：,在,main.c,中，依照“关总中断开模块中断开总中断”的顺序打开模块中断；,在,isr.c,文件中，编写中断服务程序；,在,vectors.h,文件中，修改中断向量表；,为了方便代码移植，在,common.h,文件中做了如下定义：,#,define EnableInterrupts asm(CPSIE i);/,开总中断,#define DisableInterrupts asm(CPSID i);/,关总中断,AW60,的中断编程的可概括为下述,3,个步骤：,新建（或者复制）一个,isr.c,文件，并加入工程中,定义中断向量表（复制,isr.c,的应修改中断向量表）,定义,ISR,并在中断向量表中填入相应,ISR,的名称,4.6,以中断方式接收的,UART,模块测试实例,23,2025/4/29 周二,UART0,接收中断,UART0,模块首先向,PC,机发送字符串“,Hello World!,”；同时，串口等待接收从,PC,机发来的数据，一旦接到数据，马上将该数据回发给,PC,机。串口接收程序使用中断来实现，中断处理程序执行完毕后，又回到主程序。,串口0接收中断服务例程,void isr_uart0_re(void),uint8 ch;,uint8 flag=1;,DisableInterrupts,;/,关总中断,ch=hw_uart_re1(UART_0,if(0=flag),hw_uart_send1(UART_0,ch);,EnableInterrupts;,/,开总中断,4.6,以中断方式接收的,UART,模块测试实例,24,2025/4/29 周二,第,4章 习题,1,简要阐述异步串行通信涉及的主要基本概念。,2,表征串行通信速度的物理量是什么？串行通信的传输速度有限制吗？,3,MCU,与,PC,之间进行串行通信，为什么要进行电平转换？如何进行电平转换？,4,给出,UART,编程的通用模型。,5,简述中断的作用与处理过程。,6,K60,系列,MCU,都有哪些中断源？,7,K60,系列,MCU,的中断执行过程分为哪几个步骤？,8,给出,K60,中断编程框架与基本步骤。,25,2025/4/29 周二,9.,用一种高级语言实现,PC,方串行数据收发的通用程序（要求：从,PC,方发送数据,A,到,MCU,，,MCU,收到后，判断是否是,A,，若是，回发给,PC,机，在,PC,机显示“串行口正常”，若不是，则在,PC,机显示：“通信有误”。）,10.,在上一题测试的基础上编写通信程序，实现如下功能：通过,PC,机发送一个命令以控制接在,PTA0PTA7,口的,8,个小灯亮暗状态，各个小灯初始状态都为暗，首先进行通信测试，,PC,机发送“,A,”，若,MCU,接收到则,8,个小灯全亮，并回送字符“,A,”，虽然,MCU,接收到但有问题，不是“,A,”，说明有误码，则,4,个小灯全亮，并回送字符“,0,”，否则,8,个小灯全暗无反应，通信测试成功后进入控制状态，,PC,机发送字符串“,11,”，,PTA0,口灯亮；发送“,10,”，,PTA0,口灯暗；发送“,21,”，,PTA1,口灯亮；发送“,20,”，,PTA1,口灯暗；依此类推，当给,PTA,口发送“,01,”，,8,个小灯全亮，发送“,00,”，全暗。,26,2025/4/29 周二,