ch8 串行通信接口.ppt

2020/5/24,1,嵌入式系统原理与应用技术袁志勇王景存章登义刘树波北京:北京航空航天大学出版社,2009.11PPT教学课件,2020/5/24,2,第8章串行通信接口,8.1串行通信基础知识8.2S3C2410串行接口8.3串行通信举例8.4IIS串行数字音频接口,2020/5/24,3,8.1串行通信基础知识,串行数据传送模式单工半双工全双工,2020/5/24,4,8.1串行通信基础知识,串行通信方式异步串行通信方式,异步式传输把每一个字符当作独立的信息来传送，并按照一固定且预定的时序传送，但在字符之间却取决于字符与字符的任意时序。而一个完整的字符传送，包含一个起始位以及所欲传送的字符，加上校验位和停止位。,异步通信必须遵循的3项规定：帧格式波特率校验位,2020/5/24,5,8.1串行通信基础知识,串行通信方式异步串行通信方式,帧格式,2020/5/24,6,8.1串行通信基础知识,串行通信方式异步串行通信方式,波特率：波特率就是传送数据位的速率，用位/秒（bit/s）表示。例如，数据传送的速率为120字符/秒，每帧包括10个数据位，则传送波特率为：10位/字符120字符/秒=1200位/秒=1200波特,2020/5/24,7,8.1串行通信基础知识,串行通信方式异步串行通信方式,校验位：由于对字符传送做正确性检查，可以分为奇校验和偶校验。奇校验就是字符中有奇数个“1”，该位置1，否则为0；偶校验就是字符中有偶数个“1”，该位置1，否则为0。,2020/5/24,8,8.1串行通信基础知识,串行通信方式同步串行通信方式,同步串行通信方式中一次连续传输一块数据（常称之为信息帧），开始前使用同步字符作为同步的依据。字符块之后再加入适当的错误检测数据才传送出去。采用同步通信时，在传输线上没有字符传输时，要发送专用的“空闲”字符或同步字符，其原因是同步传输字符必须连续传输，不允许有间隙，所以，同步串行通信方式传输效率高。但电路结构复杂，对硬件要求高。误码检测一般采用CRC（循环冗余校验）校验法。,2020/5/24,9,8.1串行通信基础知识,RS-232C串行通信接口,RS-232C是由美国电子工业协会（ElectronicIndustriesAssociation,EIA）于1969年制定的一种串行通信接口标准，并被推荐为串行通信接口的国际标准，得到了广泛应用。EIA把RS-232C定义为：“在数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间使用串行二进制数据交换的接口”。RS-2323C标准包括了接口的机械特性、电气信号特征和交换功能特征。它用于连接2种设备：数据终端设备和数据通信设备。,2020/5/24,10,8.1串行通信基础知识,RS-232C串行通信接口RS-232C接口信号,2020/5/24,11,8.1串行通信基础知识,RS-232C串行通信接口RS-232C接口电气规格,计算机系统外围接口一般采用TTL标准，即以+5V代表逻辑“1”，而接地电压代表逻辑“0”，而RS-232C以+12V的电压视为逻辑“0”，-12V的电压视为逻辑“1”。所以，串行接口电路中需要将TTL标准与RS-232C标准之间进行电平转换。,2020/5/24,12,8.1串行通信基础知识,RS-422和RS-485标准RS-422和RS-485都是在RS-232C的基础上发展起来的串行数据接口标准，都是由EIA制定并发布的。RS-422RS-485,RS-422是为弥补RS-232C的不足而提出的，主要是为了改进RS-232C通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种“平衡”通信接口，将速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1220m（速率低于100kb/s时），并允许在一条总线上连接最多10个接收器。,为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，它增加了总线上设备的个数，定义了在最大设备个数情况下的电气特性（以保证足够的信号电压）和双向通信的能力（允许多个发送器连接到同一条总线上），同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。,2020/5/24,13,8.2S3C2410串行接口,S3C2410内部具有3个独立的UART控制器，每个UART通道包含2个16位的接收和发送FIFO，数据接收和发送的波特率可编程。UART也可实现红外(IR)接收和发送。串行数据包括1位或2位停止位,5位、6位、7位或8位数据位和1位奇偶校验位。RxD0，TxD0，RxD1，TxD1，RxD2和TxD2可以工作在中断模式或DMA模式。通道0，1和2包含了IrDA1.0和16位FIFO。通道0和1拥有nRTS0，nCTS0，nRTS1和nCTS1信号。支持发送和接收握手协议。,2020/5/24,14,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART结构,2020/5/24,15,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART工作原理S3C2410UART的基本工作包括数据发送，数据接收，自动流控制，中断/DMA请求产生，波特率产生，回环模式和红外模式。数据发送发送的数据帧是可编程的，包含一位起始位，58位数据位，一位可选的校验位和12位的停止位，这些可以在线路控制寄存器(ULCONn)中指定。发送器也可以产生一个暂停状态，将输出在一个帧的时间内强制为逻辑0。当前帧发送完后，才能发送产生暂停。在暂停状态结束后，可以继续发送FIFO中的数据(或继续发送无FIFO模式下发送保持寄存器中的数据)。,2020/5/24,16,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART工作原理数据接收接收器在接收数据的同时检测溢出错误、奇偶校验错误、帧错误和暂停错误。每种错误都可以设置相应的错误标志位。溢出错误是指在前面数据被读取之前，刚收到的数据覆盖了前面的数据。奇偶校验错误是指接收端对接收到的数据进行校验时产生了与发送端不同的校验标志。帧错误是指接收到的数据没有一个有效的停止位。暂停错误是指RxDn维持逻辑0的时间超过了一个帧的时间长度。,2020/5/24,17,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART工作原理自动流控制流控制指的是数据流控制。当数据在两个串口之间传输时，常常会由于接收端数据处理来不及，造成接收缓冲区满，此时发送端如果继续发送数据，接收端就会丢失数据。流控制可以解决这个问题。S3C2410的UART0和UART1通过nRTS和nCTS信号支持自动流控制。也可以设置为无自动流控制功能。S3C2410的UART2不支持自动流控制功能。,2020/5/24,18,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART工作原理中断/DMA请求产生S3C2410的每一个UART有7个状态(发送/接收/错误)信号：溢出错误奇偶校验错误帧错误暂停错误接收缓冲数据准备就绪发送缓冲空和发送移位器空每种状态都可以在UTRSTATn或UERSTATn寄存器中的相应标志位设置。,2020/5/24,19,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART工作原理中断/DMA请求产生对于以上7个状态中的4个错误状态，如果控制寄存器(UCONn)中的错误中断请求使能位置1，发生任何一个错误时都会引起中断，再通过查询UERSTATn寄存器来确定具体发生了哪一类错误，然后进行相应的错误处理。在FIFO模式下,如果UCONn寄存器中接收方式位置1，意味着采用中断或轮询方式接收数据,当接收器将接收到的数据传送到FIFO并且数量达到了接收FIFO的接收门限值,就会产生接收中断。在非FIFO模式下，如果允许接收中断或轮询，接收到的数据从接收移位寄存器传送到接收保持寄存器后，将产生接收中断。,2020/5/24,20,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART工作原理中断/DMA请求产生在FIFO模式下,如果UCONn寄存器中发送方式位置1，意味着采用中断或轮询方式发送数据,当发送器将发送数据从发送FIFO传送到移位器中并且发送FIFO中的数据数量达到了发送FIFO的发送门限值，就会产生发送中断。在非FIFO模式下，如果允许发送中断或轮询，发送保持寄存器将数据发送到移位器后，将产生发送中断。如果UCONn寄存器中发送方式和接收方式的DMAn位都置1，那么接收和发送完成后将产生DMAn请求，执行DMA操作，而不是中断请求。,2020/5/24,21,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART工作原理波特率产生波特率产生器提供时钟给发送器和接收器。波特率的时钟源可以选择为S3C2410的内部系统时钟或UCLK，也就是分频源可以通过设置UCONn中的时钟选择位来选择。波特率时钟是由时钟源除以16和一个由UART波特率分频系数寄存器（UBRDIVn）指定的16位分频系数产生的。当使用S3C2410的内部系统时钟时，UBRDIVn中的分频系数由下式计算得出：UBRDIVn=（int）（PCLK/（bps*16）-1这里的分频系数必须是从1到216-1。当使用时钟源UCLK时，UBRDIVn中的分频系数由下式计算得出：UBRDIVn=（int）（UCLK/（bps*16）-1这里的分频系数必须是从1到216-1，并且UCLK必须要小于PCLK。,2020/5/24,22,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART工作原理波特率产生例如，如果串口波特率是115200bps，PCLK或UCLK为40MHz，则UBRDIVn中的分频系数为：UBRDIVn=（int）（(40000000/（115200*16）-1=（int）（21.7）-1=20,2020/5/24,23,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART工作原理回环模式回环模式主要用来对S3C2410的UART提供测试，为解决通信连接中的错误提供辅助手段。这种模式从结构上使UART中RXD和TXD之间直接连接。这种模式下，发送数据通过RXD被接收器接收，以便处理器验证每一个串行口的内部发送和接收数据的正确性。这种模式可以通过设置UCONn寄存器的反馈位来实现。,2020/5/24,24,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART工作原理红外模式S3C2410UART模块支持红外（IR）发送和接收，可以通过设置UART线路控制寄存器（ULCONn）中的红外模式位来选择。IR发送时，数据中的逻辑1不发送脉冲，逻辑0发送脉冲，发送的脉冲宽度是通常串口发送数据位的3/16。IR接收时，接收器检测到通常串口数据位3/16的脉冲宽度作为逻辑0值，检测到没有脉冲作为逻辑1值。,2020/5/24,25,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器S3C2410UART专用寄存器主要包括：线路控制寄存器（ULCON0，ULCON1和ULCON2）控制寄存器（UCON0，UCON1和UCON2）FIFO控制寄存器（UFCON0，UFCON1和UFCON2）MODEM控制寄存器（UMCON0和UMCON1）发送接收状态寄存器（UTRSTAT0，UTRSTAT1和UTRSTAT2）错误状态寄存器（UERSTAT0，UERSTAT1和UERSTAT2）FIFO状态寄存器（UFSTAT0，UFSTAT1和UFSTAT2）MODEM状态寄存器（UMSTAT0和UMSTAT1）发送缓存寄存器（UTXH0，UTXH1和UTXH2）接收缓存寄存器（URXH0，URXH1和URXH2）波特率分频系数寄存器（UBRDIV0，UBRDIV1和UBRDIV2）,2020/5/24,26,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART线路控制寄存器（ULCON0、ULCON1和ULCON2）ULCON0、ULCON1和ULCON2寄存器描述,2020/5/24,27,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART线路控制寄存器（ULCON0、ULCON1和ULCON2）ULCON0、ULCON1和ULCON2寄存器相应位描述,2020/5/24,28,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART控制寄存器（UCON0，UCON1和UCON2）UCON0、UCON1和UCON2寄存器描述,2020/5/24,29,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART控制寄存器（UCON0，UCON1和UCON2）UCON0、UCON1和UCON2寄存器相应位描述,2020/5/24,30,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UARTFIFO控制寄存器（UFCON0，UFCON1和UFCON2）UFCON0、UFCON1和UFCON2寄存器描述,2020/5/24,31,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UARTFIFO控制寄存器（UFCON0，UFCON1和UFCON2）UFCON0、UFCON1和UFCON2寄存器相应位描述,2020/5/24,32,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART调制解调控制寄存器（UMCON0和UMCON1）UMCON0和UMCON1寄存器描述,2020/5/24,33,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART调制解调控制寄存器（UMCON0和UMCON1）UMCON0和UMCON1寄存器相应位描述,2020/5/24,34,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART发送接收状态寄存器（UTRSTAT0，UTRSTAT1和UTRSTAT2）UTRSTAT0、UTRSTAT1和UTRSTAT2寄存器描述,2020/5/24,35,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART发送接收状态寄存器（UTRSTAT0，UTRSTAT1和UTRSTAT2）UTRSTAT0、UTRSTAT1和UTRSTAT2寄存器相应位描述,2020/5/24,36,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART错误状态寄存器（UERSTAT0，UERSTAT1和UERSTAT2）UERSTAT0、UERSTAT1和UERSTAT2寄存器描述,2020/5/24,37,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART错误状态寄存器（UERSTAT0，UERSTAT1和UERSTAT2）UERSTAT0、UERSTAT1和UERSTAT2寄存器相应位描述,2020/5/24,38,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UARTFIFO状态寄存器（UFSTAT0，UFSTAT1和UFSTAT2）UFSTAT0、UFSTAT1和UFSTAT2寄存器描述,2020/5/24,39,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UARTFIFO状态寄存器（UFSTAT0，UFSTAT1和UFSTAT2）UFSTAT0、UFSTAT1和UFSTAT2寄存器相应位描述,2020/5/24,40,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UARTMODEM状态寄存器（UMSTAT0和UMSTAT1）UMSTAT0和UMSTAT1寄存器描述,2020/5/24,41,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UARTMODEM状态寄存器（UMSTAT0和UMSTAT1）UMSTAT0和UMSTAT1寄存器相应位描述,2020/5/24,42,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART发送缓存寄存器（UTXH0，UTXH1和UTXH2）UTXH0，UTXH1和UTXH2寄存器描述,2020/5/24,43,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART发送缓存寄存器（UTXH0，UTXH1和UTXH2）UTXH0，UTXH1和UTXH2寄存器相应位描述,2020/5/24,44,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART接收缓存寄存器（URXH0，URXH1和URXH2）URXH0，URXH1和URXH2寄存器描述,2020/5/24,45,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART接收缓存寄存器（URXH0，URXH1和URXH2）URXH0，URXH1和URXH2寄存器相应位描述,2020/5/24,46,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART波特率分频系数寄存器（UBRDIV0，UBRDIV1和UBRDIV2）UBRDIV0，UBRDIV1和UBRDIV2寄存器描述,2020/5/24,47,8.2S3C2410串行接口,S3C2410UART专用寄存器UART波特率分频系数寄存器（UBRDIV0，UBRDIV1和UBRDIV2）UBRDIV0，UBRDIV1和UBRDIV2寄存器相应位描述,2020/5/24,48,8.3串行通信举例,RS-232C接口设计MAX3232实现2路3线串口电平转换,2020/5/24,49,8.3串行通信举例,RS-232C接口设计串口初始化,例8.1：下面以UART0为例，说明串口初始化函数。该函数虽然设计成通用的串口初始化函数，即对UART0、UART1、UART2均可以初始化，但本例子中只给出UART0和UART1初始化对应的代码，对于UART2的初始化代码未给出。与UART1初始化代码类似，只不过涉及的寄存器不同而已。,/*功能：初始化串口(不使用FIFO，不产生接收错误中断)参数：Uartnum：选择UART0/UART1/UART2(0/1/2)parity:选择奇偶校验方式(0：无校验，4：奇校验，5：偶校验)stop:选择停止位(0：1位停止位，1：2位停止位)data:选择数据位(0：5位，1：6位，2：7位，3：8位)baud:波特率,2020/5/24,50,8.3串行通信举例,RS-232C接口设计串口初始化,例8.1续,*/voidrs232_Init(INT8Ucom,INT32Uparity,INT32Ustop,INT32Udata,intbaud)if(Uartnum=0)/初始化UART0rGPHCON=(rGPHCON/设置中断入口,2020/5/24,51,8.3串行通信举例,RS-232C接口设计串口初始化,例8.1续,*/elseif(Uartnum=1)/UART1的初始化rUFCON1=0 x0;rUMCON1=0 x0;rULCON1=(parity3)|(stop2)|(data);rUCON1=0 x205;rUBRDIV0=（int）（PCLK/（baud*16）-1;else/UART2的初始化与UART1类似，略,2020/5/24,52,8.3串行通信举例,RS-232C接口设计发送/接收程序举例,例8.2发送和接收程序,/*功能：字符发送参数：Uartnum：选择UART0/UART1/UART2(0/1/2)data:要发送的字符*/*字符发送程序Uart_SendByte*/#defineWrUTXH0(ch)(*(volatileunsignedchar*)0 x50000020)=(unsignedchar)(ch)#defineWrUTXH1(ch)(*(volatileunsignedchar*)0 x50004020)=(unsignedchar)(ch)#defineWrUTXH2(ch)(*(volatileunsignedchar*)0 x50008020)=(unsignedchar)(ch),2020/5/24,53,8.3串行通信举例,RS-232C接口设计发送/接收程序举例,例8.2续,voidUart_SendByte(INT8UUartnum,INT8Udata)if(Uartnum=0)/UART0while(rUTRSTAT0Unsignedshort*rxdata;Rx_Done=0;Tx_Done=0;/由于使用DMA方式进行语音录放，因此这里需要注册DMA中断PISR_DMA2=(unsigned)TX_Done;PISR_DMA1=(unsigned)TX_Done;rINTMSK,2020/5/24,79,8.4IIS串行数字音频接口,IIS接口应用举例音频录放的编程实例,例8.3续,While(1)/录音过程，DMA1用于音频输入rDMASKTRIG1=(12)|(01);/初始化DMA通道1rDISRC1=(U32)IISFIFO;/接收FIFO地址rDISRCC1=(11)|(10);/源=APB，地址固定rDIDSTC1=(01)|(00);/目录=AHB，地址增加rDCON1=(031)|(030)|(129)|(028)|(027)|(224)|(123)|(122)|(120)|(0 xffff0);/握手模式，与APB同步，中断使能，单元发送，单个服务模式，目标=IISSDI/硬件请求模式，不自动重加载，半字rDMASKTRIG1=(11);/DMA1通道打开/初始化IIS，用于接收rIISCON=(05)|(14)|(11);/发送DMA请求禁止，接收DMA请求使能，IIS预分频器使能rIISMOD=(08)|(16)|(05)|(44)|(13)|(02)|(10);/主模式，接收模式，IIS格式，16位，主时钟频率256fs/串行数据位时钟频率32fsrIISPSR=(18)|(13);/预分频值A=45MHZ/8/预分频值B=45MHZ/8rIISFCON=(015)|(114)|(013)|(112);/发送FIFO=正常，接收FIFO=DMA，发送FIFO禁止，接收FIFO使能rIISCON|=(10);/IIS使能,2020/5/24,80,8.4IIS串行数字音频接口,II