一百三十四、串口通信

134.1 串口的概念

• 串口（UART）：Universal asynchronous receiver transmitter (USART/UART)，通用异步接收发送器
• 通过串口可以实现两个不同机器之间的信息交互
• 串口通信属于总线通信的一种

134.2 总线的概念

• 总线就是不同机器之间或者机器内部进行信息交互的媒介

• 总线可以分为内部总线和外部总线

  • 内部总线：在芯片内部链接核心和不同外设的总线被称为内部总线。根据内部总线上传输的数据的不同可以将内部总线分为三类：地址总线，数据总线，控制总线
  • 外部总线：连接芯片和芯片外部其他设备的总线

• 外部总线根据各自特性的不同，有三种不同的划分标准：

  1. 同步、异步
  2. 单工、半双工、全双工
  3. 串行、并行

• 常用的外部总线有uart、IIC\SPI\can\RS485

  • 串口：异步全双工串行通信
  • IIC：同步半双工串行
  • SPI：同步全双工串行
  • RS485：异步半双工串行通信

134.3 总线的划分标准

134.3.1 串行、并行划分

• 串行总线通信 ：不同机器之间进行信息交互是同时只能一位一位的进行数据传输
• 并行总线通信 ：不同机器之间进行信息交互是同时可以多位数据进行传输
  

134.3.2 同步、异步通信

• 同步通信 ：通信的双方在同一个时钟信号作用下进行数据收发，约定好数据收发的时机
• 异步同步 ：通信双方在各自的时钟信号下进行通信

134.3.3 全双工、半双工、单工通信

• 单工通信 ：只能一方发送一方接收
• 半双工通信：通信双方可以互相发送接收消息，但是同一时间段只能由一方发送给另一方
• 全双工通信：通信双方可以同时互相发送接收消息
  
  

134.4 串口通信常见的硬件连接方式

134.4.1 TTL格式硬件连接

• 一般TTL格式的电平只适用于同一块开发板不同的芯片之间使用，抗干扰能力差
  

134.4.2 USB转RS232串口

134.4.3 USB转USBmini

134.4.4 STM32MP1A开发板使用的接线方式

134.5 串口通信的通信协议

134.5.1 串口通信的数据帧格式

• 一帧数据的组成：

  • 起始位 ：1bit，数据开始传输的标识，低电平
  • 数据位 ：5-8bit,双方传输的数据
  • 校验位 ：1bit(可有可无)，用于校验数据是否正常传输

    一般校验位设置为奇偶校验奇校验：设置了奇校验之后一帧数据传输完成，数据位中的1的个数+校验位1的个数应该为奇数0XFE->1111 1110   此时这个数据传输完毕校验位应该为00XFF->1111 1111   此时这个数据传输完毕校验位应该为1偶校验：设置了偶校验之后一帧数据传输完成，数据位中的1的个数+校验位1的个数应该为偶数0XFE->1111 1110   此时这个数据传输完毕校验位应该为10XFF->1111 1111   此时这个数据传输完毕校验位应该为0
    

  • 停止位 ：0.5/1/1.5/2bit，高电平，一帧数据传输结束的标志，停止位后会重新校准双方时钟，误差重新累计

• 8N1概念 ：8位数据位，没有校验位，1位停止位

134.5.2 波特率

波特率代表进行数据传输时双方的数据传输速率
波特率 单位 是		bps(bit/s)
常用的波特率 有	4800、9600、115200

134.6 查看串口的电路原理图

• 通过查询串口电路原理图，当前开发板串口发送线连接在SOC的PG11管脚
• 接收线连接在SOC的PB2管脚
• 由SOC内部的UART4外设负责控制这两个管脚进行串口的数据接收和发送

134.7 软件编程实现串口工作框图分析

134.8 设置GPIOB\GPIOG\UART4时钟使能

134.8.1 GPIO时钟使能

• 将RCC_MP_AHB4ENSETR寄存器的第[1]位和第[6]位设置为1即可使能GPIOB和GPIOG

134.8.2 使能UART4时钟

• 将RCC_MP_APB1ENSETR寄存器的第[16]位设置为1即可使能UART4

134.9 设置PG11和PB2管脚复用为UART4功能

134.9.1 将PG11和PB2设置为复用功能

134.9.2 将PG11和PB2设置为UART4复用功能

• 管脚复用功能寄存器1
  

• 管脚复用功能寄存器2
  
  

• 通过查询寄存器发现一个管脚的复用功能需要寄存器的四位来设置，一个寄存器是32位，只能设置8个管脚的复用功能，而一个GPIO控制器管理了16个管脚，所以需要两个管脚复用功能选择寄存器来进行管脚复用设置

• 每一个管脚的复用功能可以设置为AF0-AF15总共16个复用功能，想要直到PG11和PB2管脚到底哪一个功能是UART4功能，需要查询stm32mp157a.pdf文件的第4章节的table8和table9

通过查询两个表，知道:
PB2的UART4复用功能是AF8，所以想要将PB2管脚复用为UART4功能，只需要将GPIOB_AFRL第[11:8]->1000
PG11的UART4复用功能是AF6，所以想要将PG11管脚复用为UART4功能，只需要将GPIOG_AFRH第[15:12]->0110

134.10 UART芯片手册分析

• 波特率设置：

  16倍采样，时钟频率64M，115200波特率
  USARTDIV=64000000/115200 =0X22B
  BRR=0X22B8倍采样
  USARTDIV=2*64000000/115200=0X456   0100 0101 0110
  BRR[2:0]=011
  BRR[3]=0
  BRR[15:4]= 0000 0100 0101
  

• 设置数据长度为8位

  USART_CR1[28]->0
  USART_CR1[12]->0
  

• 设置16倍采样

  USART_CR1[15]->0
  

• 设置奇偶检验

  不设置奇偶校验，USART_CR1[10]->0
  

• 使能发送器

  USART_CR1[3]->1
  

• 使能接收器

  USART_CR1[2]->1
  

• 使能串口

  USART_CR1[0]->1
  

• 设置停止位

  USART_CR2[13:12]->00表示设置1位停止位
  

• 设置波特率为115200

  16倍采样下
  USART_BRR=0X22B