一百三十四、串口通信
134.1 串口的概念
- 串口（UART）：Universal asynchronous receiver transmitter (USART/UART)，通用异步接收发送器
- 通过串口可以实现两个不同机器之间的信息交互
- 串口通信属于总线通信的一种
134.2 总线的概念
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总线就是不同机器之间或者机器内部进行信息交互的媒介
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总线可以分为内部总线和外部总线
- 内部总线：在芯片内部链接核心和不同外设的总线被称为内部总线。根据内部总线上传输的数据的不同可以将内部总线分为三类：地址总线，数据总线，控制总线
- 外部总线：连接芯片和芯片外部其他设备的总线
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外部总线根据各自特性的不同，有三种不同的划分标准：
- 同步、异步
- 单工、半双工、全双工
- 串行、并行
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常用的外部总线有uart、IIC\SPI\can\RS485
- 串口：异步全双工串行通信
- IIC：同步半双工串行
- SPI：同步全双工串行
- RS485：异步半双工串行通信
134.3 总线的划分标准
134.3.1 串行、并行划分
- 串行总线通信 ：不同机器之间进行信息交互是同时只能一位一位的进行数据传输
- 并行总线通信 ：不同机器之间进行信息交互是同时可以多位数据进行传输
134.3.2 同步、异步通信
- 同步通信 ：通信的双方在同一个时钟信号作用下进行数据收发，约定好数据收发的时机
- 异步同步 ：通信双方在各自的时钟信号下进行通信
134.3.3 全双工、半双工、单工通信
- 单工通信 ：只能一方发送一方接收
- 半双工通信：通信双方可以互相发送接收消息，但是同一时间段只能由一方发送给另一方
- 全双工通信：通信双方可以同时互相发送接收消息
134.4 串口通信常见的硬件连接方式
134.4.1 TTL格式硬件连接
- 一般TTL格式的电平只适用于同一块开发板不同的芯片之间使用，抗干扰能力差
134.4.2 USB转RS232串口
134.4.3 USB转USBmini
134.4.4 STM32MP1A开发板使用的接线方式
134.5 串口通信的通信协议
134.5.1 串口通信的数据帧格式
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一帧数据的组成：
- 起始位 ：1bit，数据开始传输的标识，低电平
- 数据位 ：5-8bit,双方传输的数据
- 校验位 ：1bit(可有可无)，用于校验数据是否正常传输
一般校验位设置为奇偶校验 奇校验：设置了奇校验之后一帧数据传输完成，数据位中的1的个数+校验位1的个数应该为奇数 0XFE->1111 1110 此时这个数据传输完毕校验位应该为0 0XFF->1111 1111 此时这个数据传输完毕校验位应该为1 偶校验：设置了偶校验之后一帧数据传输完成，数据位中的1的个数+校验位1的个数应该为偶数 0XFE->1111 1110 此时这个数据传输完毕校验位应该为1 0XFF->1111 1111 此时这个数据传输完毕校验位应该为0 - 停止位 ：0.5/1/1.5/2bit，高电平，一帧数据传输结束的标志，停止位后会重新校准双方时钟，误差重新累计
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8N1概念 ：8位数据位，没有校验位，1位停止位
134.5.2 波特率
波特率代表进行数据传输时双方的数据传输速率
波特率 单位 是 bps(bit/s)
常用的波特率 有 4800、9600、115200
134.6 查看串口的电路原理图
- 通过查询串口电路原理图，当前开发板串口发送线连接在SOC的PG11管脚
- 接收线连接在SOC的PB2管脚
- 由SOC内部的UART4外设负责控制这两个管脚进行串口的数据接收和发送
134.7 软件编程实现串口工作框图分析
134.8 设置GPIOB\GPIOG\UART4时钟使能
134.8.1 GPIO时钟使能
- 将RCC_MP_AHB4ENSETR寄存器的第[1]位和第[6]位设置为1即可使能GPIOB和GPIOG
134.8.2 使能UART4时钟
- 将RCC_MP_APB1ENSETR寄存器的第[16]位设置为1即可使能UART4
134.9 设置PG11和PB2管脚复用为UART4功能
134.9.1 将PG11和PB2设置为复用功能
134.9.2 将PG11和PB2设置为UART4复用功能
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管脚复用功能寄存器1
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管脚复用功能寄存器2
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通过查询寄存器发现一个管脚的复用功能需要寄存器的四位来设置，一个寄存器是32位，只能设置8个管脚的复用功能，而一个GPIO控制器管理了16个管脚，所以需要两个管脚复用功能选择寄存器来进行管脚复用设置
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每一个管脚的复用功能可以设置为AF0-AF15总共16个复用功能，想要直到PG11和PB2管脚到底哪一个功能是UART4功能，需要查询stm32mp157a.pdf文件的第4章节的table8和table9
通过查询两个表，知道:
PB2的UART4复用功能是AF8，所以想要将PB2管脚复用为UART4功能，只需要将GPIOB_AFRL第[11:8]->1000
PG11的UART4复用功能是AF6，所以想要将PG11管脚复用为UART4功能，只需要将GPIOG_AFRH第[15:12]->0110
134.10 UART芯片手册分析
- 波特率设置：
16倍采样，时钟频率64M，115200波特率 USARTDIV=64000000/115200 =0X22B BRR=0X22B 8倍采样 USARTDIV=2*64000000/115200=0X456 0100 0101 0110 BRR[2:0]=011 BRR[3]=0 BRR[15:4]= 0000 0100 0101 - 设置数据长度为8位
USART_CR1[28]->0 USART_CR1[12]->0 - 设置16倍采样
USART_CR1[15]->0 - 设置奇偶检验
不设置奇偶校验，USART_CR1[10]->0 - 使能发送器
USART_CR1[3]->1 - 使能接收器
USART_CR1[2]->1 - 使能串口
USART_CR1[0]->1 - 设置停止位
USART_CR2[13:12]->00表示设置1位停止位 - 设置波特率为115200
16倍采样下 USART_BRR=0X22B
