串行口实验.docx
《串行口实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《串行口实验.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
串行口实验
1ARM的串行口实验
1一、实验目的
１．掌握ARM的串行口工作原理。
２．学习编程实现ARM的UART通讯。
３．掌握CPU利用串口通讯的方法。
2二、实验内容
学习串行通讯原理，了解串行通讯控制器，阅读ARM芯片文档，掌握ARM的UART相关寄存器的功能，熟悉ARM系统硬件的UART相关接口。
编程实现ARM和计算机实现串行通讯：
ARM监视串行口，将接收到的字符再发送给串口（计算机与开发板是通过超级终端通讯的），即按PC键盘通过超级终端发送数据，开发板将接收到的数据再返送给PC，在超级终端上显示。
3三、预备知识
1、用EWARM集成开发环境，编写和调试程序的基本过程。
2、ARM应用程序的框架结构。
3、了解串行总线
4四、实验设备及工具
硬件：
ARM嵌入式开发平台、PC机Pentium100以上、用于ARM920T的JTAG仿真器、串口线。
软件：
PC机操作系统Win2000或WinXP、EWARM集成开发环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序。
5五、实验原理及说明
1．异步串行I／O
异步串行方式是将传输数据的每个字符一位接一位（例如先低位、后高位）地传送。
数据的各不同位可以分时使用同一传输通道，因此串行I／O可以减少信号连线，最少用一对线即可进行。
接收方对于同一根线上一连串的数字信号，首先要分割成位，再按位组成字符。
为了恢复发送的信息，双方必须协调工作。
在微型计算机中大量使用异步串行I／O方式，双方使用各自的时钟信号，而且允许时钟频率有一定误差，因此实现较容易。
但是由于每个字符都要独立确定起始和结束（即每个字符都要重新同步），字符和字符间还可能有长度不定的空闲时间，因此效率较低。
图3-1串行通信字符格式
图3-1给出异步串行通信中一个字符的传送格式。
开始前，线路处于空闲状态，送出连续“1”。
传送开始时首先发一个“０”作为起始位，然后出现在通信线上的是字符的二进制编码数据。
每个字符的数据位长可以约定为5位、6位、7位或8位，一般采用ASCII编码。
后面是奇偶校验位，根据约定，用奇偶校验位将所传字符中为“1”的位数凑成奇数个或偶数个。
也可以约定不要奇偶校验，这样就取消奇偶校验位。
最后是表示停止位的“1”信号，这个停止位可以约定持续1位、1.5位或2位的时间宽度。
至此一个字符传送完毕，线路又进入空闲，持续为“1”。
经过一段随机的时间后，下一个字符开始传送才又发出起始位。
每一个数据位的宽度等于传送波特率的倒数。
微机异步串行通信中，常用的波特率为50，95，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600等。
接收方按约定的格式接收数据，并进行检查，可以查出以下三种错误：
1）奇偶错：
在约定奇偶检查的情况下，接收到的字符奇偶状态和约定不符。
2）帧格式错：
一个字符从起始位到停止位的总位数不对。
3）溢出错：
若先接收的字符尚未被微机读取，后面的字符又传送过来，则产生溢出错。
每一种错误都会给出相应的出错信息，提示用户处理。
２．串行接口的物理层标准
通用的串行I／O接口有许多种，现仅就最常见的两种标准作简单介绍。
1）EIARS—232C
这是美国电子工业协会推荐的一种标准（ElectronicindustriesAssociationRecoil-mendedStandard）。
它在一种25针接插件（DB—25）上定义了串行通信的有关信号。
这个标准后来被世界各国所接受并使用到计算机的I／O接口中。
⑴ 信号连线
在实际异步串行通信中，并不要求用全部的RS—232C信号，许多PC／XT兼容机仅用15针接插件（DB—15）来引出其异步串行I／O信号，而PC中更是大量采用9针接插件（DB—9）来担当此任，因此这里也不打算就RS—232C的全部信号作详细解释。
图3-2给出两台微机利用RS—232C接口通信的联线（无MODEM），我们按DB—25的引脚号标注各个信号。
下面对图3-2中几个主要信号作简要说明。
保护地通信线两端所接设备的金属外壳通过此线相联。
当通信电缆使用屏蔽线时，常利用其外皮金属屏蔽网来实现。
由于各设备往往已通过电源线接通保护地，因此，通信线中不必重复接此地线（图中用虚线表示）。
例如使用9针插头（DB—9）的异步串行I／O接口就没有引出保护地信号。
TXD／RXD是一对数据线，TXD称发送数据输出，RXD称接收数据输入。
当两台微机以全双工方式直接通信（无MODEM方式）时，双方的这两根线应交叉联接（扭接）。
信号地所有的信号都要通过信号地线构成耦合回路。
通信线有以上三条（TXD、RXD和信号地）就能工作了。
其余信号主要用于双方设备通信过程中的联络（握手信号），而且有些信号仅用于和MODEM的联络。
若采取微型机对微型机直接通信，且双方可直接对异步串行通信电路芯片编程，若设置成不要任何联络信号，则其它线都可不接。
有时在通信线的同一端将相关信号短接以“自握手”方式满足联络要求。
这就是如图3-2（a）所示的情况。
图3-2实用RS-232C连线
RTS／CTS请求发送值号RTS是发送器输出的准备好信号。
接收方准备好后送回清除发送信号CTS后，发送数据开始进行，在同一端将这两个信号短接就意味着只要发送器准备好即可发送。
DCD载波检测（又称接收线路信号检测）。
本意是MODEM检测到线路中的载波信号后，通知终端准备接收数据的信号，在没有接MODEM的情况下，也可以和RTS、CTS短接。
相对于MODEM而言，微型机和终端机一样被称为数据终端DTE（DataTerminalEquipment）而MODEM被称为数据通信装置DCE（DataCommunicationsEquipment），DTE和DCE之间的连接不能像图3-2中有“扭接”现象，而应该是按接插件芯号，同名端对应相接。
此处介绍的RS—232C的信号名称及信号流向都是对DTE而言的。
DTR／DSR数据终端准备好时发DTR信号，在收到数据通信装置装备好DSR信号后，方可通信。
图3-2（a）中将这一对信号以“自握手”方式短接。
R1原意是在MODEM接收到电话交换机有效的拨号时，使RI有效，通知数据终端准备传送。
在无MODEM时也可和DTR相接。
图3-2（b）给出了无MODEM情况下，DTE对DTE异步串行通信线路的完整连接，它不仅适用于微型机和微型机之间的通信，还适用于微型机和异步串行外部设备（如终端机、绘图仪、数字化仪等）的连接。
⑵ 信号电平规定
RS—232C规定了双极性的信号逻辑电平：
-3V到-25V之间的电平表示逻辑“1”。
+3V到+25V之间的电平表示逻辑“0”。
因此这是一套负逻辑定义。
以上标准称为EIA电平。
PC／XT系列使用的信号电平是-12V和+12V，符合EIA标准，但在计算机内部流动的信号都是TTL电平，因此这中间需要用电平转换电路。
常用芯片MCl488或SN75150将TTL电平转换为EIA电平，MCl489或SN75154将EIA电平转换为TTL电平。
PC／XT系列以这种方式进行串行通信时，在波特率不高于9600的情况下，理论上通信线的长度限制纽为15米。
2）20mA电流环
20mA电流环并没有形成一套完整的标准，主要是将数字信号的表示方法不使用电子的高低，而改用20mA电流的有无：
“1”信号在环路中产生20mA电流；“0”信号无电流产生。
当然也需要有电路来实现TTL电平和20mA电流之间的转换。
图3-3是PC／XT微机中使用的一种20mA电流环接口。
当发送方SOUT＝1时，便有20mA电流灌入接收方的光耦合器，于是光耦合器导通，使SIN＝1。
反之当发送方SOUT＝0时环路电流为零，接收方光耦合器截止，SIN＝0。
显然，当要求双工方式通信时，双方都应各有收发电路，通信联线至少要4根。
由于通信双方利用光耦合器实现电气上隔离，而且信号又是双端回路方式，故有很强的抗干扰性，可以传送远至1千米的距离。
图3-320mA电流环接口
“0”、“1”信号的表示方法不同外，其他方面（如字符的传输格式）常借用RS—232C标准。
因此PC／XT微机中的异步串行信道接口往往将这两种标准做在一起，实际通过跨接线从二者中择一使用。
ARM自带三个UART端口，每个UART通道都有16字节的FIFO（先入先出寄存器）用于接受和发送。
用系统时钟最大波特率可达230.4K，如果用外部时钟（UCLK）UART可以以更高的波特率运行。
S3C2410XUART包括可编程波特率，红外发送/接收，插入一个或两个停止位，5字节，6字节，7字节，或8字节数据宽度和奇偶校验。
其特点是：
-----基于DMA或者中断操作的RxD0，TxD0，RxD1，TxD1，RxD2，TxD2。
-----包括IrDA1.0和16字节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/发送
与UART有关的寄存器主要有以下几个：
（1）UART线控制寄存器包括ULCON0，ULCON1和ULCON2，主要用来选择每帧数据位数、停止位数，奇偶校验模式及是否使用红外模式，如表3-1，3-2所示。
表3-1UART寄存器设置
Register
Address
R/W
Description
ResetValue
ULCON0
0x50000000
R/W
UARTchannel0linecontrolregister
0x00
ULCON1
0x50004000
R/W
UARTchannel1linecontrolregister
0x00
ULCON2
0x50008000
R/W
UARTchannel2linecontrolregister
0x00
表3-2UART寄存器位描述
ULCONn
Bit
Description
InitialState
Reserved
[7]
0
Infra-RedMode
[6]
DeterminewhetherornottousetheInfra-Redmode.0=Normalmodeoperation1=Infra-RedTx/Rxmode
0
ParityMode
[5:
3]
SpecifythetypeofparitygenerationandcheckingduringUARTtransmitandreceiveoperation.0xx=Noparity100=Oddparity101=Evenparity110=Parityforced/checkedas1111=Parityforced/checkedas0
000
NumberofStopBit
[2]
Specifyhowmanystopbitsaretobeusedforend-of-framesignal.0=Onestopbitperframe1=Twostopbitperframe
0
WordLength
[1:
0]
Indicatethenumberofdatabitstobetransmittedorreceivedperframe.00=5-bits01=6-bits10=7-bits11=8-bits
00
（2）UART控制寄存器包括UCON0,UCON1andUCON2，主要用来选择时钟，接收和发送中断类型（即电平还是脉冲触发类型），接收超时使能，接收错误状态中断使能，回环模式，发送接收模式等。
如表3-3，3-4所示
表3-3UART控制寄存器设置
Register
Address
R/W
Description
ResetValue
UCON0
0x50000004
R/W
UARTchannel0controlregister
0x00
UCON1
0x50004004
R/W
UARTchannel1controlregister
0x00
UCON2
0x50008004
R/W
UARTchannel2controlregister
0x00
表3-4UART控制寄存器位描述
UCONn
Bit
Description
InitialState
ClockSelection
[10]
SelectPCLKorUCLKfortheUARTbaudrate.0=PCLK:
UBRDIVn=（int）（PCLK/（bpsx16））-11=UCLK（@GPH8）:
UBRDIVn=（int）（UCLK/（bpsx16））-1
0
TxInterruptType
[9]
Interruptrequesttype.0=Pulse（InterruptisrequestedassoonastheTxbufferbecomesemptyinNon-FIFOmodeorreachesTxFIFOTriggerLevelinFIFOmode.）1=Level（InterruptisrequestedwhileTxbufferisemptyinNon-FIFOmodeorreachesTxFIFOTriggerLevelinFIFOmode.）
0
RxInterruptType
[8]
Interruptrequesttype.0=Pulse（InterruptisrequestedtheinstantRxbufferreceivesthedatainNon-FIFOmodeorreachesRxFIFOTriggerLevelinFIFOmode.）1=Level（InterruptisrequestedwhileRxbufferisreceivingdatainNon-FIFOmodeorreachesRxFIFOTriggerLevelinFIFOmode.）
0
RxTimeOutEnable
[7]
Enable/DisableRxtimeoutinterruptwhenUARTFIFOisenabled.Theinterruptisareceiveinterrupt.0=Disable1=Enable
0
RxErrorStatusInterruptEnable
[6]
EnabletheUARTtogenerateaninterruptuponanexception,suchasabreak,frameerror,parityerror,oroverrunerrorduringareceiveoperation.0=Donotgeneratereceiveerrorstatusinterrupt.1=Generatereceiveerrorstatusinterrupt.
0
LoopbackMode
[5]
Settingloopbackbitto1causestheUARTtoentertheloopbackmode.Thismodeisprovidedfortestpurposesonly.0=Normaloperation1=Loopbackmode
0
SendBreakSignal
[4]
SettingthisbitcausestheUARTtosendabreakduring1frametime.Thisbitisautomaticallyclearedaftersendingthebreaksignal.0=Normaltransmit1=Sendbreaksignal
0
TransmitMode
[3:
2]
DeterminewhichfunctioniscurrentlyabletowriteTxdatatotheUARTtransmitbufferregister.
00=Disable
01=Interruptrequestorpollingmode10=DMA0request（OnlyforUART0）,
DMA3request（OnlyforUART2）11=DMA1request（OnlyforUART1）
00
ReceiveMode
[1:
0]
DeterminewhichfunctioniscurrentlyabletoreaddatafromUARTreceivebufferregister.
00=Disable
01=Interruptrequestorpollingmode10=DMA0request（OnlyforUART0）,
DMA3request（OnlyforUART2）11=DMA1request（OnlyforUART1）
00
（3）UART错误状态寄存器包括UERSTAT0,UERSTAT1andUERSTAT2，此状态寄存器的相关位表明是否有帧错误或溢出错误发生。
如表3-5，3-6所示
表3-5UART错误状态寄存器设置
Register
Address
R/W
Description
ResetValue
UERSTAT0
0x50000014
R
UARTchannel0Rxerrorstatusregister
0x0
UERSTAT1
0x50004014
R
UARTchannel1Rxerrorstatusregister
0x0
UERSTAT2
0x50008014
R
UARTchannel2Rxerrorstatusregister
0x0
表3-6UART错误状态寄存器位描述
UERSTATn
Bit
Description
InitialState
Reserved
[3]
0=Noframeerrorduringreceive1=Frameerror（Interruptisrequested.）
0
FrameError
[2]
Setto1automaticallywheneveraframeerroroccursduringreceiveoperation.0=Noframeerrorduringreceive1=Frameerror（Interruptisrequested.）
0
Reserved
[1]
0=Noframeerrorduringreceive1=Frameerror（Interruptisrequested.）
0
OverrunError
[0]
Setto1automaticallywheneveranoverrunerroroccursduringreceiveoperation.0=Nooverrunerrorduringreceive1=Overrunerror（Interruptisrequested.）
0
注意：
在读取UART错误状态寄存器时，这些位（UERSATn[3:
0]）会自动清零。
（）在UART模块中有三个接收/发送状态寄存器，包括UTRSTAT0，UTRSTAT1和UTRSTAT2。
如表3-7，3-8所示：
表3-7UART接收/发送寄存器设置
Register
Address
R/W
Description
ResetValue
UTRSTAT0
0x50000010
R
UARTchannel0Tx/Rxstatusregister
0x6
UTRSTAT1
0x50004010
R
UARTchannel1Tx/Rxstatusregister
0x6
UTRSTAT2
0x50008010
R
UARTchannel2Tx/Rxstatusregister
0x6
表3-8UART接收/发送寄存器位描述
UTRSTATn
Bit
Description
InitialState
Transmitterempty
[2]
Setto1automaticallywhenthetransmitbufferregisterhasnovaliddatatotransmitandthetransmitshiftregisterisempty.0=Notempty1=Transmitter（transmitbuffer&shifterregister）empty
1
Transmitbufferempty
[1]
Setto1automaticallywhentransmitbufferregisterisempty.0=Thebufferregisterisnotempty1=Empty（InNon-FIFOmode,InterruptorDMAisrequested.InFIFOmode,InterruptorDMAisrequested,whenTxFIFOTriggerLevelissetto00（Empty））IftheUARTusestheFIFO,usersshouldcheckTxFIFOCountbitsandTxFIFOFullbitintheUFSTATregisterinsteadofthisbit.
1
Receivebufferdataready
[0]
Setto1automaticallywheneverreceivebufferregistercontainsvaliddata,receivedovertheRXDnport.0=Empty1=Thebuffer
升级会员 