stm32使用XR20M1172详细攻略·SPI转UART串口

• 1.XR20M1172总结概述

XR20M1172是一块高性能的2通道通用异步接收器和发送器，通常用于串口不够用或外设模块只支持串口的场景中，其输入端有SPI和IIC两种协议可选，输出端两路UART，既可以SPI转串口或IIC转串口。

 

XR20M1172的协议可定制化程度很高，利用寄存器配置可以很灵活的设置各种所需要的场景，如波特率设置、RTS、奇偶校验、特殊字符匹配、发送接收中断、软硬流控、输入输出FIFO、休眠等等，功能很多，但我们在当前项目的使用当中只涉及了少数的必要功能，所以可能描述的会不全面。

 

XR20M1172有很多寄存器，但用户可以访问的寄存器都分配在0x00 ~ 0x0F的16个地址中，其中有很多寄存器是共用同一个地址的，由LCR寄存器和只读/只写权限不同，来决定你当时访问操作的具体是哪一个寄存器。

 

我们在项目中使用XR20M1172这块芯片的背景是，STM32F103的串口不够用了，所以用它来扩展串口，所以下面的内容是基于STM32使用场景，从SPI协议的理论上来讲，这块芯片可以CS很多块同时使用，让你从此告别串口不够用的时代。

• 2.从使用流程到数据收发

如何使用XR20M1172这块芯片，从初始化到发送接收流程如下：

引脚初始化 – 接收中断初始化 – 配置内部寄存器（波特率/输入输出/缓存/串口协议等） - 发送/接收

 

流程很简单对不对？重点还是在配置XR20M1172这个环节。那下面来讲讲MCU与XR20M1172的连接通信。我们本次使用的是STM32的SPI3端连接（SPI3的SCK引脚PB3是用于JTAG的，所以在使用之前需要先屏蔽掉PB3的JTAG功能复用成SPI3-SCK），在设置好XR20M1172与MCU连接的各引脚后（必须要有SCK/RST/MOSI/MISO/NCS）。就需要考虑MCU与XR20M1172的初次通信了。

 

其中NCS在配置好后可以直接片选，如果只用到一个SPI也可以不用复选，其中RST在配置完引脚后一定要复位XR20M1172用于重置内部所有寄存器，复位的方式是拉低RST并保持40ns以上，这个时间长点没事儿，一定要确保各引脚配置正确，尤其MISO引脚，很多SPI项目中都是配置的GPIO_Mode_AF_PP复用模式，鉴于稳定性，可以‘或’上GPIO_Mode_IN_FLOATING浮点模式，RST引脚在初始化完成后一定要拉低复位芯片，不然工作可能会遇到一些莫名的错误，在复位完成后切记一定要再拉高，不然会一直处于复位状态。

 

在引脚配置完成后，配置STM32的内部SPI端口，这里重点要注意的是MCU端的SPI的CPOL和CPHA一定要跟XR20M1172保持一致，不然通信会错，这里我们的STM32配置成：

SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;

SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;

然后DataSize配置成8位，SPI双线全双工，MCU主机模式。

 

在配置XR20M1172的内部寄存器之前我们有必要了解一下其数据读写时序与位格式：

                                          

 

                                           

上面两个图中是XR20M1172数据手册中所给的首字节格式和收发数据时序，XR20M1172收发数据都是连续两个字节为一帧，首字节设定当前操作是要读/写、地址、串口通道，首字节格式格式如上图示。第二个字节保存为要发送或接收的数据。

 

SPI和XR20M1172收发数据都需要通过写操作来给SDA提供时钟信号，所以无论是读还是写，都是由主机MCU给XR20M1172主动发数据，在写操作的时候不保存所返回的数据即可，在读的时候随便给XR20M1172发一个数据来提供时钟信号。

• 3.内部寄存器配置

现在可以讲XR20M1172的内部寄存器配置了。

XR20M1172在使用中会用到的寄存器如下表：

地址	寄存器	读\写	注释
16C550兼容寄存器
0x00	RHR - 接收保持寄存器 THR  - 发送保持寄存器	只读 只写	LCR[7] = 0
0x00	DLL  - 除数LSB	读\写	LCR[7] = 1, LCR ¹ 0xBF
0x01	DLM  - 除数MSB	读\写
0x02	DLD  - 除数分数	读\写	LCR[7] = 1, LCR ¹ 0xBF, EFR[4] = 1
0x01	IER  - 中断使能寄存器	读\写	LCR[7] = 0
0x02	ISR  - 中断状态寄存器 FCR  -  FIFO控制寄存器	只读 只写
0x03	LCR  - 线路控制寄存器	读\写
0x04	MCR  - 调制解调器控制寄存器	读\写	LCR ¹ 0xBF
0x05	LSR  - 线路状态寄存器	只读
0x06	MSR  - 调制解调器状态寄存器	只读
0x07	SPR  -  Scratch Pad Register	读\写
0x06	TCR  - 传输控制寄存器	读\写
0x07	TLR  - 触发电平寄存器	读\写
0x08	TXLVL  - 发送FIFO电平	只读	LCR[7] = 0
0x09	RXLVL  - 接收FIFO级别	只读
0x0A	IODir  - GPIO方向控制寄存器	读\写
0x0B	IOState -GPIO状态寄存器	读\写
0x0C	IOIntEna-GPIO中断使能寄存器	读\写
0x0D	保留
0x0E	IOControl - GPIO控制寄存器	读\写
0x0F	EFCR  - 额外功能控制寄存器	读\写
0x02	EFR  - 增强功能寄存器	读\写	LCR = 0xBF
0x04	Xon-1  -  Xon字符1	读\写
0x05	Xon-2  -  Xon字符2	读\写
0x06	Xoff-1  -  Xoff字符1	读\写
0x07	Xoff-2  -  Xoff字符2	读\写

 

XR20M1172配置主要在几个非常关键的寄存器上，虽然XR20M1172数据手册上没给我们具体的配置流程，但我们仔细分析上面的内部寄存器表可以发现，在注释栏中有一个寄存器LCR决定着其它寄存器是否能访问，所以我们要设置的第一个寄存器就是LCR – Line status register（不要在意上表中的中文翻译与英文对不上，很实际的说这个表就是Google机翻的，用完就黑-_-！），

 

我们主要配置XR20M1172的四个地方，软硬流控、波特率、中断、接收数据FIFO区，这四个没有严格的先后顺序要求（没测过，猜想是这样）。

我们先配置软硬流控，在我们的项目中只用到了软流控，既XR20M1172的增强功能，涉及五个寄存器EFR/XON1/XON2/XOFF1/XOFF2，观察内部寄存器表，在注释栏看到我们要设置这五个寄存器就需要先设置LCR = 0Xbf，然后再根据数据手册第四章中的TABLE 8中的内容配置好所需要的软控。在这里我们需要设置好EFR-Bit-4 = 1，在下面的波特率设置中需要它为1才能访问某些地方。

 

同样，我们要配置波特率，通过数据手册中关于波特率设置相关章节可以发现，XR20M1172的波特率设置主要涉及三个寄存器DLL/DLM/DLD。配置XR20M1172两个输出串口的波特率，在数据手册中给出了一个不算复杂却描述的很绕的公式，具体的在这里就不复述了，可以去看数据手册，这里就给一个非常简便的计算公式：

                                                                            

其中：

CF: Crystal frequency XR20M1172的外部晶振频率（1.83MHz – 24MHz）

SDR: serial data rate 设置的SPI BAUD RATE（16 – 根据MCU的时钟主线计算 – 72M时为4.5M – 这里可能有错，没有确认，我们设置的是16，以数据手册为准）

Baud: baud rate 你想设置的波特率

div: DLL/DLM的波特率整数串联值，其高8位写入DLM，低8位写入DLL

将div写入DLM/DLL中后，如果波特率有小数除数部分，则将小数部分写入DLD中，如果没有就不用写。

设置XR20M1172可预置分频器分频比，根据我们所选用的晶振频率，决定是否要设置该分配比，在EFR bit 4 = 1的情况下可以写入MCR[7]来设置该分频比：

MCR[7] = 1 -> 外部晶振直接用做时钟

MCR[7] = 0 -> 外部晶振除以4用做时钟

在写寄存器的时候，一定要根据内部寄存器表中的注释栏所要求的先决条件，才能准确的写入成功。建议测试的时候，每设置一次就轮询一次所有的寄存器的值，看是否设置成功。

 

XR20M1172有多个中断，且有中断优先级设定，在使用大于1个中断的时候一定要设置好其内部的中断优先级，否则会搞不清楚IRQ引脚上的中断信号是来自于哪个中断源。我们在项目中只使用到接收FIFO中断，既在FIFO中接收到一定量的数据后，XR20M1172的IRQ引脚拉低给出一个中断信号，该中断信号在你读出所有FIFO中的数据后会自动清掉，但在你没有读出之前其会一直保持低电平中断状态。设置XR20M1172的中断主要是配置IER中断使能寄存器，设置IER之前要先将LCR[7] = 0，根据数据手册很容易配置接收就绪中断只要将IER[0] = 1就可以使能了。

 

XR20M1172的发送接收有两种模式，一种是透传模式（我这么认为的），一种是FIFO模式。透传模式下，XR20M1172直入直出，一次只能收发一个字节的数据，通过THR/RHR两个寄存器，直出数据，不鼓励接收也使用这种模式，有时候你不知道它啥时候会来数据不是么。FIFO模式下，XR20M1172的数据会先缓存到发送接收的两个独立FIFO中，FIFO大小为64个字节，超过这个大小的时候，数据会溢出状态寄存器会置位，超出的数据会丢失。

FIFO模式的使能和FIFO缓存区大小设定主要涉及FCR/TXLVL/RXLVL，其中FCR配置FIFO的使能以及FIFO溢出中断触发的数据大小阀值（既超过该数值就发出中断，数据手册中有一个表格说明了8种选择），其中TXLVL/RXLVL两个计数寄存器是保持当前实时的接收FIFO中的数据量，发送FIFO中的剩余空间。

 

至此，基本XR20M1172已经可以用于收发数据了。

 

收发函数，发送函数很好写，跟串口发送函数一样，一个字节一个字节的发就是了。收函数就在中断函数中置一个标志位，然后在外面写接收函数，同样一个一个接就是了。

Ps:我们在使用过程中，主要遇到的问题在于XR20M1172数据手册中并没有明确的给出寄存器配置流程，以及波特率配置、MCU与XR20M1172的初次通信。

PPs: XR20M1172有很多的功能我们并没有充分的用到，所以还有很多知识点盲区，请勿触及。