2019年04月02日 | 模拟串口UART的实现

最近在调的MCU的型号为STM32F030，配置芯片相较之前的MCU都比较简单，功能配置很顺利。但是在写串口程序的时候，发现串口一直不通，使用示波器也没有波形。因为基本的串口通讯线只有Tx和Rx两根线，配置也相对简单，8位数位，1位停止位，9600波特率。协议结构为 起始位(低电平)+8位数据(低位在前)+1位停止位(高电平)，例如发送字节0x55，即电平为低 高低高低高低高低 高。电平转换的间隔时间为1s/9600 = 104us

以上均为理论分析过程，检查代码对串口的配置都没有发现错误。最终排查的结果是硬件工程师画原理图和PCB图时将串口的Tx和Rx画反了！由于某些原因板子已经量产了，故只能通过改软件来实现串口的功能，在网上找了一下发现模拟串口可行性可以，故动手写了一下模拟串口。

串口通讯需要模拟两根线(Tx和Rx)的时序，模拟串口的主要思路如下：

发送部分比较简单，按照 起始位(低电平)+8位数据(低位在前)+1位停止位(高电平)，间隔时间104us，即可。

接收部分有点复杂，需要配置一个外部中断，用于检测低电平信号，还需要一个定时器，用于读取有效数据。

下面将代码附上：

发送IO口初始化

/*!

 * @brief 模拟串口1 TX IO口配置

 * @param none

 * @return none

 * @note Tx(PA10)

 */

void MUSART1_TX_init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;  

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_UP;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 

    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_10);

}

接收IO口初始化

/*!

 * @brief 模拟串口1 RX IO口配置

 * @param none

 * @return none

 * @note Rx(PA9)

 */

void MUSART1_RX_init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);    //!<外部中断时钟

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;  

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_UP;

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 

    SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOA,EXTI_PinSource9);  

    EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line9;  

    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;  

    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;    //下降沿中断

    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;  

    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); 

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI4_15_IRQn;  

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPriority=0x01;  

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;  

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

定时器初始化

/*!

 * @brief 定时器14初始化 

 * @param

 * @return NONE

 * @note 103us定时器,用于串口数据采样

 */

void Time14Init(void)

{

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimerBaseStruct;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM14, ENABLE);   //!<时钟使能

    TIM_DeInit(TIM14);     //!

    TIM_TimerBaseStruct.TIM_Period=103;          //!<设置重载寄存器初值 (设置为103，即：定时104us)

    TIM_TimerBaseStruct.TIM_Prescaler=7;      //!<使用内部8M时钟，分频8(7+1)，8M/8 = 1000000，故数1000000(999999+1)下，达1秒

    TIM_TimerBaseStruct.TIM_ClockDivision=0;     //!<不分频

    TIM_TimerBaseStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //!<设置计数器向上计数模式

    TIM_TimeBaseInit(TIM14,&TIM_TimerBaseStruct);

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM14_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPriority=2;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    TIM_ClearITPendingBit(TIM14, TIM_FLAG_Update);

    TIM_ITConfig(TIM14,TIM_IT_Update,ENABLE);      //!<使能TIM1中断源

    TIM_Cmd(TIM14,DISABLE);                          //!<禁能TIM1定时器

}

发送数据函数

uint32 delayTime =99; //!<9600，理论值为104但实际测下来99时效果最好

/*!

 * @brief 模拟串口1发送一个字节

 * @param

 * @return none

 * @note 数据低位在前高位在后

 */

void MUSART1_SendData(uint8 data)

{

uint8 i = 0;

TX_L(); //!<起始位

delay_us(delayTime);

for(i = 0; i < 8; i++){

if(data & 0x01)

TX_H();

else

TX_L();

delay_us(delayTime);

data >>= 1;

}

TX_H(); //!<停止位

delay_us(delayTime);

}

接收数据，外部中断起始接收

/*!

 * @brief 串口接收IO中断处理函数

 * @param none

 * @return NONE

 * @note none

 */

void EXTI4_15_IRQHandler(void)

{

if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line9) != RESET){

if(RX_READ() == 0x00){

if(rx_state >= STATE_STOP){

recvData = 0;

rx_state = STATE_START;

delay_us(50);

TIM_Cmd(TIM14, ENABLE); //!<打开定时器，接收数据

}

}

        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line9);

    }

}

接收数据，定时器中断接收数据

/*!

 * @brief 定时器1中断处理函数

 * @param

 * @return NONE

 * @note  

 */

void TIM14_IRQHandler(void)

{

if(TIM_GetITStatus(TIM14, TIM_IT_Update) != RESET){

  rx_state++;                         //!<改变状态机

if(rx_state == STATE_STOP){

TIM_Cmd(TIM14, DISABLE);    //!<关闭定时器

usart_getByte();            //!<接收到停止位之后，处理数据recvData

return;                     //!<返回

}

if(RX_READ()){

recvData |= (1 << (rx_state - 1));

}else{

recvData &= ~(1 <<(rx_state - 1));

}

TIM_ClearITPendingBit(TIM14, TIM_FLAG_Update);

}

}

其他说明

typedef enum{

STATE_START=0,

STATE_BIT0,

STATE_BIT1,

STATE_BIT2,

STATE_BIT3,

STATE_BIT4,

STATE_BIT5,

STATE_BIT6,

STATE_BIT7,

STATE_STOP

}RX_STATE;

RX_STATE rx_state = STATE_STOP;

uint8 recvData=0;    //!<接收的一个字节数据，全局变量

至此，模拟串口的代码及原理均已描述完成。单独的串口通讯并没有问题，但是在实际应用中采取了一种特殊的“总线”形式。

本次写的是从机部分的代码，从机接收数据并没有问题，但是在发送数据时，由于所有的从机Tx都挂载在同一根Tx上，并且从机Tx空闲状态时一直是高电平，导致指定从机的起始信号发不出去。故需要再做以下处理，解决以上问题。

当接收到的数据包中的ID为本从机ID时将Tx拉高，否则拉低，这样能够保证当指定ID的从机发送数据时有且只有一个从机再总线上发送数据(其他从机的Tx主动离线)。

好了就记录这么多。