ARM_5_UART总线接口实验

一、总线相关的概念

1.1、总线的含义

定义：总线是不同设备间通信的桥梁

比如：

PC ---------------- UART总线------------------ SOC

SOC（stm32mp157a） --------------- IIC总线 ---------------- 空气温湿度芯片（si7006）

1.2、串行通信和并行通信

1.2.1、串行总线

定义：通信双方只有一根双向的数据线，同一时刻传输数据时，需要1bit位，1bit位传输

比如：UART总线，IIC总线，SPI总线，USB总线，RS485总线，CAN总线

1.2.2、并行总线

定义：通信双方具备多条数据线，同一时刻传输数据时，可以多位收发

比如：显示屏，触摸屏，摄像头驱动

1.3、单工通信、半双工通信、全双工通信

1.3.1、单工通信

定义：通信设备，要么只能发送数据，要么只能接收数据，比如广播

1.3.2、半双工通信

定义：通信设备可以发送数据也可以接收数据，但同一时刻，只能发或只能收，如对讲机

1.3.3、全双工通信

定义：通信设备可以发送数据也可以接收数据，同一时刻，既能发也能收，如手机

半双工通信：IIC总线，RS485总线，CAN总线

全双工通信：UART总线，SPI总线

1.4、同步通信和异步通信

1.4.1、同步通信

通信双方共用相同的时钟源，能做到数据接收和数据发送的同步性

1.4.2、异步通信

通信双方使用各自的时钟源进行通信

注意：想要实现异步通信双方数据收发准确性，需要将通信双方的通信速率和通信协议等配置成相同的

1.5、不同总线的特性

1.5.1、UART总线

异步串行全双工总线

UART总线别名：串口通信

1.5.2、IIC总线

同步串行半双工总线

1.5.3、SPI总线

同步串行全双工总线

二、UART总线的硬件连接

2.1、串口通信的硬件（DB9）

2.2、串口通信硬件（DB9）的引脚定义

注意：虽然串口通信需要使用到DB9公/母头，DB9具备9个引脚，但是实际开发中，使用DB9实现串口通信只需要3个线，如下图

串口通信的三线制：

1、TXD线（数据发送线）

2、RXD线（数据接收线）

3、GND线（地线）

2.3、串口的硬件连接

2.3.1、通过USB转串口线的方式

2.3.2、 ST-Link转接器连接方式

2.3.3、通过USB转串口板的连接方式

三、串口的通信协议（重点）

波特率：串口通信时，1s（1秒）接收或者发送数据的位数，单位bps(bit / s)

常见的波特率：4800 9600 115200

基于下图乱码可得：

串口通信的双发需要配置好UART通信的波特率和协议，才能准确收发正确的数据

常见的串口通信协议：8N1

四、分析原理图

主板原理图：FS_MP1A.pdf（第1页）

主板原理图：FS_MP1A.pdf（第14页）

主板原理图：FS_MP1A.pdf（第5页）

UART4_TX的引脚：PG11

UART4_RX的引脚：PB2

五、分析芯片手册

5.1、分析框图

基于框图可知：

1、需要分析各个外设控制器的基地址

2、需要分析RCC章节

3、需要分析GPIO章节

4、需要分析UART章节

5.2、分析2.5.2章节找RCC GPIOB GPIOG UART4的基地址

芯片手册（2.5.2章节）

由上图可知：

1、RCC的基地址：0x50000000

2、GPIOB的基地址：0x50003000

3、GPIOG的基地址：0x50008000

4、UART4的基地址：0x40010000

5.3、分析RCC章节

芯片手册（第10章节）

由上图可知：

1、RCC_MP_AHB4ENSTER[1] = 0b1           使能GPIOB相关外设

2、RCC_MP_AHB4ENSTER[6] = 0b1         使能GPIOG相关外设

3、RCC_MP_APB1ENSTER[16] = 0b1          使能GPIOB相关外设

5.4、分析GPIO章节

5.4.1、GPIO介绍

5.4.2、GPIOx_MODER寄存器

由上图可知：

1、GPIOB_MODER[ 5 : 4 ] = 0b10 设置PB2引脚为复用功能

2、GPIOG_MODER[ 23 : 22 ] = 0b10 设置PG11引脚为复用功能

5.4.3、GPIOx_AFRL寄存器

现在需要查看stm32mp157a.pdf的第4章节的表8和表9查看AF0-15对应的模式

由上图可知：

GPIOB_AFRL[11:8] = 0b1000 将PB2引脚配置为UART4_RX的复用功能

5.4.4、GPIOx_AFRH寄存器

由上图可知：

GPIOG_AFRH[15 : 12] = 0b110 将PG11引脚配置为UART4_TX的复用功能

5.5、分析UART章节

5.5.1、UART章节介绍

UART的框图：

5.5.2、USART_CR1寄存器

由上图可知：

        1、设置8位数据位：USART_CR1[28] = 0b0, USART_CR1[12] = 0b0

2、设置16倍的采样率：USART_CR1[15] = 0b0

        3、禁止校验位：USART_CR1[10] = 0b0

        4、使能发送寄存器：USART_CR1[3] = 0b1

        5、使能接收寄存器：USART_CR1[2] = 0b1

        6、使能串口：USART_CR1[0] = 0b1

5.5.3、USART_CR2寄存器

由上图可知：

配置1位停止位：USART_CR2[13:12] = 0b00

5.5.4、USART_BRR寄存器

由上图可知：

波特率计算公式在stm32mp157a-datasheet.pdf的53.5.7可见

想要设置波特率为115200bps，就需要设置BRR[15:0] = 0x22B（采样率over8 = 0需要在BRR寄存器设置前完成）

5.5.5、USART_ISR寄存器

由上图可知：

USART4_ISR[7] 判断此位是否为1

5.5.6、USART_RDR寄存器

由上图可知：

通过串口接收到的数据会被存档到USART_RDR寄存器中，程序员需要读取RDR寄存器中的数值

5.5.7、USART_TDR寄存器

由上图可知：

我们想要通过串口发送数据，就需要向USART_TDR寄存器中写入数值

5.5.8、USART_PRESC寄存器

由上图可知：

对时钟信号进行不分频操作：USART_PRESC[3:0] = 0b0000

任务：

1、串口字符打印，当串口工具输入a时，串口工具回显b

        （回显时ASSCI自动追加1）

2、串口字符串打印，当在串口工具输入this is me后，回车，串口工具再次打印this is me

        (串口把收到的字符串给换回来，需要换行并在行首重新打印)

3、串口控制led灯实验，当串口工具输入led1_on时，led1灯亮

4、总结UART通信的理论知识

        4.1> UART是几线制？

        4.2> UART的特性？

        4.3> 串口通信协议？

5、面试题：你是如何通过UART总线进行串口工具显示的？

        1> 使用UART总线前需要配置哪些东西？

        2> 如何配置的？

        3> 实现串口收发时，需要注意哪些内容？