UART

UART 的使用

串口可以用于与别的开发板或者是单片机进行数据的通信,用于链接别的开发板或者单片机。

根据所接的串口号进行修改以下代码,

以下代码由于 Maixpy3 还在优化中,可能不能运行,具体的代码到 github 上查看

import serial

ser = serial.Serial("/dev/ttyS1",115200)    # 使用 UART1 ,波特率设置为 115200

print('serial test start ...')
ser.write(b"Hello Wrold !!!\n")
try:
    while True:
        ser.setDTR(True)
        ser.setRTS(True)
        tmp = ser.readline()
        print(tmp)
        ser.write(tmp)
        ser.setDTR(False)
        ser.setRTS(False)
except KeyboardInterrupt:
    if ser != None:
        ser.close()

什么是串口

通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通常称作UART) 是一种串行异步收发协议,应用十分广泛。UART工作原理是将数据的二进制位一位一位的进行传输。在UART通讯协议中信号线上的状态位高电平代表’1’低电平代表’0’。当然两个设备使用UART串口通讯时,必须先约定好传输速率和一些数据位。

硬件连接

硬件连接比较简单,仅需要3条线,注意连接时两个设备UART电平,如电平范围不一致请做电平转换后再连接,如下图所示:

  • TX:发送数据端,要接对面设备的RX
  • RX:接收数据端,要接对面设备的TX
  • GND:保证两设备共地,有统一的参考平面

串口工作原理

  • 发送接收

发送逻辑对从发送FIFO 读取的数据执行“并→串”转换。控制逻辑输出起始位在先的串行位流,并且根据控制寄存器中已编程的配置,后面紧跟着数据位(注意:最低位 LSB 先输出)、奇偶校验位和停止位。

在检测到一个有效的起始脉冲后,接收逻辑对接收到的位流执行“串→并”转换。此外还会对溢出错误、奇偶校验错误、帧错误和线中止(line-break)错误进行检测,并将检测到的状态附加到被写入接收FIFO 的数据中。 [3]

  • 波特率产生

波特率除数(baud-rate divisor)是一个22 位数,它由16 位整数和6 位小数组成。波特率发生器使用这两个值组成的数字来决定位周期。通过带有小数波特率的除法器,在足够高的系统时钟速率下,UART 可以产生所有标准的波特率,而误差很小。

  • 数据收发

发送时,数据被写入发送FIFO。如果UART 被使能,则会按照预先设置好的参数(波特率、数据位、停止位、校验位等)开始发送数据,一直到发送FIFO 中没有数据。一旦向发送FIFO 写数据(如果FIFO 未空),UART 的忙标志位BUSY 就有效,并且在发送数据期间一直保持有效。BUSY 位仅在发送FIFO 为空,且已从移位寄存器发送最后一个字符,包括停止位时才变无效。即 UART 不再使能,它也可以指示忙状态。BUSY 位的相关库函数是UARTBusy( )

在UART 接收器空闲时,如果数据输入变成“低电平”,即接收到了起始位,则接收计数器开始运行,并且数据在Baud16 的第8 个周期被采样。如果Rx 在Baud16 的第8 周期仍然为低电平,则起始位有效,否则会被认为是错误的起始位并将其忽略。

如果起始位有效,则根据数据字符被编程的长度,在 Baud16 的每第 16 个周期(即一个位周期之后)对连续的数据位进行采样。如果奇偶校验模式使能,则还会检测奇偶校验位。
最后,如果Rx 为高电平,则有效的停止位被确认,否则发生帧错误。当接收到一个完整的字符时,将数据存放在接收FIFO 中。

  • 中断控制

    • 出现以下情况时,可使UART 产生中断:
    • FIFO 溢出错误
    • 线中止错误(line-break,即Rx 信号一直为0 的状态,包括校验位和停止位在内)
    • 奇偶校验错误
    • 帧错误(停止位不为1)
    • 接收超时(接收FIFO 已有数据但未满,而后续数据长时间不来)
    • 发送
    • 接收
    • 由于所有中断事件在发送到中断控制器之前会一起进行“或运算”操作,所以任意时刻 UART 只能向中断产生一个中断请求。通过查询中断状态函数UARTIntStatus( ),软件可以在同一个中断服务函数里处理多个中断事件(多个并列的if 语句)。
  • FIFO 操作

FIFO 是“First-In First-Out”的缩写,意为“先进先出”,是一种常见的队列操作。 Stellaris 系列ARM 的UART 模块包含有2 个16 字节的FIFO:一个用于发送,另一个用于接收。可以将两个FIFO 分别配置为以不同深度触发中断。可供选择的配置包括:1/8、 1/4、1/2、3/4 和7/8 深度。例如,如果接收FIFO 选择1/4,则在UART 接收到4 个数据时产生接收中断。

发送FIFO的基本工作过程: 只要有数据填充到发送FIFO 里,就会立即启动发送过程。由于发送本身是个相对缓慢的过程,因此在发送的同时其它需要发送的数据还可以继续填充到发送 FIFO 里。当发送 FIFO 被填满时就不能再继续填充了,否则会造成数据丢失,此时只能等待。这个等待并不会很久,以9600 的波特率为例,等待出现一个空位的时间在1ms 上下。发送 FIFO 会按照填入数据的先后顺序把数据一个个发送出去,直到发送 FIFO 全空时为止。已发送完毕的数据会被自动清除,在发送FIFO 里同时会多出一个空位。

接收FIFO的基本工作过程: 当硬件逻辑接收到数据时,就会往接收FIFO 里填充接收到的数据。程序应当及时取走这些数据,数据被取走也是在接收FIFO 里被自动删除的过程,因此在接收 FIFO 里同时会多出一个空位。如果在接收 FIFO 里的数据未被及时取走而造成接收FIFO 已满,则以后再接收到数据时因无空位可以填充而造成数据丢失。

收发FIFO 主要是为了解决UART 收发中断过于频繁而导致CPU 效率不高的问题而引入的。在进行 UART 通信时,中断方式比轮询方式要简便且效率高。但是,如果没有收发 FIFO,则每收发一个数据都要中断处理一次,效率仍然不够高。如果有了收发FIFO,则可以在连续收发若干个数据(可多至14 个)后才产生一次中断然后一并处理,这就大大提高了收发效率。

完全不必要担心FIFO 机制可能带来的数据丢失或得不到及时处理的问题,因为它已经帮你想到了收发过程中存在的任何问题,只要在初始化配置UART 后,就可以放心收发了, FIFO 和中断例程会自动搞定一切。

  • 回环操作
    UART 可以进入一个内部回环(Loopback)模式,用于诊断或调试。在回环模式下,从Tx 上发送的数据将被Rx 输入端接收。

  • 串行红外协议

在某些 Stellaris 系列 ARM 芯片里,UART 还包含一个 IrDA 串行红外(SIR)编码器/ 解码器模块。IrDA SIR 模块的作用是在异步UART数据流和半双工串行SIR 接口之间进行转换。片上不会执行任何模拟处理操作。SIR 模块的任务就是要给UART 提供一个数字编码输出和一个解码输入。UART 信号管脚可以和一个红外收发器连接以实现IrDA SIR物理层连接。

参考:百度百科、CSDN博客