嵌入式實(shí)驗(yàn)報(bào)告-ARM的串行口實(shí)驗(yàn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上貴州大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院： 專業(yè)： 班級：姓名學(xué)號實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)時(shí)間05.03指導(dǎo)教師余佩嘉成績實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱ARM的串行口實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握ARM的串行口工作原理2.學(xué)習(xí)編程實(shí)現(xiàn)ARM的UART通訊3.掌握CPU利用串口通訊的方法實(shí)驗(yàn)原理1異步串行IO 異步串行方式是將傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)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(shí)使用同一傳輸通道，因此串行IO可以減少信號連線，最少用一對線即可進(jìn)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(fù)發(fā)送的信息，雙方必須協(xié)調(diào)工作。在微型計(jì)算機(jī)中大量使用異步串行IO方式，雙方使用各自

2、的時(shí)鐘信號，而且允許時(shí)鐘頻率有一定誤差，因此實(shí)現(xiàn)較容易。但是由于每個(gè)字符都要獨(dú)立確定起始和結(jié)束(即每個(gè)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(shí)間，因此效率較低。圖3-1給出異步串行通信中一個(gè)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(shí)首先發(fā)一個(gè)“”作為起始位，然后出現(xiàn)在通信線上的是字符的二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)。每個(gè)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編碼。后面是奇偶校驗(yàn)位，根據(jù)約定，用奇偶校驗(yàn)位將所傳字符中為“1”的位數(shù)湊成奇數(shù)個(gè)或偶數(shù)個(gè)。也可以約定不要奇偶校驗(yàn)，這樣就取消奇偶校驗(yàn)位。最后是表示停止位的“1”信號，這個(gè)停止位可以約定

3、持續(xù)1位、1.5位或2位的時(shí)間寬度。至此一個(gè)字符傳送完畢，線路又進(jìn)入空閑，持續(xù)為“1”。經(jīng)過一段隨機(jī)的時(shí)間后，下一個(gè)字符開始傳送才又發(fā)出起始位。 每一個(gè)數(shù)據(jù)位的寬度等于傳送波特率的倒數(shù)。微機(jī)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(jìn)行檢查，可以查出以下三種錯(cuò)誤： 1）奇偶錯(cuò)：在約定奇偶檢查的情況下，接收到的字符奇偶狀態(tài)和約定不符。 2）幀格式錯(cuò)：一個(gè)字符從起始位到停止位的總位數(shù)不對。 3）溢出錯(cuò)：若先接收的字符尚未被微機(jī)讀取，后面的字符又傳送過來，則產(chǎn)生溢出錯(cuò)。 每一種錯(cuò)誤都會給出相應(yīng)的

4、出錯(cuò)信息，提示用戶處理。2串行接口的物理層標(biāo)準(zhǔn) 通用的串行IO接口有許多種，現(xiàn)僅就最常見的兩種標(biāo)準(zhǔn)作簡單介紹。 1）EIA RS232C 這是美國電子工業(yè)協(xié)會推薦的一種標(biāo)準(zhǔn)(Electronic industries Association Recoil-mended Standard)。它在一種25針接插件(DB25)上定義了串行通信的有關(guān)信號。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)后來被世界各國所接受并使用到計(jì)算機(jī)的IO接口中。 信號連線 在實(shí)際異步串行通信中，并不要求用全部的RS232C信號，許多PCXT兼容機(jī)僅用15針接插件(DB15)來引出其異步串行IO信號，而PC中更是大量采用9針接插件(DB9)來擔(dān)當(dāng)此任，因

5、此這里也不打算就RS232C的全部信號作詳細(xì)解釋。圖3-2給出兩臺微機(jī)利用RS232C接口通信的聯(lián)線(無MODEM)，我們按DB25的引腳號標(biāo)注各個(gè)信號。 下面對圖3-2中幾個(gè)主要信號作簡要說明。保護(hù)地 通信線兩端所接設(shè)備的金屬外殼通過此線相聯(lián)。當(dāng)通信電纜使用屏蔽線時(shí)，常利用其外皮金屬屏蔽網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。由于各設(shè)備往往已通過電源線接通保護(hù)地，因此，通信線中不必重復(fù)接此地線(圖中用虛線表示)。例如使用9針插頭(DB9)的異步串行IO接口就沒有引出保護(hù)地信號。 TXDRXD 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(dāng)兩臺微機(jī)以全雙工方式直接通信(無MODEM方式)時(shí)，雙方的這兩根線應(yīng)交

6、叉聯(lián)接(扭接)。 信號地 所有的信號都要通過信號地線構(gòu)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(shè)備通信過程中的聯(lián)絡(luò)(握手信號)，而且有些信號僅用于和MODEM的聯(lián)絡(luò)。若采取微型機(jī)對微型機(jī)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(shè)置成不要任何聯(lián)絡(luò)信號，則其它線都可不接。有時(shí)在通信線的同一端將相關(guān)信號短接以“自握手”方式滿足聯(lián)絡(luò)要求。這就是如圖3-2(a)所示的情況。RTSCTS 請求發(fā)送值號RTS是發(fā)送器輸出的準(zhǔn)備好信號。接收方準(zhǔn)備好后送回清除發(fā)送信號CTS后，發(fā)送數(shù)據(jù)開始進(jìn)行，在同一端將這兩個(gè)信號短接就意味著只要發(fā)送器準(zhǔn)備好即可發(fā)送。

7、DCD 載波檢測(又稱接收線路信號檢測)。本意是MODEM檢測到線路中的載波信號后，通知終端準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)的信號，在沒有接MODEM的情況下，也可以和RTS、CTS短接。 相對于MODEM而言，微型機(jī)和終端機(jī)一樣被稱為數(shù)據(jù)終端DTE(Data Terminal Equipment)而MODEM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(yīng)該是按接插件芯號，同名端對應(yīng)相接。此處介紹的RS232C的信號名稱及信號流向都是對DTE而言的。 DTRDSR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好時(shí)發(fā)DTR信號，在收到數(shù)據(jù)通信裝置

8、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MODEM接收到電話交換機(jī)有效的撥號時(shí)，使RI有效，通知數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備傳送。在無MODEM時(shí)也可和DTR相接。 圖3-2(b)給出了無MODEM情況下，DTE對DTE異步串行通信線路的完整連接，它不僅適用于微型機(jī)和微型機(jī)之間的通信，還適用于微型機(jī)和異步串行外部設(shè)備(如終端機(jī)、繪圖儀、數(shù)字化儀等)的連接。 信號電平規(guī)定 RS232C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(fù)邏輯定義。 以上標(biāo)準(zhǔn)稱為EIA電平。PCX

9、T系列使用的信號電平是-12V和+12V，符合EIA標(biāo)準(zhǔn)，但在計(jì)算機(jī)內(nèi)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MCl488或SN75150將TTL電平轉(zhuǎn)換為EIA電平，MCl489或SN75154將EIA電平轉(zhuǎn)換為TTL電平。PCXT系列以這種方式進(jìn)行串行通信時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)，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(dāng)然也需要有電路來實(shí)現(xiàn)TTL電平和20mA電流之間的轉(zhuǎn)

10、換。圖3-3是PCXT微機(jī)中使用的一種20mA電流環(huán)接口。當(dāng)發(fā)送方SOUT1時(shí)，便有20mA電流灌入接收方的光耦合器，于是光耦合器導(dǎo)通，使SIN1。反之當(dāng)發(fā)送方SOUT0時(shí)環(huán)路電流為零，接收方光耦合器截止，SIN0。顯然，當(dāng)要求雙工方式通信時(shí)，雙方都應(yīng)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(shí)現(xiàn)電氣上隔離，而且信號又是雙端回路方式，故有很強(qiáng)的抗干擾性，可以傳送遠(yuǎn)至1千米的距離?！?”、“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RS232C標(biāo)準(zhǔn)。因此PCXT微機(jī)中的異步串行信道接口往往將這兩種標(biāo)準(zhǔn)做在一起，實(shí)際通過跨接線從二者中擇一使用。 ARM自帶三個(gè)UA

11、RT端口，每個(gè)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(shí)鐘最大波特率可達(dá)230.4K，如果用外部時(shí)鐘(UCLK)UART可以以更高的波特率運(yùn)行。 S3C2410X UART包括可編程波特率，紅外發(fā)送/接收，插入一個(gè)或兩個(gè)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(yàn)。 其特點(diǎn)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，nCTS0，nRTS1和nCTS1的UART通道。 -支持握手方式的接收/發(fā)送 與UART有關(guān)的寄

12、存器主要有以下幾個(gè)： （1） UART線控制寄存器包括ULCON0，ULCON1和ULCON2，主要用來選擇每幀數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)，奇偶校驗(yàn)?zāi)Ｊ郊笆欠袷褂眉t外模式，如表3-1，3-2所示。（2） UART控制寄存器包括UCON0, UCON1 and UCON2，主要用來選擇時(shí)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(shí)使能，接收錯(cuò)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(3)UART錯(cuò)誤狀態(tài)寄存器包括UERSTAT0, UERSTAT1 and UERSTAT2，此狀態(tài)寄存器的相關(guān)位表明是否有幀錯(cuò)誤或溢出錯(cuò)誤發(fā)生。如表3-5，3-6所示（）在UART模塊

13、中有三個(gè)接收/發(fā)送狀態(tài)寄存器，包括UTRSTAT0，UTRSTAT1和UTRSTAT2。如表3-7，3-8所示：()UERSTAT0, UERSTAT1 and UERSTAT2 （2）在UART模塊中有3個(gè)UART發(fā)送緩沖寄存器，包括UTXH0，UTXH1和UTXH2，UTXHn有8位發(fā)送數(shù)據(jù)。如下表3-9：（3）在UART模塊中有3個(gè)UART接收緩沖寄存器，包括URXH0，URXH1和URXH2，URXHn有8位接收數(shù)據(jù)。如表3-11：注意：當(dāng)發(fā)生溢出錯(cuò)誤時(shí)，必須讀URXHn。否則，即使UERSTATn的溢出位已經(jīng)清零，下個(gè)已接收數(shù)據(jù)也會產(chǎn)生溢出錯(cuò)誤。 （）UART波特率因子寄存器 UAR

14、T包括三個(gè)波特率因子寄存器UBRDIV0, UBRDIV1 and UBRDIV2，存儲在波特率因子寄存器(UBRDIVn)中的值決定串口發(fā)送和接收的時(shí)鐘數(shù)率（波特率），計(jì)算公式如下： UBRDIVn = (int)(PCLK / (bps x 16) ) 1 或 UBRDIVn = (int)(UCLK / (bps x 16) ) 1 例如：如果波特率是，PCLK or或UCLK is是40 MHz，那么UBRDIVn : UBRDIVn = (int)( / ( x 16) ) -1 = (int)(21.7) -1 = 21 -1 = 20實(shí)驗(yàn)儀器硬件：ARM嵌入式開發(fā)平臺、PC機(jī)Pentium100以上、用于ARM920T的JTAG仿真器、串口線。 軟件：PC機(jī)操作系統(tǒng)Win2000或WinXP、ARM ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境、仿真器驅(qū)動程序、超級終端通訊程序。實(shí)驗(yàn)步驟1. 編寫串口驅(qū)動函數(shù)2. 在主函數(shù)中實(shí)現(xiàn)將從串口0接受到的數(shù)據(jù)發(fā)送到串口03. 新建工程，將“EXP1 ARM串口實(shí)驗(yàn)”中的文件添加到工程中并運(yùn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)串行通訊原理，了解串行通訊控制器，閱讀ARM芯片文檔，掌握ARM的UART相關(guān)寄存器的功能，熟悉ARM系