IO口软件模拟串口

嵌入式工程师经常会遇到系统资源不够的情况，比如我就遇到了串口不够，但IO引脚和定时器还富余，这时就可以通过模拟方式来扩展出一个串口。

这个方法适用于所有嵌入式系统，但是要注意，对于速度不要设置得太高，尽量不要高于9600。否则，当串口所用到的资源优先级不够高，而系统又很繁忙的时候，容易丢失数据或出错。

软件IIC是同样的道理，用软件模拟相关时序，但是IIC对时序要求不高，相对容易

我做的是单总线SWI，即同一根线完成收和发，半双工方式运行。接收数据和发送数据不能同时。

串口时序

先说一下串口的时序，用得最多的就是9600，8，N，1，解释一下：
起始位1，在配置描述中中省略，低电平。
9600是波特率，即每秒产生的位数。也有些设备是9600或更低。
8：数据位是8位
N：无
1：1个停止位，高电平
以9600，8，N，1为例，整个时序如下：

串口空闲时默认为高电平，当有一个低电平到来时，表示收到起始位，然后依次是8个数据位，接着收到1个高电平，每个位的宽度为104微秒。
串口的波特率误差容忍为5%以内，为什么呢？其实很简单，串口的数据采样是在每个数据位的中心位置，即50%处采样，而一个数据帧有10位（1起始，8数据，1停止，无校验），即每个数据位只能允许5%的误差。如果你的软件工作时经常被中断打断，而中断执行的时间又比较长，那么只能选择更低的波特率，或者干脆放弃软件模拟这种方式。

发送数据

发送数据很简单，按照上图时序依次发出就行。以发送一个字节为例，u8 data = 0xa3

• 1、将这个IO口（以PA0为例），配置为开漏输出，上拉，输出为1。
• 2、配置定时器的溢出周期为104微秒，9600的倒数。
• 3、启动定时器
• 4、在定时器的中断中执行以下内容：
  • 第1次进中断：PA0 = 0；
  • 第2~9次进中断：
    • PA = 0x01&data;
    • data >>= 1; //共右移8次
  • 第10次进中断：PA0 = 1；
  • 第11次进中断：关定时器
  • 发送完成

接收数据

接收数据要麻烦一些，不过也不难，按上图来。

• 1、将这个IO口（以PA0为例），配置为输入EXTI模式，上拉，输出为1，这样不影响输入。
• 2、配置定时器的溢出周期为52微秒。即为输出时定时器周期的一半时间。
• 3、PA0为低时，触发中断，此时EXTI中断，并启动定时器
• 4、定时器中断中执行如下操作
  • 偶数次中断直接退出，因为此时对应的是电平变化的时刻，无法读取电平
  • 第1次进中断：多次读取PA0的电平状态，均为0时表示正确收到低电平，可以执行后续数据读取操作，否则收到是毛刺信号，退出即可。重置为初始接收状态。
  • 第3~17次奇数中断，多次读取PA0的电平，多数值为1，即认为收到高电平，否则认为收到低电平。如果是高电平：buf = (buf|0x80)>>1，低电平时，buf >>=1。注意，移位操作需要进行7次，而不是8次。
  • 第19次进中断：多次读取PA0的电平，
    • 多数值为1，此时关定时器，并开启EXTI中断，接收正常完成。
    • 多数值为0，表示帧结束错误，此时关定时器，并开启EXTI中断，进行错误处理流程。这一步也可以不处理，认为收到的数据正确即可。
  • 接收完成