串口USART（续二）

通过前面的分析知道，在LPC824中，USART所拥有的配置寄存器有很多，但在一般情况下，如果只是简单地使用收发功能，则只需要使用到配置寄存器CFG、波特率发生器寄存器BRG、中断使能读取和置位寄存器INTENSET、中断状态寄存器INTSTAT、接收器数据寄存器RXDAT、发送器数据寄存器TXDAT等6个主要寄存器，其余的寄存器取默认值即可。下面就来看一个实例。

例子：要求LPC824把USART接收到的数据原样发送回去，波特率115200，8位数据位，1位停止位。

完整代码如下。

#include <LPC82x.h>
//************************串口初始化***********************************
void uart_init(void)
{
LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL|=1<<7; //开启SWM时钟
LPC_SWM->PINASSIGN0 &= ~0xFFFF;
LPC_SWM->PINASSIGN0 |= 0x04;
LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL &= ~(1<<7); //关闭SWM时钟（使用完之后记得关闭，节省功耗）
LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= 1<<14; //开启USART0时钟
LPC_SYSCON->PRESETCTRL &= ~(1<<3); //开启复位USART0
LPC_SYSCON->PRESETCTRL |= (1<<3); //关闭复位USART0
LPC_USART0->CFG &= ~(1<<0); //串口USART0禁止
LPC_USART0->CFG|=1<<2; //配置USART0为8位数据方式
LPC_SYSCON->UARTCLKDIV = 1;
LPC_SYSCON->UARTFRGDIV = 0xFF;
LPC_SYSCON->UARTFRGMULT = 0; //配置串口的外设时钟U_PCLK
LPC_USART0->BRG = 12; //配置USART0的波特率为115200
LPC_USART0->CFG |= 1<<0; //串口USART0使能
}

//***************************主函数************************************
int main(void)
{
uart_init();
LPC_USART0->INTENSET |= 1<<0; //使能串口接收中断
NVIC_ClearPendingIRQ(UART0_IRQn); //清除挂起的中断
NVIC_EnableIRQ(UART0_IRQn); //使能NVIC串口中断
while(1)
;
}
//************************串口中断***********************************
void UART0_IRQHandler(void)
{
// if(LPC_USART0->STAT & 0x1)
if(LPC_USART0->INTSTAT & 0x1) //如果是接收到数据的中断
LPC_USART0->TXDAT = LPC_USART0->RXDATSTAT; //把接收到的数据发送出去
}

从上述代码中可以看出，在默认状态下，LPC824是没有把USART（包括USART0~USART2）的引脚映射到芯片的物理引脚上的，所以初始化串的第一步，就要把串口所需要的引脚映射出来。 在上述程序中，通过操作开关矩阵寄存器SWM，把USART0的RXD和TXD引脚分别映射到了PIO0_0和PIO0_4物理引脚上。引脚映射完成后，要关闭SWM时钟，以节约能耗。接下来需要开启USART0的时钟，并对其进行一次复位操作。开启USART0的时钟，配置的是SYSAHBCLKCTRL寄存器，详见前面时钟配置部分。复位USART0配置的是PRESETCTRL寄存器，详见前面多速率定时器部分。

接下来配置CFG寄存器，使能USART0，设置为8位数据方式。本例的波特率为115200，为了弄清波特率的配置，需要先讨论一下在LPC824中，串口的波特率是如何进行计算的。

先来看一下LPC824的USART时钟结构，如下图所示。

从图中可以看到USART的时钟分为两个部分，第一部分是由系统时钟（system clock）提供的USART模块时钟，它为整个USART模块提供正常工作所需的时钟，受SYSAHBCLKCTRL寄存器第15到17位的控制（详见前面时钟配置部分）。第二部分是由主时钟（main clock）分频后提供一个统一的外设时钟（U_PCLK），外设时钟再经由各自（USART0~USART2）的波特率时钟发生器，为各自的异步通信提供独立的波特率。

外设时钟的值为：U_PCLK = FRGCLKDIV/(1+MULT/DIV)。三个USART模块共用一个外设时钟，并且在需要时共用一个带小数的波特率发生器。

上面公式中的FRGCLKDIV项由USART时钟分频器寄存器UARTCLKDIV来实现，下面给出的是它全部位结构，其字节地址为0x40048094。

（1）第0到7位（DIV）为USART小数波特率生成器时钟分频器值，值从0到255，分别对应相应的分频值，其中值为0时时钟被禁止。
（2）第8到31位为保留位。

公式中的MULT项由USART小数生成器乘法器值寄存器UARTFRGMULT来实现，下面给出的是它全部位结构，其字节地址为0x400480F4。

（1）第0到7位（MULT）为小数分频器分子，MULT等于设定值。
（2）第8到31位为保留位。

公式中的DIV项由USART小数生成器分频器值寄存器UARTFRGDIV来实现，下面给出的是它全部位结构，其字节地址为0x400480F0。 

  (1）第0到7位（DIV）为小数分频器分母，DIV等于设定值+1。要使用小数波特率生成器，应当始终设为0xFF。
（2）第8到31位为保留位。

UARTFRGDIV寄存器位于分母上，其默认值为0，表明默认时分频不启用小数部分，如果分频需要启用小数部分，则它的值只能是255（即0xFF）。如果在启用后位于分子的UARTFRGMULT寄存器的值为0（默认值），则小数分频仍为1分频，即不分频，除非UARTFRGMULT的值大于0。综上所述，默认状态下不启用分频的小数部分，若要启用则UARTFRGDIV及UARTFRGMULT两个寄存器的值都不为0。

配置上述三个寄存器，可以得到一个统一的外设时钟U_PCLK。注意，U_PCLK时钟并不区分是哪个USART模块的，它是三个USART模块共用的时钟，如果USART0~USART2三个模块的波特率不一致，则还需要配置各自模块内的USART波特率发生器寄存器BRG，该寄存器的具体位结构参见前面“串口USART（续一）”部分。每个USART模块的波特率为：Baud rate＝U_PCLK/(16×(BRGVAL+1))。

下面总结一下计算波特率的步骤：

1、主时钟（main clock）先除以UARTCLKDIV中的分频值，得到分频以后的时钟，如果分频值为1，则分频后的值与主时钟一致。

2、如果启用了分频的小数部分，则把第1步中得到的分频值再乘以小数部分，得到的值即为U_PCLK时钟，小数部分的值按公式 1/(1+UARTFRGMULT/256)进行计算。若未启用小数部分，则第1步中得到的分频值即为U_PCLK时钟。

3、对上面得到的U_PCLK时钟进行16的倍数的再分频，倍数值即为BRG寄存器的值加1（BRGVAL+1），再分频后的时钟值即为最终的波特率。

4、有时无论如何取三个寄存器的值，得到的波特率都不会完全等于预期值，仍会有一定的误差，一般来说只要该误差控制在2%以内，USART的异步通信就可以正常工作了。

另外，在LPC824中，波特率时钟一般是实际波特率的16倍（默认为16倍，可在过采样选择寄存器OSR中进行配置），这种超采样允许将数据采样时间集合到一个通信位的单元中，并可通过从接收数据中取三次采样来降低噪声和实行检测。比如说，在接收到的某一个位上是高电平1，按传统的方式只对该位采样一次，而在LPC824中会采样三次，若三次都为高电平则表明该位是1，若三次采样中有一次是低电平，则表明通信上存在噪声干扰，此时虽然该位仍然是1，但LPC824会在RXDATSTAT、STAT及INTSTAT寄存器中标记一个位（第15位），以供程序进行通信噪声检测。

在前面的示例程序中，要配置波特率为115200，则各寄存器的取值如下：UARTCLKDIV=1， UARTFRGMULT=0，UARTFRGDIV=255（DIV等于设定值+1），BRGVAL=12。计算如下。

主时钟（main clock）为24MHz。

U_PCLK的分频值为：1/（1+0/256）=1，即1分频，则外设时钟U_PCLK的值也为24MHz。

波特率为：Baud rate＝24000000/(16×(12+1))=115384，该值最为接近115200，误差仅为0.2%以内。

同理，如果要把波特率改为9600，则各寄存器的取值改为如下：UARTCLKDIV=1， UARTFRGMULT=64，UARTFRGDIV=255，BRGVAL=124。通过这样的配置，可准确的产生出9600的波特率，没有误差。当然，也可以有其他配置，比如：UARTCLKDIV=2， UARTFRGMULT=0，UARTFRGDIV=255，BRGVAL=77。但这个配置存在误差，经过计算，该误差仍控制在0.2%以内。下表给出在24MHz的主时钟下，能产生出一部分精确波特率的配置情况。

 

在前面的示例程序中，采用了接收中断的方式来实现，在中断服务程序中，由于响应的是USART的NVIC中断，所以需要判断一下具体是什么类型的USART中断，有两种方式，一种是通过读取INTSTAT寄存器来判断，另一种是通过读取STAT寄存器来判断，效果是一样的。此外，在配置CFG寄存器时，一般建议先把该USART禁能，等配置完成后再使能，以避免出错。

该示例程序只是以最简单的方式来验证USART的异步收发功能，在实际的项目应用中，应该结合LPC824中丰富的各个串口配置寄存器，把USART的通信程序做的即高效又健壮，这里就不再进行深入讨论了。