嵌入式實驗報告材料_ARM的串行口實驗

1、大學實驗報告學院:專業(yè):班級:實驗時間學號實驗組05.03指導教師余佩嘉成績實驗項目名稱ARM的串行口實驗實 驗 目 的1. 掌握ARM勺串行口工作原理2. 學習編程實現(xiàn)ARM勺UART通訊3. 掌握CPU利用串口通訊的方法1 異步串行I /O異步串行方式是將傳輸數(shù)據(jù)的每個字符一位接一位（例如先低位、后高位）地傳送。數(shù)據(jù)的各不同位可以分時使用同一傳輸通道，因此串行I/O可以減少信號連線，最少用一對線即可進行。接收方對于同一根線上一連串的數(shù)字信號，首先要分割成位，再按位組成字符。為了恢復發(fā)送的信息，雙方必須協(xié)調(diào)工作。在微型計算機量使用異步串行I /0方式，雙方使用各自的時鐘信號，而且允許時鐘頻率

2、有一定誤差，因此實現(xiàn)較容易。但是由于每個字符都要獨立確定起始和結束（即每個字符都要重新同步）,字符和字符間還可能有長度不定的空閑時間，因此效率較低。實驗原理1i11 /D1/(11 /)1 D1/01/«iii(J此1if"l'*Jl*J M 位位Et位位SfiliT字苻U01), IJ,比 叫 口圖3 1串打通1W字符格戌圖3-1給出異步串行通信中一個字符的傳送格式。開始前，線路處于空閑狀態(tài)， 送出連續(xù)“1”傳送開始時首先發(fā)一個“0”作為起始位，然后出現(xiàn)在通信線上的是字符的二進制編碼數(shù)據(jù)。每個字符的數(shù)據(jù)位長可以約定為 5位、6位、7位或8位，一般采用ASCII 編

3、碼。后面是奇偶校驗位，根據(jù)約定，用奇偶校驗位將所傳字符中為“1 ”的位數(shù)湊成奇數(shù)個或偶數(shù)個。也可以約定不要奇偶校驗，這樣就取消奇偶校驗位。最后是表示停止位的“ 1”信號，這個停止位可以約定持續(xù)1位、1.5位或2位的時間寬度。至此一個字符傳送完畢，線路又進入空閑，持續(xù)為“1 ”。經(jīng)過一段隨機的時間后，下一個字符開始傳送才又發(fā)出起始位。每一個數(shù)據(jù)位的寬度等于傳送波特率的倒數(shù)。微機異步串行通信中，常用的波特率為 50，95, 110，150，300, 600, 1200, 2400，4800, 9600 等。 接收方按約定的格式接收數(shù)據(jù)，并進行檢查，可以查出以下三種錯誤：1）奇偶錯：在約定奇偶檢查的

4、情況下，接收到的字符奇偶狀態(tài)和約定不符。2）幀格式錯：一個字符從起始位到停止位的總位數(shù)不對。3）溢出錯：若先接收的字符尚未被微機讀取，后面的字符又傳送過來，則產(chǎn)生溢出錯。每一種錯誤都會給出相應的出錯信息，提示用戶處理。2. 串行接口的物理層標準通用的串行I/O接口有許多種，現(xiàn)僅就最常見的兩種標準作簡單介紹。1） EIA RS 232C這是美國電子工業(yè)協(xié)會推薦的一種標準（Electro nic in dustries AssociationRecoil-mended Standard）。它在一種25針接插件（DB 25）上定義了串行通信的有關信號。這個標準后來被世界各國所接受并使用到計算機的I/

5、O接口中。信號連線在實際異步串行通信中，并不要求用全部的RS-232C信號，許多PC/XT兼容機僅用15針接插件（DB 15）來引出其異步串行I /O信號，而PC中更是大量采用9針接插件 （DB 9）來擔當此任，因此這里也不打算就 RS-232C的全部信號作詳細解釋。圖 3-2 給出兩臺微機利用 RS-232C接口通信的聯(lián)線（無MODEM）我們按DB-25的引腳號標注 各個信號。下面對圖3-2中幾個主要信號作簡要說明。保護地通信線兩端所接設備的金屬外殼通過此線相聯(lián)。當通信電纜使用屏蔽線時，常利用其外皮金屬屏蔽網(wǎng)來實現(xiàn)。 由于各設備往往已通過電源線接通保護地，因此，通信線中不必重復接此地線（圖中

6、用虛線表示）。例如使用9針插頭（DB 9）的異步串行I /O 接口就沒有引出保護地信號。TXD/ RXD是一對數(shù)據(jù)線，TXD稱發(fā)送數(shù)據(jù)輸出，RXD稱接收數(shù)據(jù)輸入。當兩臺微機以 全雙工方式直接通信（無MODE方式）時，雙方的這兩根線應交叉聯(lián)接（扭接）。信號地 所有的信號都要通過信號地線構成耦合回路。通信線有以上三條（TXD RXD和信號地）就能工作了。其余信號主要用于雙方設備通信過程中的聯(lián)絡（握手信號），而且有些信號僅用于和 MODE的聯(lián)絡。若采取微型機對微型機直接通信，且雙方可直接對異步串行通信電路芯片編程， 若設置成不要任何聯(lián)絡信號,則其它線都可不接。有時在通信線的同一端將相關信號短接以“自

7、握手”方式滿足聯(lián)絡要求。這就是如圖示的情況。Iff*3-2(a)所«b)檢側(cè)DCDttHW 劇Ht tf 曲 20R1站J廠一*匕:E62C<«> 三RTS/ CTS請求發(fā)送值號 RTS是發(fā)送器輸出的準備好信號。接收方準備好后送回清除發(fā)送信號CTS后,發(fā)送數(shù)據(jù)開始進行，在同一端將這兩個信號短接就意味著只要發(fā)送器準備好即可發(fā)送。DCD載波檢測（又稱接收線路信號檢測）。本意是MODE檢測到線路中的載波信號后,通知終端準備接收數(shù)據(jù)的信號，在沒有接MODEM情況下，也可以和 RTS CTS短接。相對于 MODEM而言，微型 機和終 端機一樣 被稱為 數(shù)據(jù)終端 DTE（D

8、ata TerminalEquipment)而 MODE被稱為數(shù)據(jù)通信裝置 DCE(Data Communications Equipment) ， DTE和DCE之間的連接不能像圖 3-2中有“扭接”現(xiàn)象，而應該是按接插件芯號，同名端對應相接。此處介紹的 RS- 232C的信號名稱及信號流向都是對DTE而言的。DTR/ DSR數(shù)據(jù)終端準備好時發(fā) DTR信號，在收到數(shù)據(jù)通信裝置裝備好 DSR信號后，方可通信。圖3-2（a）中將這一對信號以“自握手”方式短接。R1原意是在MODE接收到交換機有效的撥號時，使RI有效，通知數(shù)據(jù)終端準備傳送。在無MODE時也可和DTR相接。圖3-2（b）給出了無MO

9、DE情況下，DTE對DTE異步串行通信線路的完整連接,用于微型機和微型機之間的通信，還適用于微型機和異步串行外部設備它不僅適（如終端機、繪圖儀、數(shù)字化儀等)的連接。信號電平規(guī)定RS- 232C規(guī)定了雙極性的信號邏輯電平：-3V到-25V之間的電平表示邏輯“ 1 ”。+3V到+25V之間的電平表示邏輯“ 0”。因此這是一套負邏輯定義。以上標準稱為 EIA電平。PCX XT系列使用的信號電平是-12V和+12V,符合EIA標準， 但在計算機部流動的信號都是TTL電平，因此這中間需要用電平轉(zhuǎn)換電路。常用芯片MCI488或SN75150將TTL電平轉(zhuǎn)換為 EIA電平，MCI489或SN75154將EI

10、A電平轉(zhuǎn)換為 TTL電平。PCX XT系列以這種方式進行串行通信時，在波特率不高于9600的情況下，理論上通信線的長度限制紐為15米。2) 20mA電流環(huán)20mA電流環(huán)并沒有形成一套完整的標準，主要是將數(shù)字信號的表示方法不使用電子的高低，而改用20mA電流的有無：“1”信號在環(huán)路中產(chǎn)生 20mA電流；“0”信號無電流產(chǎn) 生。當然也需要有電路來實現(xiàn) TTL電平和20mA電流之間的轉(zhuǎn)換。圖3-3是PCX XT微機 中使用的一種20mA電流環(huán)接口。當發(fā)送方SOUT= 1時，便有20mA電流灌入接收方的光 耦合器，于是光耦合器導通，使SIN= 1。反之當發(fā)送方 SOUT= 0時環(huán)路電流為零，接收方光耦

11、合器截止，SIN = 0。顯然，當要求雙工方式通信時，雙方都應各有收發(fā)電路， 通信聯(lián)線至少要4根。由于通信雙方利用光耦合器實現(xiàn)電氣上隔離，而且信號又是雙端回路方式，故有很強的抗干擾性，可以傳送遠至1千米的距離。+ 5V十5VK12-3 20fuA赴謊環(huán)接I“0”、“1”信號的表示方法不同外，其他方面（如字符的傳輸格式）常借用RS-232C標準。因此PC/ XT微機中的異步串行信道接口往往將這兩種標準做在一起，實際通過跨 接線從二者中擇一使用。ARM自帶三個UART端口，每個UART通道都有16字節(jié)的FIFO （先入先出寄存器）用于 接受和發(fā)送。用系統(tǒng)時鐘最大波特率可達230.4K，如果用外部時

12、鐘（UCLK）UART可以以更高的波特率運行。S3C2410X UART包括可編程波特率，紅外發(fā)送 /接收，插入一個或兩個停止位，5字節(jié)，6字節(jié)，7字節(jié)，或8字節(jié)數(shù)據(jù)寬度和奇偶校驗。其特點是：-基于 DMA或者中斷操作的 RxD0, TxD0, RxD1, TxD1, RxD2, TxD2。- 包括 IrDA 1.0 和 16 字節(jié) FIFO 的 UART通道 0, 1 , 2。 包括 nRTS0, nCTSQ nRTS1 和 nCTS1 的 UART通道。-支持握手方式的接收/發(fā)送與UART有關的寄存器主要有以下幾個：（1）UART線控制寄存器包括 ULCON0ULCON和ULCON2主要用

13、來選擇每幀數(shù)據(jù)位數(shù)、 停止位數(shù)，奇偶校驗模式及是否使用紅外模式，如表3-1 , 3-2所示。農(nóng)3 1 LURT寄衣嚮設!FlegiBtiirR/TUcstripticMiRostVdl. urLLOJXO0x50000000R/VUARt channel 1) Lire controL register0k 00LLC0S100001000R./TUAI?r cliunnel 1 I inu cutLLr</ i vhisIulQxOOILCDV2R/VHARF chsttiiifl 2 Ine control restar0x00rVR-rH E湃忖端迷I I.CtA-.lii iIf

14、tencrifit hiiiInitialStalo70lufi h HrdVhdr:ti：ChpierainF Hhethir cur w»- In 從舅護 I.lit* Inf:ih Hrd ngdH 01 KathiiI nrp <ikTAi b»-n I hTTRx m de0Ferity VI drGr3Spri 11 t nr I ypr of peiri 1 > R'-nrrl i nn fird hrr k I he rfuri ng L'ART iruULi and rirccive opurEjilDci, Qxsi 二 恤

15、parity IDO -Udd pai111y 1£U - bven parity LIO I'arltv forced = cheerked Fl? 1 111. = Tirity forfrrl/rhnrlkj'd ns 0Nunfier ofStoy Bit2how mmw stoo bl its am io be used for ehd-of*fra>e!=，KEtal. 0 Dnu blop bit jjlt fmfte L - Tk> Glop bitfrtukc0linrd 1 pngthkOjn r i f h1 hn nL|nhELr

16、、 d»1 m hi i £ 門 h” 1 rar Km i 11nrrrnipnr Krsmo 00 -気-hi" 01 - Kbits (I = "hitv 1 1 =9-bitsno(2) UART控制寄存器包括 UCONO, UC0N1 and UCON,主要用來選擇時鐘，接收和發(fā)送中斷類型(即電平還是脈沖觸發(fā)類型)，接收超時使能，接收錯誤狀態(tài)中斷使能，回環(huán)模式，發(fā)送接收模式等。如表3-3，3-4所示豪円IWTO制寄器設II：Rivi r'rAddressR/IDprriil innVallieUCOItOOxJjOOOMO :l.iAK

17、T chtHii叱0 LiJi.tan 1 rexEsLei0100UCOL0阿如砂R/WlAltT fhtmrwl 1 cunIrvl registerQkOOUC0K20xSOCObOO4WLART channel 2 iioiitrol reisEster0100UART控制喘A黠位抽述UCOSnKitDescriptionIniual$1最匕Clock Sc lot t ion10Svlpct RXK or LCLK for the IAKT baud rate, (PCLK : RRNTn - (ini) (PClh / 亦 x HO ) -I 1-UCLI(«GPHS):

18、 LTRD/n 二(in0(UCLI / (bps x 16) 1(iTk Trilrrruil Typm：91f rii11()1 i riiiio 1 l.jrpp. 0 - ruliNh fin! prnjipl isreqjiisti-d u器 m-ib aia the T bulof bccoin-ji empty in Non-FIFO mode or roadnos Im FIFO fnggijr Lovfrl in FIFO mode. )1 = Level (lnterrupi is request-eci whi le lx bult er Is ?nply In fd-n

19、-F FO imide or reaches. 1 P1P0 TfiseF Level in FIFO vnode. *(1Rx Inlprrupl Typp->1TntFrru卩l(xiāng) request trp?- 0 Putse Tmlprnjpt is requbsled the instant FJx burfer receives theinFfon-FIFD mode or rctichcs R席 FIFO Trigmr Level in. FIFO iwd?. ) I = Love (ntprrupl ix requotd a'hi 1c K?c hul'f er

20、 Is rc?fiFiF>g rim a in NcmFTFO nndc or refiehs six FIFO Trilet】 in Fl F0 inKlt )(1Rx Tim' dut Enable71Eimtil材DI皿】e R開(lie ciut hrlerrupt wlien UART FIFO Is efiablgdL The interrupt is o receive interrupt, 0 1 |)1 abl$ 1 jitl-ub | cflRx trrcir Status tnteiTTjpl tnab-L.6JLnable? the LjIHI to gc

21、nei'atc an interrupt upon an eiceptiioiip 3Lich as a break, traroo error, parity error, nr ctvern.in errr rlltiri ng n vvFive3 naerw 1 inr . 0 - Dri r>% sen era le reteivt error Vidius interrupt. 1 二 Cejierale receive error slatns interrupt.uLtMJikiiK h UudpSellinw luoptwck bi t to 1 cou旺p th

22、e I'ART tg «nl?r the loopbiick tnodc. This aodc is provided for test pufpo曲合 oiil卅 0 一 Rcitimd operali'sci 1Loopback mode0'Send Bbgfc Si gnalSfM 9 inyu. I 'iis bi i磬pr Th。： ARtoh link rlurlng.1 fldLiie lilutf. This bit is tiuluiiiiliccillY cltrareJ dfltsr scncing the break.0 Nor

23、ma 1 trsnsmit L 一 Sendhrejik sietihI0Trfirisiini t WmJe:J 2'LX? term mt which L'anction l a cununt ly ul It tc 'ylto Ik daUi to tht UART ui>tiit 1 ufRi riMisW(M' JihiDI - lr iPTriifit rpqupst nr pn 1 1 i ng mrrp 1 D - RWM) rpqijpt (Ohly tm I.W10),IMAJ roquet (QiJy for U.AKI2) LI =

24、 L)li：l ro電呃狀(Only fu LART1)00Kncpi ve VlcdoI i-o：Determine riilLh run<( Ion Is currenil able io read dam frat LARI iccci'xc bufftri± t<_r.UO = Disable01 = lntt?rrupT roijuest or (x)11 ing mdo 10 = DMAO request (Only for CAUTO),DMA3 requesl COnh for JAR12) 11 - DMjU rquejil (Only for

25、UMH)00(3) UART錯誤狀態(tài)寄存器包括 UERSTATO, UERSTAT1 and UERSTAT2此狀態(tài)寄存器的相關位表明是否有幀錯誤或溢出錯誤發(fā)生。如表3-5 , 3-6所示農(nóng)3 5山U?T雷利態(tài)寄存器設蜀stcrAddressRz*Sccr iplionVtilueUEftSTATOOiSOOOHRI ART channel fl Rx errcir stituti rcirltpr0x0UERSTATIOxSOOOJOMRL'ART channel 1 Ex error status register0x0UERSTAT20150008014RLART cliajin

26、el 2 fix error' sLaluij noisier0x0K LAH1H址贋患帯(I囂位期ii£(IERSTATdBitDescriptionInitialSRet'i ved310 Yu rrwne error dur.ng reteivr 1- Frtifie 世rnirT(Interrupt is requested,)0Ft Hine Er rcr2Set lu <ul(nkal kill ly whtiLewr n fiiins1 eri uf tjccurs during rocoivo oporat kn. G - No fratio e

27、rror during receive 1 = Fry me error (interrurit is request ed,)0R versed【flrr>itht? error during receive 1 ； Fran# error(Interrupt is ruested.)0Overrun ErrorSet to L autnmfit icftl ly whenever an overrun erroi" occurs during recci ve epert ion, Qoverrun t?rrorduring rwoix'電 J = Overrun

28、error (Interrupt 呵山陶Erl”)0“口：在讀取UART錯謨狀態(tài)寄存器時.這哋位(UERSATn $:(】)矣門動清零.()在UART模塊中有三個接收 /發(fā)送狀態(tài)寄存器，包括UTRSTATOUTRSTAT和UTRSTAT2如表3-7 , 3-8所示：表47 LAET按收/女送奇存器設譽RegisterAddressR/HUcscriptionHcsut ValueITETSTATOOvnOCXiCOinRART channel 0 Tk Rx st ar iis rpflisipr0k6IHIISTATIOk.W 1fl0RUART channel I Tk/Ri slsius

29、 iesiser0晦LTRSTAT?OxSQOOSO9K HT channel E Tx Bx gw冃 register0k6表3-H HART接收/發(fā)送寄存器&描述叮 RSTATnHitIrUli l|Staff*TraitxiilHer muiy(2St-l Lcr 1 dJlmikiL iu<iLh whtNi thi? L.rdiisniL buffer rtffijter huj no vlLid data to traruitiit and the tr4n<mit vhifi rof sicr ts pnipij1. 0 - Wei <*npiy 】 =

30、Trdjiaiii ltrj1buf & shifter reiister)eapty1Transmi： t buffer cnply1】Set to 1 EiutcHiKiticllr wlwn tranaHLt tiuFfir rAfffltr icy. 0 =ThP huffr rfjisif'r isenpty J11n Non FIFO mode, Jnlfi rupt or bUAis Equostod” In FIFO aodo, Intorrupt w DMA is ifudetluJ. vliuti Tx riFQ rtLevel i* set . y 00(

31、Eiptyl) If the UART jscs the FIFO, usore should chec?k r)t FIFO &>unt bits and Ti FIH> Ful L bii in the FSrAT registet iiistedd of this bit.Rf»ci /e buf Ti*r dat a readyroiSei to 1 aulnnidLiCidny irh倉ne 買er rect? i mp bufTi汕 register contiains valid data( r&CDL ved a甘亡r the RXDn p

32、ort. 0 - Empty 1 二 ha buffer regi stsr ha* a received dntiiIn Nrr FII;0 tiocId, Interrupt or 1>MA i缶 requested) If the* U.V?r 貯的 the FIFO,should check Rx FIFO Count bits <nd Rk FIFO Full bit in the UFSTAT rdgistK1 ImBtomd of this bit.0()UERSTATO, UERSTAT1 and UERSTAT2(2)在UART模塊中有 3個UART發(fā)送緩沖寄存器

33、， 包括UTXH0 UTXH1和 UTXH2 UTXHn有8位發(fā)送數(shù)據(jù)。如下表 3-9 :9 I ART好.我沖宙存棉RegisterAddresswDescriptionReset ValueCTX1IO0(1000)20 JJ Oi;)<l(XXK)23；B)H (by In it)HART chnnnel 0 transni1 buffer regislerUTXH1(iv 500010)(1,) 血HJQQ102肌町* (hyUAIR'I. chaitnl 1 t ran sail buffer resisteri rxHi0x50008020(L)0x50008023t

34、B)V (by byteUART channel 2 rransmit buffer leg i sIe r兀功能如下喪370所為我3-10 UAKT發(fā)送緩沖路存器功能UTXHrBitiptionInitial StateTIWTMn17:0Trutti-mil data for UARTn-注測(L八小羯模式；佃卄大漏模式(3)在UART模塊中有 3個UART接收緩沖寄存器， 包括URXH0 URXH1和URXH2 URXHr有8位接收數(shù)據(jù)。如表 3-11 :表3 11 "KF按收耀沖寄柑牆Register.Wdressill/lDescriptionBeset ValueWHOK

35、 (by byte)UART channel 0 receive bufferURXI310i6OOO4O24(L)Ui5auU；U27.)K (bf bfie)UART charmel L receive huffrr regretUHXH2Oi5OOUSO24(L> 0i5WQSQ27(B)R (by byte)HART rhnnnpl 2ozi艸 buffer i rgizst 廣廠肓功能如下應3T2所示：$3 12訕RT接收級沖布存功懺UHXlhBitipticiflInitial State7：OJRecc i vc dita for I ARTn-注意：當發(fā)生溢出錯誤時，必須

36、讀 URXHn否則，即使 UERSTAT的溢出位已經(jīng)清零, 下個已接收數(shù)據(jù)也會產(chǎn)生溢出錯誤。()UART波特率因子寄存器農(nóng)3-門I1WT波持率國子寄徉跟設置Rogi su>r?ddrossK/»LX>scripticnRc«ot XaluoLIIKIJIW0 疝 OOOtX)湘R/Upltiud rate divisior reeisier 0-L13RDJV1OiWOOiOSBR/WBaud rate divisiar register 1WTV2R/WI riUd mtp rilvisinr rpfjistpr 2丟UART波特率因子奇徉議功虧r!R>：VnBiLOvstript iwii' i i