第011课_串口(UART)的使用

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第001节_辅线1_硬件知识_UART硬件介绍

1. 串口的硬件介绍

UART的全称是 Universal Asynchronous Receiver and Transmiter ，即异步发送和接收。

串口在嵌入式中用途非常广泛，主要的用途有：

　　1. 打印调试信息；

　　2. 外接各种模块：GPS、蓝牙等；

串口因为结构简单、稳定可靠，广受欢迎。通过三根线即可，发送、接收、地线。

通过TxD -> RxD 把ARM开发板要发送的信息发送给PC机。通过RxD -> TxD 线把PC机要发送的信息发送给ARM开发板。最下面的地线统一参考地。

2. 串口的参数：

　　波特率：一般选波特率都会有9600,115200等选项。其实意思就是每秒传输多少个比特位数(bit)。

　　起始位：线发送一个逻辑"0"的信号，表示传输数据的开始。

　　数据位：可以是5~8位逻辑"0"或"1"。如ASCII码(7位)，扩展BCD码(8位)。小端传输。

　　校验位：数据位加上这最后一位，使得"1"的位数为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性。

　　停止位：它是一个字符数据的结束标志。

怎么发送一字节数据，比如“A”？

“A”的ASCII值是0x41，二进制就是01000001，怎样把这8位数据发送给PC机呢？

　　1. 双方约定好波特率(每一位占据的时间)；

　　2. 规定传输协议

a. 原来是高电平，ARM拉低电平，保持1bit时间；

b. PC在低电平开始处计时；

c. ARM根据数据依次驱动TxD的电平，同时PC依次读取RxD引脚电平，获取数据；

前面图中提及到了逻辑电平，也就是代表信号1的引脚电平是人为规定的。如图是TTL/COMS逻辑电平下，传输“A”时的波形：

在xV至5V之间，就认为时逻辑1，在0V至yV之间就为逻辑0。

如图是RS-232逻辑电平下，传输"A"时的波形：

在-12V至-3V之间，就认为是逻辑1，在+3V至+12V之间就为逻辑0。

RS-232的电平比TTL/CMOS高，能传输更远的距离，在工业上用得比较多。

市面上大多数ARM不止一个串口，一般使用串口0来调试，其他串口来外接模块。

ARM芯片上的串口都是TTl电平的，通过板子上或者外接的电平转换芯片，转成RS232接口，连接到电脑的RS232串口上，实现两者的数据传输。

现在的电脑越来越少有RS232串口的接口，当然USB是几乎都有的。因此使用USB串口芯片将ARM芯片上的TTL电平转换成USB串口协议，即可通过USB与电脑数据传输。

上面的两种方式，对ARM芯片的编程操作都是一样的。

ARM芯片是如何发送/接收数据？

如图所示串口结构图：

要发送数据时，CPU控制内存要发送的数据通过FIFO传给UART单位，UART里面的移位器，依次将数据发送出去，在发送完成后产生中断提醒CPU传输完成。

接收数据时，获取接收引脚的电平，逐位放进移位寄存器，再放入FIFO，写入内存。在接收完成后产生中断提醒CPU传输完成。

第002节_S3C2440_UART编程

在uart.c这个文件里需要编写这样几个函数：

uart0_init()      用于初始化串口
putchar()         用于发送一个字符
getchar()         用于接收一个字符
puts()             用于发送一串字符        

在uart0_init()需要做如下几件事：

1. 设置引脚用于串口：根据原理图和参考手册设置GPH2,3用于TxD0，RxD0，并且为了将其保持为高电平，先设置其为上拉：

GPHCON &= ~((3<<4) | (3<<6));
GPHCON |=  ((2<<4) | (2<<6));
GPHUP &= ~((1<<2) | (1<<3));  /* 使能内部上拉 */

2. 设置波特率

将uart设置为PCLK，中断/查询模式：

UCON0 = 0x00000005; /* PCLK,中断/查询模式 */

uart clock = 50M，波特率假设是 115200，

根据公式 UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) –1 

得到  UBRDIVn = (int)( 50000000 / ( 115200 x 16) ) –1 = 26 

设置：

UBRDIV0 = 26;

3. 设置数据格式

数据格式设置常用8n1:8个数据位，无校验位，1个停止位

ULCON0 = 0x00000003; /* 8n1: 8个数据位, 无较验位, 1个停止位 */

读取UTRSTAT0寄存器，查询其第2位判断发送buff是否为空，即上一次发送是否完成，如果完成即想UTXH0写入要发送的数据；查询其第0位判断接收buff是否为空，即本次接收是否完成，如果接收完成，读取URXH0的值。

int putchar(int c)
{
    /* UTRSTAT0 */
    /* UTXH0 */

    while (!(UTRSTAT0 & (1<<2)));
    UTXH0 = (unsigned char)c;
    
}

int getchar(void)
{
    while (!(UTRSTAT0 & (1<<0)));
    return URXH0;
}

循环输出字符，就可以实现字符串的输出：

int puts(const char *s)
{
    while (*s)
    {
        putchar(*s);
        s++;
    }
}

在主函数里，先调用初始化函数，然后循环获取用户输入的数据，然后回显出来。并且在收到' '回车时,输出' '换行,有些时候' '是回车,那输出' '换行。

#include "s3c2440_soc.h"
#include "uart.h"

int main(void)
{
    unsigned char c;
    
    uart0_init();
    puts("Hello, world!

");
    
    while(1)
    {
        c = getchar();
        if (c == '
')
        {
            putchar('
');
        }

        if (c == '
')
        {
            putchar('
');
        }

        putchar(c);
    }
    return 0;
}

第003节_从零实现用于裸机调试的printf函数，手动确定可变参数

从零写一个用于裸机程序调试的printf函数

自己写C语言应用程序的时候，经常会使用printf来打印。

#include <stdio.h>

void printf_test(void)
{
    printf("hello word
");
    printf("This is www.100ask.org my_printf test
");
    printf("test char              =%c,%c
",'A','a');
    printf("test decimal number    =%d
",123456);
    printf("test decimal number    =%d
",-123456);
    printf("test hex     number    =0X%x
",0x55aa55aa);
    printf("test string            =%s
","www.100ask.org");
}

int main(int argc ,char * argv[])
{
    printf_test();
    return 0;
}

编译：
gcc -o printf_test printf_test.c

运行输出：

hello word
This is www.100ask.org my_printf test
test char               =A,a
test decimal number     =123456
test decimal number     =-123456
test hex     number     =0X55aa55aa
test string             =www.100ask.org

显示过程：

应用程序 -->  printf("%d",123456); --> 一系列函数 --> 在终端上显示123456。

printf是一个标准库函数，功能是：打印(变量、字符串)等等。

问题：能不能依据printf的原理，写一个简易的用于裸机程序调试的my_printf函数呢？

好处：1）my_printf函数在单片机、嵌入式芯片裸机调试过程中非常方便。

　　　　2）my_printf函数可以帮你打印寄存器的值，变量的值，打印字符串等等。

printf的声明：

通过 man 3 printf  可以找到printf的声明  int printf(const char *format, ...); 

printf中的格式字符

printf中的格式字符

格式字符	说明
d	以带符号的十进制形式输出整数（整数不输出符号）
u	以无符号十进制形式输出整数
x	以十六进制无符号形式输出整数（不输出前导符0x）， 用x则输出十六进制数a~f时以小写形式输出
c	以字符形式输出，只输出一个字符
s	输出字符串

如果自己写的my_printf函数实现%d %u %x %c %s，则就可以用于裸机程序的调试。

int printf(const char *format, ...); 

format：固定参数

...：可变参数（变参）（搞懂变参原理，printf函数就搞懂了）

可变参数：

1） C语言指针

2）代码：手工确定可变参数

3）代码：自动确定可变参数

#include <stdio.h>

// int printf(const char *format, ...);
int push_test(const char *format, ...)
{
    printf("arg1 : %s
",format);
    return 0;
}

int main(int argc,char **argv)
{
    printf("sizeof(char   )=%d
",sizeof(char ));
    printf("sizeof(int    )=%d
",sizeof(int  ));
    printf("sizeof(char  *)=%d
",sizeof(char *));
    printf("sizeof(char **)=%d
",sizeof(char **));
    
    push_test("abcd");
    return 0;
}

编译 gcc -m32 -o push_test push_test.c 运行输出：

sizeof(char   )=1
sizeof(int    )=4
sizeof(char  *)=4
sizeof(char **)=4
arg1 : abcd

这里push_test函数传入的“abcd”，只给了固定参数format，而可变参数...没有使用。

更改程序，push_test传输第二个参数，传入可变参数。