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'\r'回车时,输出'\n'换行,有些时候'\n'是回车,那输出'\r'换行。
#include "s3c2440_soc.h" #include "uart.h" int main(void) { unsigned char c; uart0_init(); puts("Hello, world!\n\r"); while(1) { c = getchar(); if (c == '\r') { putchar('\n'); } if (c == '\n') { putchar('\r'); } 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。
1 #include <stdio.h> 2 3 void printf_test(void) 4 { 5 printf("hello word\n"); 6 printf("This is www.100ask.org my_printf test\n"); 7 printf("test char =%c,%c\n",'A','a'); 8 printf("test decimal number =%d\n",123456); 9 printf("test decimal number =%d\n",-123456); 10 printf("test hex number =0X%x\n",0x55aa55aa); 11 printf("test string =%s\n","www.100ask.org"); 12 } 13 14 int main(int argc ,char * argv[]) 15 { 16 printf_test(); 17 return 0; 18 }
编译:
gcc -o printf_test printf_test.c
运行输出:
1 hello word 2 This is www.100ask.org my_printf test 3 test char =A,a 4 test decimal number =123456 5 test decimal number =-123456 6 test hex number =0X55aa55aa 7 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
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\n",format); return 0; } int main(int argc,char **argv) { printf("sizeof(char )=%d\n",sizeof(char )); printf("sizeof(int )=%d\n",sizeof(int )); printf("sizeof(char *)=%d\n",sizeof(char *)); printf("sizeof(char **)=%d\n",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。