UART概述

UART的定义

• USART指通用同步收发器，UART指通用异步收发器
• 这些通用收发器提供了一种灵活的方式与外部设备进行单工/半双工/全双工方式的数据交互，并且可选择多种波特率，支持多种通信协议和功能模式等

UART的类别

• STM8S单片机片内总共有3个串口资源：UART1/2/3（STM8S105则只有UART2这个串口资源，具体情况查阅对应型号的数据手册）

• UART1/2/3之间在功能支持上存在差异，见下图：

  

UART配置流程

UART配置简述

1. 主时钟频率配置

   确定主时钟，这与后续波特率的设置相关

2. 配置通信数据帧格式

   设定发送/接收数据位数

   设定发送/接收数据校验位以及校验方式（可选），

   设定发送/接收数据停止位位数

3. 计算并配置波特率

   设定发送/接收数据波特率

4. 使能发送/接收中断功能

   此步可选，让单片机发送出数据/接收到数据时进入中断服务程序

5. 使能发送/接收功能

   使能之后，然后就开始向寄存器写入数据以发送/接收单字节数据，并等待发送/接收完毕

UART相关寄存器

• 控制寄存器UART_CR1

  明确发送的数据帧格式，配置奇偶校验

  • 本寄存器的M位(位4)配置数据帧的格式(UART数据字长度由此位决定)：

    配置为1，数据帧格式为1个起始位，8个数据位，n个停止位(取决于另一个寄存器UART_CR3中的STOP[1:0]位)

    配置为1，数据帧格式为1个起始位，9个数据位，1个停止位；此时需要本寄存器的T8位(位6)与R8位(位7)用以储存发送与接收的第九位

  • PIEN位(位0)、PS位(位1)与PCEN位(位2)用于配置校验：

    PCEN位配置为1则使能硬件奇偶校验控制（校验位的启用状态将导致数据帧格式变化，例如：M位为1且PCEN位也为1，则数据帧有1起始位+8数据位+1校验位+停止位，校验位将挤占一个数据位）；

    PS位用于选择校验方式，0使能偶校验，1则使能奇校验；

    PIEN位配置为1则使能校验中断，当发生数据校验错误时产生中断

  各个位的具体作用

  

• 控制寄存器UART_CR3

  配置数据的停止位

  • STM8单片机通信的停止位可以设定为1位/1.5位/2位，通过对本寄存器的STOP[1:0]位(由位5与4共同组成)配置得到：写入00则为1位，10为2位，11为1.5位

  各个位的具体作用（其它位在UART3上不存在）：

  

• 控制寄存器UART_CR2

  使能发送/接收功能，配置发送/接收中断

  • 配置好数据帧格式后，配置发送功能位TEN位(位3)为1以使能发送，配置接收功能位REN位(位2)为1以使能接收
  • 如果需要检测数据是否被硬件传送到移位寄存器中，可以将发送数据中断使能位TIEN位(位7)置1；如果需要检测数据是否发送完毕，可以将发送完成中断使能位TCIEN位(位6)置1
  • 如果需要检测是否接收到数据，可以将接收中断使能位RIEN位(位5)置1

  各个位的具体功能：

  

• 波特率寄存器UART_BRR1/2

  收发双方波特率应当匹配，配置波特率流程如下：

  1. 确定主时钟频率f_MASTER

  2. 确定预设波特率：串口收发波特率=f_MASTER/UART_DIV(串口分频值)

  3. 计算UART_DIV取值：例如欲设定波特率为9600bps，而主时钟频率为f_HSI/2=8MHz，则根据公式可计算得UART_DIV=8.33.33，取833

     在连续大数据量通信时这样的误差会导致缺码，可以把时钟源切换为更高精度的外部时钟源以减小误差

  4. 配置波特率寄存器：将计算得的数值转换为十六进制，得0341_HEX，配置如下

     

     UART_BRR1的0至7位均为UART_DIV位，定义了UART分频数的中间8位(第二、第三半位元)，UART_BRR2的7至4位则是分频数的高四位，3到0位是低四位

  • 特别注意，计算出的分频值不应小于16，且UART_BRR1不能被赋值为0，否则会关闭波特率时钟导致无法通信，若中间两位恰好为0则需要重新设定波特率或改变主时钟频率

• 数据状态寄存器UART_SR

  用于反映通信过程中的一些状态变化，例如：

  • 检测数据是否出错：发生奇偶校验错误时，此寄存器的PE位(位0)会被置1；
  • 检测发送数据是否移入寄存器：开启发送数据中断使能(UART_CR2的TIEN位(位7)置1)，此时UART_SR的TXE位(位7)为1时产生中断(表示数据已经被转入寄存器)；
  • 检测数据是否发送完毕：开启发送完成中断使能(UART_CR2的TCIEN位(位7)置1)，此时UART_SR的TC位(位6)为1时产生中断(表示发送已经完成)；
  • 检测接收到数据：开启接收中断使能(UART_CR2的RIEN位(位5)置1)，此时UART_SR的RXNE位(位5)或OR位(位3)为1时产生中断(表示收到数据)；

  各个位的具体含义：

  

• 数据寄存器UART_DR

  内部分为数据发送寄存器TDR与数据接收寄存器RDR

  上述寄存器配置完成后，即完成了对数据帧格式的约定与功能位的使能，就可以进入正常的发送/接收程序了，发送过程只需将欲发送的数据传入串口数据寄存器UART_DR即可

代码实现

• 初始化UART

  //首先初始化UART2的TX与RX，以PD6连接TX，PD5连接RX为例
  void UART2_IO_init()
  {
      PD_DDR=0x20;		//TXD设置为OD输出
  	PD_CR1=0x40;		//RXD设置为上拉输入
  	PD_CR2=0x00;		//全部低速率
  }
  
  //初始化函数，用于配置UART2的波特率与数据帧格式，并最后使能UART2
  void UART2_init()
  {
      UART2_IO_Init();	//初始化UART的IO口
  
  	UART2_BRR2 = 0x00;	//设置波特率寄存器，先设置BRR2
  	UART2_BRR1 = 0x0D;	// 2M/9600，换算为十六进制为000D
  	//具体配置事项见寄存器UART_BRR介绍，此处使用默认时钟2MHz,波特率为9600
  
  	UART2_CR1 = 0x00;			//设置数据帧格式：8个数据位，无校验位
  	UART2_CR3 = 0x00;			//设置 1个停止位
  	UART2_CR2 = 0x2C;			//使能发送、接收以及接收中断
  	//0010 1100 三个1分别对应RIEN位接收中断 TEN位发送使能 REN位接收使能
  }
  

• 发送程序

  //让单片机通过UART向外发送数据
  //原理：利用UART_SR状态寄存器判断当前发送的进程，以作出不同反应
  void UART2_SendStr(unsigned char *s)	//传入指向欲发送字符的指针
  {
  	while(*s != '\0')	//当发送未到达终止位时
  	{
  		while(UART2_SR & 0x80==0);
  		//1000 0000，UART_SR的TXE位为1时表示数据已经被转入寄存器
  		//当TXE位还不是1时等待，以让数据从数据发送寄存器转移到 Transmit shift register
  
  		UART2_DR = *s;	//发送数据寄存器装填当前指向的一位
  		s++;			//指针指向下一位
  
  		while((UART2_SR & 0x40)== 0);
  		//0100 0000，UART_SR的TC位为1时表示数据发送已经完成
  		//当TC位还不是1的时候等待，以待数据发送完成
  	}
  }
  

• 接收程序

  //让单片机读取自UART发送来的数据
  //原理：开启接收中断后，将接收程序写在中断服务函数中
  unsigned int ReceiveData=0xFF;//用一个变量存放接收到的数据
  #pragma vector=23	//UART2中断向量号为21
  __interrupt void UART2_Receive_Interrupt(void)
  {
  	while(UART2_SR & 0x20 == 0);//等待数据接收完成
  	ReceiveData = UART2_DR;	//保存接收而来的数据
  }
  

• 与电脑进行串口通信的实验设计

  1. 在实验之前，先在电脑上打开“串口调试助手”这个软件（有很多软件都可以实现电脑与单片机的串口通信功能，自行搜索选择一个下载即可）

  2. 然后，使用USB线将电脑和单片机连接起来(一般的开发板上会有USB-UART接口)，在串口调试助手的串口选择中选择USB连接的串口

     需要注意的是，电脑未必能识别出这个串口，原因是电脑系统没有你的单片机上的USB-UART芯片的相应驱动，解决方法是看你的开发板上使用的USB-UART芯片型号(比如PL-2303)，下载对应驱动安装

     如果还是找不到串口，很可能是因为新的Win系统不支持这个驱动，打开电脑的设备管理器，在“通用串行总线控制器”中刚刚安装的驱动有没有带三角感叹号标识，如果有的话卸载它，去网上搜索其他能够兼容的版本

  3. 在软件中设置波特率、停止位、校验位、数据位等与单片机程序一致，打开串口

  4. 实验现象是：发送0到3不同的数时，分别控制PB0-3连接的LED灯亮灭，然后在接收窗口中应该就能看到单片机发送的数据

  实验代码很简单，首先写好上文提到的初始化、发送与接收函数，再调用

  unsigned char StringBuf[]="Hello,world! \r\n";
  void main(void)
  {
  	GPIO_init();//对LED灯初始化
  	UART2_init();
  	asm("RIM");
  	while(1)
  	{
  		UART2_SendStr(StringBuf);//发送字符串
  		delay_ms(3000);
  	}
  }
  
  #pragma vector=23
  __interrupt void UART2_Receive_Interrupt(void)
  {
  	while(UART2_SR & 0x20 == 0);
  	ReceiveData = UART2_DR;
  	switch(ReceiveData)
  	{
  		case 0:PB_ODR_ODR0 = !PB_ODR_ODR0; break;
  		case 1:PB_ODR_ODR1 = !PB_ODR_ODR1; break;
  		case 2:PB_ODR_ODR2 = !PB_ODR_ODR2; break;
  		case 3:PB_ODR_ODR3 = !PB_ODR_ODR3; break;
  	}
  }