UART 串口通信实验
目录
一、UART 简介
1、 UART 通信格式
二、I.MX6U UART 简介
1、硬件原理
2、寄存器
UARTx_UCR1(x=1~8)
UARTx_UCR2
UARTx_UCR3
UARTx_USR2
其他寄存器
三、代码编写
1、编写bsp_uart.h
2、编写bsp_uart.c
3、main
不管是单片机开发还是嵌入式 Linux 开发，串口都是最常用到的外设。可以通过串口将开发板与电脑相连，然后在电脑上通过串口调试助手来调试程序
一、UART 简介
1、 UART 通信格式
串口全称叫做串行接口，通常也叫做 COM 接口，串行接口指的是数据一个一个的顺序传输，通信线路简单。使用两条线即可实现双向通信，一条用于发送，一条用于接收。串口通信距离远，但是速度相对会低，串口是一种很常用的工业接口。 I.MX6U 自带的 UART 外设就是串口的一种， UART 全称是 Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter，也就是异步串行收发器。
既然有异步串行收发器，那肯定也有同步串行收发器，叫 做 USART 。 USART 的全 称 是 Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，也就是同步/异步串行收发器。 相比 UART 多了一个同步的功能，在硬件上体现出来的就是多了一条时钟线。 一般 USART 是可以作为 UART使用的，也就是不使用其同步的功能
UART 作为串口的一种，其工作原理也是将数据一位一位的进行传输，发送和接收各用一条线，因此通过 UART 接口与外界相连最少只需要三条线： TXD(发送)、 RXD(接收)和 GND(地线)。
各位的含义如下：
空闲位：数据线在空闲状态的时候为逻辑“1”状态，也就是高电平，表示没有数据线空闲，没有数据传输。
起始位：当要传输数据的时候先传输一个逻辑“0”，也就是将数据线拉低，表示开始数据传输。
数据位： 数据位就是实际要传输的数据，数据位数可选择 5~8 位，我们一般都是按照字节传输数据的，一个字节 8 位，因此数据位通常是 8 位的。低位在前，先传输，高位最后传输。
奇偶校验位： 这是对数据中“1”的位数进行奇偶校验用的，可以不使用奇偶校验功能。
停止位：数据传输完成标志位，停止位的位数可以选择 1 位、 1.5 位或 2 位高电平，一般都选择 1 位停止位。
波特率：波特率就是 UART 数据传输的速率，也就是每秒传输的数据位数，一般选择 9600、19200、 115200 等。
UART 一般的接口电平有 TTL 和 RS-232，一般开发板上都有 TXD 和 RXD 这样的引脚，这些引脚低电平表示逻辑 0，高电平表示逻辑 1，这个就是 TTL 电平。 RS-232 采用差分线， -3~-
15V 表示逻辑 1， +3~+15V 表示逻辑 0
二、I.MX6U UART 简介
I.MX6U 一共有 8 个 UART，其主要特性如下：
①、兼容 TIA/EIA-232F 标准，速度最高可到 5Mbit/S。
②、支持串行 IR 接口，兼容 IrDA，最高可到 115.2Kbit/s。
③、支持 9 位或者多节点模式(RS-485)。
④、 1 或 2 位停止位。
⑤、可编程的奇偶校验(奇校验和偶校验)。
⑥、自动波特率检测(最高支持 115.2Kbit/S)
I.MX6U 的 UART 功能很多，但是我们本章就只用到其最基本的串口功能
1、硬件原理
找到usb模块原理图
可以看到TXD、RXD分别接在UART1_TXD和UART1_RXD上，下面打开数据手册
根据手册设置复用即可
2、寄存器
使用到的解释
UARTx_UCR1(x=1~8)
ADBR(bit14)：自动波特率检测使能位，为 0 的时候关闭自动波特率检测，为 1 的时候使能自动波特率检测。
UARTEN(bit0)： UART 使能位，为 0 的时候关闭 UART，为 1 的时候使能 UART
UARTx_UCR2
IRTS(bit14)：为 0 的时候使用 RTS 引脚功能，为 1 的时候忽略 RTS 引脚。
PREN(bit8)：奇偶校验使能位，为 0 的时候关闭奇偶校验，为 1 的时候使能奇偶校验。
PROE(bit7)：奇偶校验模式选择位，开启奇偶校验以后此位如果为 0 的话就使用偶校验，此位为 1 的话就使能奇校验。
STOP(bit6)：停止位数量，为 0 的话 1 位停止位，为 1 的话 2 位停止位。
WS(bit5)：数据位长度，为 0 的时候选择 7 位数据位，为 1 的时候选择 8 位数据位。
TXEN(bit2)：发送使能位，为 0 的时候关闭 UART 的发送功能，为 1 的时候打开 UART的发送功能。
RXEN(bit1)：接收使能位，为 0 的时候关闭 UART 的接收功能，为 1 的时候打开 UART的接收功能。
SRST(bit0)：软件复位，为 0 的是时候软件复位 UART，为 1 的时候表示复位完成。复位完成以后此位会自动置 1，表示复位完成。此位只能写 0，写 1 会被忽略掉。
UARTx_UCR3
位 RXDMUXSEL(bit2)，这个位应该始终为 1
UARTx_USR2
TXDC(bit3)：发送完成标志位，为 1 的时候表明发送缓冲(TxFIFO)和移位寄存器为空，也就是发送完成，向 TxFIFO 写入数据此位就会自动清零。
RDR(bit0)：数据接收标志位，为 1 的时候表明至少接收到一个数据，从寄存器UARTx_URXD 读取数据接收到的数据以后此位会自动清零
其他寄存器
寄 存 器 UARTx_UFCR 、 UARTx_UBIR 和 UARTx_UBMR ， 寄 存 器UARTx_UFCR 中我们要用到的是位 RFDIV(bit9:7)，用来设置参考时钟分频；三个寄存器可以设置 UART 的波特率，波特率的计算公式如下：
Ref Freq：经过分频以后进入 UART 的最终时钟频率。
UBMR：寄存器 UARTx_UBMR 中的值。
UBIR：寄存器 UARTx_UBIR 中的值。
通过 UARTx_UFCR 的 RFDIV 位、 UARTx_UBMR 和 UARTx_UBIR 这三者的配合即可得到我们想要的波特率。比如现在要设置 UART 波特率为 115200，那么可以设置 RFDIV 为5(0b101)，也就是 1 分频，因此 Ref Freq=80MHz。设置 UBIR=71， UBMR=3124
寄存器 UARTx_URXD 和 UARTx_UTXD，这两个寄存器分别为 UART 的接收和发送数据寄存器，这两个寄存器的低八位为接收到的和要发送的数据。读取寄存器UARTx_URXD 即可获取到接收到的数据，如果要通过 UART 发送数据，直接将数据写入到寄存器 UARTx_UTXD 即可
三、代码编写
创建uart文件夹，在其中分别创建bsp_uart.c和bsp_uart.h
1、编写bsp_uart.h
#ifndef _BSP_UART_H
#define _BSP_UART_H
#include "imx6ul.h"
/* 函数声明 */
void uart_init(void);
void uart_io_init(void);
void uart_disable(UART_Type *base);
void uart_enable(UART_Type *base);
void uart_softreset(UART_Type *base);
void uart_setbaudrate(UART_Type *base,
unsigned int baudrate,
unsigned int srcclock_hz);
void putc(unsigned char c);
void puts(char *str);
unsigned char getc(void);
void raise(int sig_nr);
#endif
2、编写bsp_uart.c
#include "bsp_uart.h"
/*
* @description : 初始化串口1,波特率为115200
* @param : 无
* @return : 无
*/
void uart_init(void)
{
/* 1、初始化串口IO */
uart_io_init();
/* 2、初始化UART1 */
uart_disable(UART1); /* 先关闭UART1 */
uart_softreset(UART1); /* 软件复位UART1 */
UART1->
UCR1 = 0; /* 先清除UCR1寄存器 */
/*
* 设置UART的UCR1寄存器，关闭自动波特率
* bit14: 0 关闭自动波特率检测,我们自己设置波特率
*/
UART1->UCR1 &= ~(1<<14);
/*
* 设置UART的UCR2寄存器，设置内容包括字长，停止位，校验模式，关闭RTS硬件流控
* bit14: 1 忽略RTS引脚
* bit8: 0 关闭奇偶校验
* bit6: 0 1位停止位
* bit5: 1 8位数据位
* bit2: 1 打开发送
* bit1: 1 打开接收
*/
UART1->UCR2 |= (1<<14) | (1<<5) | (1<<2) | (1<<1);
/*
* UART1的UCR3寄存器
* bit2: 1 必须设置为1！参考IMX6ULL参考手册3624页
*/
UART1->UCR3 |= 1<<2;
/*
* 设置波特率
* 波特率计算公式:Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1))
* 如果要设置波特率为115200，那么可以使用如下参数:
* Ref Freq = 80M 也就是寄存器UFCR的bit9:7=101, 表示1分频
* UBMR = 3124
* UBIR = 71
* 因此波特率= 80000000/(16 * (3124+1)/(71+1))=80000000/(16 * 3125/72) = (80000000*72) / (16*3125) = 115200
*/
UART1->UFCR = 5<<7; //ref freq等于ipg_clk/1=80Mhz
UART1->UBIR = 71;
UART1->UBMR = 3124;
#if 0
uart_setbaudrate(UART1, 115200, 80000000); /* 设置波特率 */
#endif
/* 使能串口 */
uart_enable(UART1);
}
/*
* @description : 初始化串口1所使用的IO引脚
* @param : 无
* @return : 无
*/
void uart_io_init(void)
{
/* 1、初始化IO复用
* UART1_RXD -> UART1_TX_DATA
* UART1_TXD -> UART1_RX_DATA
*/
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0); /* 复用为UART1_TX */
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0); /* 复用为UART1_RX */
/* 2、配置UART1_TX_DATA、UART1_RX_DATA的IO属性
*bit 16:0 HYS关闭
*bit [15:14]: 00 默认100K下拉
*bit [13]: 0 keeper功能
*bit [12]: 1 pull/keeper使能
*bit [11]: 0 关闭开路输出
*bit [7:6]: 10 速度100Mhz
*bit [5:3]: 110 驱动能力R0/6
*bit [0]: 0 低转换率
*/
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0x10B0);
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0x10B0);
}
/*
* @description : 波特率计算公式，
* 可以用此函数计算出指定串口对应的UFCR，
* UBIR和UBMR这三个寄存器的值
* @param - base : 要计算的串口。
* @param - baudrate : 要使用的波特率。
* @param - srcclock_hz :串口时钟源频率，单位Hz
* @return : 无
*/
void uart_setbaudrate(UART_Type *base, unsigned int baudrate, unsigned int srcclock_hz)
{
uint32_t numerator = 0u; //分子
uint32_t denominator = 0U; //分母
uint32_t divisor = 0U;
uint32_t refFreqDiv = 0U;
uint32_t divider = 1U;
uint64_t baudDiff = 0U;
uint64_t tempNumerator = 0U;
uint32_t tempDenominator = 0u;
/* get the approximately maximum divisor */
numerator = srcclock_hz;
denominator = baudrate << 4;
divisor = 1;
while (denominator != 0)
{
divisor = denominator;
denominator = numerator % denominator;
numerator = divisor;
}
numerator = srcclock_hz / divisor;
denominator = (baudrate << 4) / divisor;
/* numerator ranges from 1 ~ 7 * 64k */
/* denominator ranges from 1 ~ 64k */
if ((numerator > (UART_UBIR_INC_MASK * 7)) || (denominator > UART_UBIR_INC_MASK))
{
uint32_t m = (numerator - 1) / (UART_UBIR_INC_MASK * 7) + 1;
uint32_t n = (denominator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;
uint32_t max = m > n ? m : n;
numerator /= max;
denominator /= max;
if (0 == numerator)
{
numerator = 1;
}
if (0 == denominator)
{
denominator = 1;
}
}
divider = (numerator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;
switch (divider)
{
case 1:
refFreqDiv = 0x05;
break;
case 2:
refFreqDiv = 0x04;
break;
case 3:
refFreqDiv = 0x03;
break;
case 4:
refFreqDiv = 0x02;
break;
case 5:
refFreqDiv = 0x01;
break;
case 6:
refFreqDiv = 0x00;
break;
case 7:
refFreqDiv = 0x06;
break;
default:
refFreqDiv = 0x05;
break;
}
/* Compare the difference between baudRate_Bps and calculated baud rate.
* Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)).
* baudDiff = (srcClock_Hz/divider)/( 16 * ((numerator / divider)/ denominator).
*/
tempNumerator = srcclock_hz;
tempDenominator = (numerator << 4);
divisor = 1;
/* get the approximately maximum divisor */
while (tempDenominator != 0)
{
divisor = tempDenominator;
tempDenominator = tempNumerator % tempDenominator;
tempNumerator = divisor;
}
tempNumerator = srcclock_hz / divisor;
tempDenominator = (numerator << 4) / divisor;
baudDiff = (tempNumerator * denominator) / tempDenominator;
baudDiff = (baudDiff >= baudrate) ? (baudDiff - baudrate) : (baudrate - baudDiff);
if (baudDiff < (baudrate / 100) * 3)
{
base->UFCR &= ~UART_UFCR_RFDIV_MASK;
base->UFCR |= UART_UFCR_RFDIV(refFreqDiv);
base->UBIR = UART_UBIR_INC(denominator - 1); //要先写UBIR寄存器，然后在写UBMR寄存器，3592页
base->UBMR = UART_UBMR_MOD(numerator / divider - 1);
}
}
/*
* @description : 关闭指定的UART
* @param - base: 要关闭的UART
* @return : 无
*/
void uart_disable(UART_Type *base)
{
base->UCR1 &= ~(1<<0);
}
/*
* @description : 打开指定的UART
* @param - base: 要打开的UART
* @return : 无
*/
void uart_enable(UART_Type *base)
{
base->UCR1 |= (1<<0);
}
/*
* @description : 复位指定的UART
* @param - base: 要复位的UART
* @return : 无
*/
void uart_softreset(UART_Type *base)
{
base->UCR2 &= ~(1<<0); /* UCR2的bit0为0，复位UART */
while((base->UCR2 & 0x1) == 0); /* 等待复位完成 */
}
/*
* @description : 发送一个字符
* @param - c : 要发送的字符
* @return : 无
*/
void putc(unsigned char c)
{
while(((UART1->USR2 >> 3) &0X01) == 0);/* 等待上一次发送完成 */
UART1->UTXD = c & 0XFF; /* 发送数据 */
}
/*
* @description : 发送一个字符串
* @param - str : 要发送的字符串
* @return : 无
*/
void puts(char *str)
{
char *p = str;
while(*p)
putc(*p++);
}
/*
* @description : 接收一个字符
* @param : 无
* @return : 接收到的字符
*/
unsigned char getc(void)
{
while((UART1->USR2 & 0x1) == 0);/* 等待接收完成 */
return UART1->URXD; /* 返回接收到的数据 */
}
/*
* @description : 防止编译器报错
* @param : 无
* @return : 无
*/
void raise(int sig_nr)
{
}
3、main
#include "bsp_clk.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_beep.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_int.h"
#include "bsp_uart.h"
/*
* @description : main函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
int main(void)
{
unsigned char a=0;
unsigned char state = OFF;
int_init(); /* 初始化中断(一定要最先调用！) */
imx6u_clkinit(); /* 初始化系统时钟 */
delay_init(); /* 初始化延时 */
clk_enable(); /* 使能所有的时钟 */
led_init(); /* 初始化led */
beep_init(); /* 初始化beep */
uart_init(); /* 初始化串口，波特率115200 */
while(1)
{
puts("请输入1个字符:");
a=getc();
putc(a); //回显功能
puts("\r\n");
//显示输入的字符
puts("您输入的字符为:");
putc(a);
puts("\r\n\r\n");
state = !state;
led_switch(LED0,state);
}
return 0;
}
烧写到sd卡后插进开发板启动，打开串口，根据提示输入一个字符，这个输入的字符就会通过串口发送给开发板，开发板接收到字符以后就会通过串口提示你接收到的字符是什么