UART ：Universal Asynchronous Receiver and Transmitter 通用异步收/发器，是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的 16 倍)、UART 接收器、UART 发送器组成，硬件上有两根线，一根用于发送，一根用于接收。 显然，如果用通用 IO 口模拟 UART 总线，则需一个输入口，一个输出口。
但对于 USART ，是什么，与 UART 有什么区别.....
这时候，小编其实想说：咦！！！不好意思，好像我走错地方了......
一、USART 模块介绍
1.1、USART 特性介绍：
- LPC824 中有 3 个 USART 接口可以使用：USART 0/1/2。串口可以支持 异步模式 以及 同步模式。其中异步模式下最高速率可达 875Mbits/s；同步模式下最高速率可达 10Mbits/s.
- USART 数据格式可以设置为 7、8、9 个数据位，1、2 个停止位。其中校验可以设置为：无校验/奇校验/偶校验。
- USART 的中断源为：接收就绪、发送就绪、发送器空闲、校验错误，数据帧错误。
- USART 的波特率可以支持常用的波特率，最高为 921600，最低为 300，并且可以通过设置让其自动监测波特率。
- USART 具有低功耗模式唤醒的功能，其中在异步通信模式下，能够在睡眠模式下唤醒；在同步通信模式下，能够在全部低功耗模式下唤醒。
2.1、USART 的功能框图
如 图 2-1-1 所示：
其中串口的时钟是由两个时钟源提供的，主时钟经过 FRGCLKDIV 分频之后的 U_PCLK 时钟源用于波特率的产生，其他均由系统时钟提供。以下 图 2-1-2 即为异步模式下的波特率产生过程，在 USART 模块得到有主时钟分频之后的 U_PCLK 之后，内部还会经过波特率分频器以及过采样分频器两个分频器进行分频，最后得到的才是波特率。
2.2、设置 USART 模块配置流程
2.3、USART 的详细配置步骤：
以下我们就以“波特率为 115200、无校验位、数据位为 8 位、停止位为 1 位”的参数进行串口配置。
1. 基本配置：
通过 USART 的 CFG 寄存器配置关键参数：
a. 使能 USART：CFG[0:0] = 1
b. 配置数据位为 8 位：CFG[3:2]=1
c. 配置校验为无校验：CFG[5:4]=0
e. 配置为无流控：CFG[9:9]=0
f. 不使用同步收发模式：CFG[12:11,14]=0
g. 不使用环回（自发自收）：CFG[15:15]=0
h. 不使用 RS-485：CFG[21:18]=0
i. 不反向识别波形极性：CFG[23:22]=0
综上所述，寄存器的配置为：
CFG = 1 << 0 | 1 << 2 | 0 << 4 | 0 << 6 | 0 << 9 | 0 << 11 | 0 << 14 | 0 << 15 | 0xF << 18 | 3 << 22;
其中寄存器里面没有定义的位必须为 0。设置后如下图 2-3-1 所示。
以上关于 CFG 寄存器的配置在代码中可以通过 Chip_UART_ConfigData() 函数进行配置。
2. 设置波特率：
在设置波特率时可以有多种解法，现在假设主时钟为 12MHz 时：
a. 保守解法：先配置整数分频器，有误差时用分数分频器弥补
SYSCON.UARTCLKDIV = 1
USART.OSR = 16 - 1 = 15
USART.BRG = 6 – 1 = 5 (12000000/115200/16 = 6.51)
SYSCON.UARTFRAGMULT = 22((6.51/6 - 1)*255 = 22)
波特率 = 12000000/1/(1+22/255)/6/16 = 115072,误差为 0.12%
b.“投机”解法：在线路较好时不使用分数分频器，而是减少过采样倍率（该方法对于通讯的信号波形要求较高）
ON.UARTCLKDIV = 1
SYSCON.UARTFRAGMULT = 0
USART.OSR = 13 – 1 = 12 (减少过采样倍率，12000000/115200/13=8.013，除不尽的部分最小)
USART.BRG = 8 – 1 = 7(最后再确定 BRG 的值)
波特率 = 12000000/1/(1+0/255)/8/13 = 115384，误差率为 0.3%
其中减少过采样倍率会提高对信号波形的质量要求。
以上相关的 API 函数为 Chip_Clock_SetUSARTNBaseClockRate()与Chip_UART_SetBaud()（其中仅支持 16 倍过采样）。
3. 杂项配置：
通过 USART 的 CTL 寄存器使能发送器，
- 解除对发送器的禁用：CTL[6:6] = 0;
- 不发送断路信号：CTL[1:1] = 0;
- 不使用 RS-485 的地址检测功能：CTL[2:2] = 0;
- 不使用同步模式（连续时钟发送）：CTL[9:8] = 0
- 不做自动波特率的检测：CTL[16:16] = 0
综上所述，CTL 寄存器的配置具体为：
UART.CTL = 0<
在代码中，关于 CTL 寄存器的相关配置函数为 Chip_UART_TXEnable();
4. 中断配置：
在关于中断的设置中，需要通过两个寄存器 INTENSET 与 INTENCLR 来使能需要的中断，禁止不需要的中断，其中这两个寄存器均为写 1 有效。除此之外，INTENSET 可以通过读取其值来判断当前使能的中断有哪些。在之前的特性的介绍中，我们知道串口的中断源有：接收就绪中断，闲置中断等，现在我们来配置哪一些需要使能，哪一些需要禁用：
a. 使能接收就绪中断：INTENSET[0:0] = 1
b. 使能发送器闲置中断：INTENSET[3:3] = 1
使能：发送器一空闲就会发中断，所以要在发送一个数据后再使能
禁用：在发送全部数据后，要禁用这个中断。
c. 使能接收数据溢出中断：INTENSET[8:8] = 1
d. 禁用发送器就绪中断：INTENSET[2:2] = 1
发送器就绪中断会有助于提高发送效率，但是中断产生时最后一个数据很可能尚在发送中，容易出错。
e. 禁用其他中断
由于这两个寄存器为写 1 有效，我们可以先除能全部的中断，然后再使能我们需要的中断，设置后如下图 2-3-3 所示：
UART.INTENSET = 1<
UART.INTENCLR = 0X0001F96D（空白位不能写 1）
5. 标志位：
在设置完上述的中断设置之后，我们可以通过 STAT 寄存器来查看当前的事件标志，如右图 2-3-4 所示，在 STAT 中，有一些标志需要我们写1来清除标志，有些则由硬件自动设置与清除，我们现在就了解与 USART 相关的几个标志位：
a. 接收到数据标志：STAT[0:0]，这个为只读，当读取串口数据时会自动清除
b. 发送器闲置标志：STAT[3:3]，这个为只读，当写入新数据时会自动清除
c. 接收数据溢出标志：STAT[8:8]，这个需要手动写 1 清除。
由于我们使用的是中断，所可以在中断处理函数中判断是进入了哪一种的中断，而当我们使用轮询的话，则可以在我们的循环中轮询寄存器中上述的标志位。
6. 数据处理：
在处理数据中，我们可以分为两部分：发送数据与接收数据。
a. 发送数据
在 1.1.5 中介绍到 STAT 寄存器，如果 STAT 中 bit2 （发送器就绪）或者 bit3 （发送器空闲）有被设置的话，这时候说明 USART 能够发送数据，我们可以往 USART 的 TXDAT 寄存器中发送数据。所以在发送数据之前我们需要先判断 STAT 的 bit2 & bit3，确定是空闲之后再发送数据。
b. 接收数据
当我们在触发了接收中断，或者是在轮询的过程中检测到 STAT 寄存器的 bit0 被设置之后，这是说明 USART 中接收到了数据。我们有两个寄存器可以读取到 USART 的数据，如右图 2-3-5 所示：
RXDAT 寄存器：可以读取接收到的纯数据，但是不知道是否有错。
RXDATSTAT 寄存器：可以读取接收到的数据，并且 RXDATSTAT[15:13] 会表示当前数据的错误状态。其中：
[13:13]: 存在帧错误（停止位错误）
[14:14]: 存在奇/偶校验错误
[15:15]: 在接收该数据时线路中噪声过大（线路质量不好，有可能出现个别数据接收错误）
2.4、USART 的 DMA 数据收发
当我们在使用过程中需要通过串口收发大量数据，如果我们还是使用轮询或者中断的方式来进行处理的话，会占用程序的大部分时间。我们可以通过使能 USART 上的 DMA 进行数据收发。如下图 2-1-9 所示，USART 有 6 个 DMA 通道，分别对应三个 USART 的接收与发送。
在使用 DMA 功能时，不需要在 USART 中进行任何的配置，只需要在 DMA 控制器中进行初始化即可：
- 填写相应通道的描述符。
- 配置对应的 DMA 通道（CFG 寄存器）
- 开启传输完成中断。
- 使能外设请求。
2.5、USART 对 RS-485 的支持
RS-485 通讯采用的是主从通讯方式，即为一个主机带多个从机，其中从机不主动发命令与数据，一切由主机控制。在通讯过程中，主设备会通过总线广播发送一个从机地址，与地址相符的从设备会相应请求，然后在进行串口通信。因此对寄存器进行修改：
作为从设备：
- 在 CFG[3:2] 位段中，设置数据位为 9 个。
- 设置 CFG[19:19](AUTOADDR) 为 1
- 当需要接收地址时，设置 CTL.bit2（ADDRDET）为 1，此时仅当收到的数据第 9 位为 1，且 8 位地址与 ADDR 的设置相匹配时才会接受（产生中断或 DMA）
- 当需要接受数据时，设置 CTL.bit2（ADDRDET）为 0，此时接收全部数据。
作为主设备：
- 在 CFG[3:2] 位段中，设置数据位为 9 个
- 由于主设备负责广播从机地址数据，所以不需要做识别设置。
除此之外，RS-485 通讯是一种半双工通讯，与 RS-232，RS-422 这些全双工的通讯不一样，需要控制传输方向的流向。因此需要对 USART 进行一些设置修改：
- 设置 CFG.bit20（OESEL）为 1，把原本 RTS 信号改用为 RS-485 的 OE 信号
- 根据 RS-485 收发器对 OE 极性的要求设置：0=OE 低电平有效，1=OE 高电平有效。
- 根据软件反应的延迟设置 CFG.bit18（OETA）：当使用 DMA 进行数据发送时，可以 OETA 设置为 0，即发完数据后立即解除 OE 有效；当使用中断发送，最好将 OETA 设置为 1，即发完数据再等一个帧的时间给 ISR 作处理后才解除 OE 有效。
2.6、USART 低功耗模式唤醒
LPC82x 的休眠模式有三种，分别是睡眠模式，深度睡眠和掉电模式。其中 USART 异步模式与同步模式能够唤醒低功耗模式如下表 2-6-1 所示：
|
USART 工作模式 |
能唤醒的低功耗模式 |
|
异步模式 |
睡眠模式 |
|
同步模式 |
睡眠模式、深度睡眠、掉电模式 |
睡眠模式唤醒的相关配置流程如下图 2-6-1：
在深度睡眠/掉电模式下唤醒的相关配置流程如下图 2-6-2：
三、USART 应用实例
3.1、实验目的
通过本次实验，了解和掌握 LPC82X USART 的以下几点：
- 如何配置 USART 的引脚 IO；
- 如何配置 USART 的参数，如波特率，数据位等；
- 如何使用板级 API 来发送串口数据；
3.2、实验软/硬件环境搭建
硬件：LPC82x Xpresso v2/mbed
软件：SDK 从 NXP 官网下载（https://mcuxpresso.nxp.com/en/select）
工程位置：..\..\boards\lpcxpresso824max\driver_examples \usart\polling\mdk\
usart_polling_example.uvprojx
3.3、实验描述
本实验使能 UART0 进行数据收发，使用方式为 polling 的方式。在轮询的过程中会不断的检测 UART0 的 RXDAT 是否有数据，然后将其数据通过 UART0 给上位机。
3.4、实验结果
通过串口助手往 LPC82x 板子上发送串口数据后，串口助手会打印出我们发送给设备数据。
3.5、实验代码
#include "board.h"
#include "fsl_usart.h"
#include "pin_mux.h"
#include
/*****************************************************************
* Definitions
*****************************************************************/
#define EXAMPLE_USART USART0
#define EXAMPLE_USART_CLK_SRC kCLOCK_MainClk
#define EXAMPLE_USART_CLK_FREQ CLOCK_GetFreq(EXAMPLE_USART_CLK_SRC)
/*****************************************************************
* Prototypes
*****************************************************************/
/*****************************************************************
* Variables
*****************************************************************/
uint8_t txbuff[] =
"Usart polling example.\r\nBoard will send back received characters.\r\nNow, please input any character:\r\n";
/*******************************************************************************
* Code
******************************************************************************/
/*!
* @brief Main function
*/
int main(void)
{
uint8_t ch;
usart_config_t config;
//使能 UART0 的时钟
/* Enable clock of uart0. */
CLOCK_EnableClock(kCLOCK_Uart0);
// 对 UART0 的输入时钟进行分频
CLOCK_SetClkDivider(kCLOCK_DivUsartClk, 1U);
//在该函数里面定义了 UART0 中关于 RX、TX 的引脚
BOARD_InitPins();
BOARD_BootClockIRC12M();
BOARD_InitDebugConsole();
/* Default config by using USART_GetDefaultConfig():
* config->baudRate_Bps = 9600U;
* config->parityMode = kUSART_ParityDisabled;
* config->stopBitCount = kUSART_OneStopBit;
* config->bitCountPerChar = kUSART_8BitsPerChar;
* config->loopback = false;
* config->enableRx = false;
* config->enableTx = false;
* config->syncMode = kUSART_SyncModeDisabled;
*/
/*获取串口参数的默认设置
串口波特率为 9600
禁用校验位；
停止位为 1 个；
数据位为 8 个；
禁用环回；
禁用接收；
禁用发送；
设置为异步模式；
*/
USART_GetDefaultConfig(&config);
/*
将得到的默认参数按照我们想要的进行设置：
使能接收；
使能发送；
修改波特率为 115200（通过宏定义）
*/
config.enableRx = true;
config.enableTx = true;
config.baudRate_Bps = BOARD_DEBUG_USART_BAUDRATE;
/* Initialize the USART with configuration. */
// 使能串口。
USART_Init(EXAMPLE_USART, &config, EXAMPLE_USART_CLK_FREQ);
/* Send data in polling way. */
// 发送串口数据
USART_WriteBlocking(EXAMPLE_USART, txbuff, sizeof(txbuff) - 1);
while (1)
{
/* Receive a character from USART, this API will wait until one character has been received. */
/*在轮询中查看 RXDAT 的 buff 是否有数据*/
USART_ReadBlocking(EXAMPLE_USART, &ch, 1);
/* Send the received character to the terminal. */
/*将读取的串口数据数据发送出去*/
USART_WriteBlocking(EXAMPLE_USART, &ch, 1);
}
}
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