2023年嵌入式實(shí)驗(yàn)報(bào)告ARM的串行口實(shí)驗(yàn)

貴州大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院:專業(yè)：班級(jí):姓名學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)時(shí)間0５.03指導(dǎo)教師余佩嘉成績(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱ARM的串行口實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?１.掌握AＲM的串行口工作原理2.學(xué)習(xí)編程實(shí)現(xiàn)ＡRM的UART通訊３.掌握CPU運(yùn)用串口通訊的方法實(shí)驗(yàn)原理1．異步串行I/O異步串行方式是將傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)字符一位接一位(例如先低位、后高位)地傳送。數(shù)據(jù)的各不同位可以分時(shí)使用同一傳輸通道,因此串行Ｉ／O可以減少信號(hào)連線,最少用一對(duì)線即可進(jìn)行。接受方對(duì)于同一根線上一連串的數(shù)字信號(hào)，一方面要分割成位，再按位組成字符。為了恢復(fù)發(fā)送的信息,雙方必須協(xié)調(diào)工作。在微型計(jì)算機(jī)中大量使用異步串行Ｉ／O方式，雙方使用各自的時(shí)鐘信號(hào)，并且允許時(shí)鐘頻率有一定誤差，因此實(shí)現(xiàn)較容易。但是由于每個(gè)字符都要獨(dú)立擬定起始和結(jié)束(即每個(gè)字符都要重新同步)，字符和字符間還也許有長(zhǎng)度不定的空閑時(shí)間，因此效率較低。圖3-1給出異步串行通信中一個(gè)字符的傳送格式。開始前,線路處在空閑狀態(tài)，送出連續(xù)“１”。傳送開始時(shí)一方面發(fā)一個(gè)“0”作為起始位,然后出現(xiàn)在通信線上的是字符的二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)。每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位長(zhǎng)可以約定為5位、6位、7位或8位，一般采用ASCIＩ編碼。后面是奇偶校驗(yàn)位，根據(jù)約定,用奇偶校驗(yàn)位將所傳字符中為“１”的位數(shù)湊成奇數(shù)個(gè)或偶數(shù)個(gè)。也可以約定不要奇偶校驗(yàn),這樣就取消奇偶校驗(yàn)位。最后是表達(dá)停止位的“1”信號(hào)，這個(gè)停止位可以約定連續(xù)１位、1.5位或2位的時(shí)間寬度。至此一個(gè)字符傳送完畢，線路又進(jìn)入空閑，連續(xù)為“1”。通過一段隨機(jī)的時(shí)間后,下一個(gè)字符開始傳送才又發(fā)出起始位。每一個(gè)數(shù)據(jù)位的寬度等于傳送波特率的倒數(shù)。微機(jī)異步串行通信中，常用的波特率為5０，９5,11０,１50，３0０，6０0,1２00，2400,4800,９60０等。接受方按約定的格式接受數(shù)據(jù)，并進(jìn)行檢查，可以查出以下三種錯(cuò)誤:1）奇偶錯(cuò):在約定奇偶檢查的情況下,接受到的字符奇偶狀態(tài)和約定不符。2）幀格式錯(cuò)：一個(gè)字符從起始位到停止位的總位數(shù)不對(duì)。3)溢犯錯(cuò):若先接受的字符尚未被微機(jī)讀取,后面的字符又傳送過來，則產(chǎn)生溢犯錯(cuò)。每一種錯(cuò)誤都會(huì)給出相應(yīng)的犯錯(cuò)信息,提醒用戶解決。２.串行接口的物理層標(biāo)準(zhǔn)通用的串行Ｉ/O接口有許多種，現(xiàn)僅就最常見的兩種標(biāo)準(zhǔn)作簡(jiǎn)樸介紹。１)EIＡRＳ—232C這是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)推薦的一種標(biāo)準(zhǔn)(ElｅcｔroniｃinduｓtrieｓAsｓociationRecｏiｌ-mendedStandard)。它在一種2５針接插件(DＢ—25)上定義了串行通信的有關(guān)信號(hào)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)后來被世界各國(guó)所接受并使用到計(jì)算機(jī)的I/Ｏ接口中。⑴信號(hào)連線在實(shí)際異步串行通信中，并不規(guī)定用所有的RS—232Ｃ信號(hào)，許多ＰC/ＸＴ兼容機(jī)僅用15針接插件（DB—１5)來引出其異步串行Ｉ／Ｏ信號(hào),而ＰC中更是大量采用9針接插件(DB—９)來?yè)?dān)當(dāng)此任,因此這里也不打算就RS—23２C的所有信號(hào)作具體解釋。圖3－2給出兩臺(tái)微機(jī)運(yùn)用RS—２32C接口通信的聯(lián)線(無MODEM），我們按DＢ—２5的引腳號(hào)標(biāo)注各個(gè)信號(hào)。下面對(duì)圖3－2中幾個(gè)重要信號(hào)作簡(jiǎn)要說明。保護(hù)地通信線兩端所接設(shè)備的金屬外殼通過此線相聯(lián)。當(dāng)通信電纜使用屏蔽線時(shí),常運(yùn)用其外皮金屬屏蔽網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。由于各設(shè)備往往已通過電源線接通保護(hù)地,因此,通信線中不必反復(fù)接此地線（圖中用虛線表達(dá)）。例如使用9針插頭(DＢ—9）的異步串行I/O接口就沒有引出保護(hù)地信號(hào)。TXD／RXＤ是一對(duì)數(shù)據(jù)線,TXD稱發(fā)送數(shù)據(jù)輸出，RXD稱接受數(shù)據(jù)輸入。當(dāng)兩臺(tái)微機(jī)以全雙工方式直接通信(無MODEM方式)時(shí),雙方的這兩根線應(yīng)交叉聯(lián)接(扭接)。信號(hào)地所有的信號(hào)都要通過信號(hào)地線構(gòu)成耦合回路。通信線有以上三條(ＴXD、RXD和信號(hào)地）就能工作了。其余信號(hào)重要用于雙方設(shè)備通信過程中的聯(lián)絡(luò)（握手信號(hào)），并且有些信號(hào)僅用于和MＯDEM的聯(lián)絡(luò)。若采用微型機(jī)對(duì)微型機(jī)直接通信,且雙方可直接對(duì)異步串行通信電路芯片編程,若設(shè)立成不要任何聯(lián)絡(luò)信號(hào),則其它線都可不接。有時(shí)在通信線的同一端將相關(guān)信號(hào)短接以“自握手”方式滿足聯(lián)絡(luò)規(guī)定。這就是如圖3-2（a)所示的情況。ＲＴS／CTS請(qǐng)求發(fā)送值號(hào)RTS是發(fā)送器輸出的準(zhǔn)備好信號(hào)。接受方準(zhǔn)備好后送回清除發(fā)送信號(hào)ＣTS后，發(fā)送數(shù)據(jù)開始進(jìn)行，在同一端將這兩個(gè)信號(hào)短接就意味著只要發(fā)送器準(zhǔn)備好即可發(fā)送。DCD載波檢測(cè)(又稱接受線路信號(hào)檢測(cè)）。本意是MODEＭ檢測(cè)到線路中的載波信號(hào)后,告知終端準(zhǔn)備接受數(shù)據(jù)的信號(hào),在沒有接MODEＭ的情況下，也可以和RTS、CTS短接。相對(duì)于MODＥM而言,微型機(jī)和終端機(jī)同樣被稱為數(shù)據(jù)終端DTE(Dａt(yī)ａTerminalEquipｍｅnt)而MＯＤEM被稱為數(shù)據(jù)通信裝置DＣE(DaｔaCｏmmunicａt(yī)ionsＥｑuｉpment）,ＤTE和ＤＣE之間的連接不能像圖３-2中有“扭接”現(xiàn)象,而應(yīng)當(dāng)是按接插件芯號(hào),同名端相應(yīng)相接。此處介紹的ＲＳ—２32C的信號(hào)名稱及信號(hào)流向都是對(duì)DTE而言的。DTR／DSR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好時(shí)發(fā)DTR信號(hào)，在收到數(shù)據(jù)通信裝置裝備好DSR信號(hào)后,方可通信。圖３-2(a）中將這一對(duì)信號(hào)以“自握手”方式短接。R1原意是在ＭODEM接受到電話互換機(jī)有效的撥號(hào)時(shí)，使ＲI有效，告知數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備傳送。在無MOＤＥM時(shí)也可和DTR相接。圖3-2(b)給出了無MODEＭ情況下,DTE對(duì)DTE異步串行通信線路的完整連接，它不僅適用于微型機(jī)和微型機(jī)之間的通信，還合用于微型機(jī)和異步串行外部設(shè)備（如終端機(jī)、繪圖儀、數(shù)字化儀等)的連接。⑵信號(hào)電平規(guī)定ＲＳ—232Ｃ規(guī)定了雙極性的信號(hào)邏輯電平:-3V到-２5V之間的電平表達(dá)邏輯“1”。+3V到+25V之間的電平表達(dá)邏輯“0”。因此這是一套負(fù)邏輯定義。以上標(biāo)準(zhǔn)稱為EIA電平。ＰC/ＸT系列使用的信號(hào)電平是－12V和＋1２Ｖ，符合EIA標(biāo)準(zhǔn),但在計(jì)算機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的信號(hào)都是TTL電平，因此這中間需要用電平轉(zhuǎn)換電路。常用芯片ＭCl48８或SN７5150將TＴL電平轉(zhuǎn)換為ＥIA電平,MCｌ48９或SN７5154將EＩA電平轉(zhuǎn)換為ＴＴL電平。PC／ＸT系列以這種方式進(jìn)行串行通信時(shí)，在波特率不高于96０0的情況下,理論上通信線的長(zhǎng)度限制紐為１5米。2)2０mA電流環(huán)20mA電流環(huán)并沒有形成一套完整的標(biāo)準(zhǔn)，重要是將數(shù)字信號(hào)的表達(dá)方法不使用電子的高低，而改用20mＡ電流的有無:“1”信號(hào)在環(huán)路中產(chǎn)生20mA電流；“0”信號(hào)無電流產(chǎn)生。當(dāng)然也需要有電路來實(shí)現(xiàn)TTL電平和20ｍＡ電流之間的轉(zhuǎn)換。圖3－３是PC／XT微機(jī)中使用的一種２０mA電流環(huán)接口。當(dāng)發(fā)送方SＯUＴ＝1時(shí),便有20mA電流灌入接受方的光耦合器,于是光耦合器導(dǎo)通，使SIN=１。反之當(dāng)發(fā)送方SＯUT=０時(shí)環(huán)路電流為零，接受方光耦合器截止,SIN=0。顯然,當(dāng)規(guī)定雙工方式通信時(shí),雙方都應(yīng)各有收發(fā)電路,通信聯(lián)線至少要4根。由于通信雙方運(yùn)用光耦合器實(shí)現(xiàn)電氣上隔離,并且信號(hào)又是雙端回路方式,故有很強(qiáng)的抗干擾性，可以傳送遠(yuǎn)至1千米的距離?！埃啊薄ⅰ?”信號(hào)的表達(dá)方法不同外,其他方面(如字符的傳輸格式)常借用RS—２32Ｃ標(biāo)準(zhǔn)。因此PC／ＸＴ微機(jī)中的異步串行信道接口往往將這兩種標(biāo)準(zhǔn)做在一起，實(shí)際通過跨接線從兩者中擇一使用。AＲＭ自帶三個(gè)ＵART端口，每個(gè)UARＴ通道都有１6字節(jié)的ＦIFO(先入先出寄存器)用于接受和發(fā)送。用系統(tǒng)時(shí)鐘最大波特率可達(dá)２30.4Ｋ，假如用外部時(shí)鐘(UCLＫ)ＵARＴ可以以更高的波特率運(yùn)營(yíng)。S3Ｃ2４10XUＡRT涉及可編程波特率,紅外發(fā)送／接受,插入一個(gè)或兩個(gè)停止位，5字節(jié)，６字節(jié),7字節(jié)，或８字節(jié)數(shù)據(jù)寬度和奇偶校驗(yàn)。其特點(diǎn)是：－--－-基于ＤMA或者中斷操作的RxD0,ＴxD０,ＲｘＤ1,ＴxD1,RｘD２，ＴxD2。--－--涉及IrＤＡ１.０和1６字節(jié)FＩFO的UAＲT通道0,1，2。--－－-涉及nRTS0，nCTS0,nＲTS１和nCＴＳ1的UＡＲT通道。----－支持握手方式的接受/發(fā)送與ＵARＴ有關(guān)的寄存器重要有以下幾個(gè)：（1)UAＲT線控制寄存器涉及ULCＯN０，ULCＯN1和ＵLＣOＮ２,重要用來選擇每幀數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)，奇偶校驗(yàn)?zāi)Ｊ郊笆欠袷褂眉t外模式，如表３-１，3-２所示。(２）UＡRT控制寄存器涉及UＣＯN0,UCＯN１ａｎdUCON2,重要用來選擇時(shí)鐘，接受和發(fā)送中斷類型（即電平還是脈沖觸發(fā)類型),接受超時(shí)使能，接受錯(cuò)誤狀態(tài)中斷使能，回環(huán)模式，發(fā)送接受模式等。如表3-３，3-4所示(3）UARＴ錯(cuò)誤狀態(tài)寄存器涉及UEＲＳＴAT0,UERSTAＴ１andUERSTAT2,此狀態(tài)寄存器的相關(guān)位表白是否有幀錯(cuò)誤或溢犯錯(cuò)誤發(fā)生。如表3-5,3-6所示（）在ＵART模塊中有三個(gè)接受/發(fā)送狀態(tài)寄存器，涉及ＵTRSＴAT0,UTRSTAT1和UＴRSＴAT2。如表3-７,3-８所示：(）ＵEＲＳＴAT0,UERSTAT1anｄUERSTAＴ2(2）在ＵART模塊中有３個(gè)UART發(fā)送緩沖寄存器,涉及UＴXH0，ＵTＸH１和UＴＸH2,UTＸHn有8位發(fā)送數(shù)據(jù)。如下表3－9:(3)在UART模塊中有3個(gè)UARＴ接受緩沖寄存器,涉及UＲXH0，URXＨ１和ＵＲXH2，UＲXHｎ有8位接受數(shù)據(jù)。如表３-11：注意：當(dāng)發(fā)生溢犯錯(cuò)誤時(shí),必須讀URXHn。否則,即使ＵEＲSTＡTn的溢出位已經(jīng)清零，下個(gè)已接受數(shù)據(jù)也會(huì)產(chǎn)生溢犯錯(cuò)誤。()UART波特率因子寄存器ＵART涉及三個(gè)波特率因子寄存器UBＲDIＶ0,UBRDIV１ａndＵBＲDIV2，存儲(chǔ)在波特率因子寄存器(UＢRＤIＶn）中的值決定串口發(fā)送和接受的時(shí)鐘數(shù)率（波特率），計(jì)算公式如下：UBRDＩVｎ=(inｔ)(ＰＣLK/(ｂpsx16))–1或ＵＢRＤIVn=（inｔ）（ＵCＬK/(bpｓｘ16))–1例如:假如波特率是１15200，PCLKor或UＣLＫis是4０MHz,那么UBRDIVｎ:UBRDIVn＝(ｉnt）（40000000/（1１5２00x16))－１=(ｉnt)(21.7)-1=21-1＝20實(shí)驗(yàn)儀器硬件：ARM嵌入式開發(fā)平臺(tái)、PC機(jī)Ｐentium1０0以上、用于ARM９20T的JＴAＧ仿真器、串口線。軟件：PＣ機(jī)操作系統(tǒng)Win20２3或WinXP、ＡＲMADＳ1.２集成開發(fā)環(huán)境、仿真器驅(qū)動(dòng)程序、超級(jí)終端通訊程序。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)編寫串口驅(qū)動(dòng)函數(shù)在主函數(shù)中實(shí)現(xiàn)將從串口０接受到的數(shù)據(jù)發(fā)送到串口0新建工程，將“ＥXP1ARM串口實(shí)驗(yàn)”中的文獻(xiàn)添加到工程中并運(yùn)營(yíng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)串行通訊原理,了解串行通訊控制器,閱讀ARM芯片文檔，掌握ARM的UART相關(guān)寄存器的功能,熟悉ＡRM系統(tǒng)硬件的U