嵌入式实验报告ARM的串行口实验.docx

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嵌入式实验报告ARM的串行口实验

贵州大学实验报告

学院：

专业：

班级：

姓名

学号

实验组

实验时间

05.03

指导教师

余佩嘉

成绩

实验项目名称

ARM的串行口实验

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

实验原理

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（ElectronicindustriesAssociation

Recoil-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。

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。

“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。

（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

（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

（）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：

（）UERSTAT0,UERSTAT1andUERSTAT2

（2）在UART模块中有3个UART发送缓冲寄存器，包括UTXH0，UTXH1和UTXH2，UTXHn有8位发送数据。

如下表3-9：

（3）在UART模块中有3个UART接收缓冲寄存器，包括URXH0，URXH1和URXH2，URXHn有8位接收数据。

如表3-11：

注意：

当发生溢出错误时，必须读URXHn。

否则，即使UERSTATn的溢出位已经清零，下个已接收数据也会产生溢出错误。

（）UART波特率因子寄存器

UART包括三个波特率因子寄存器UBRDIV0,UBRDIV1andUBRDIV2，存储在波特率因子寄存器（UBRDIVn）中的值决定串口发送和接收的时钟数率（波特率），计算公式如下：

UBRDIVn=（int）（PCLK/（bpsx16））–1

或UBRDIVn=（int）（UCLK/（bpsx16））–1

例如：

如果波特率是115200，PCLKor或UCLKis是40MHz，那么UBRDIVn:

UBRDIVn=（int）（40000000/（115200x16））-1

=（int）（21.7）-1

=21-1=20

实验仪器

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、ARMADS1.2集成开发环境、仿真器驱动程序、

超级终端通讯程序。

实验步骤

1.编写串口驱动函数

2.在主函数中实现将从串口0接受到的数据发送到串口0

3.新建工程，将“EXP1ARM串口实验”中的文件添加到工程中并运行

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，将接受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，开发板将接受到的数据再返送给PC，在超级终端上显示。

实验数据

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实验总结

实验总体基本达到实验要求，加深对嵌入式开发的了解，掌握与了解ARM的初始化，对今后的学习奠定一定的基础。

指导教师意见

签名：

年月日

注：

各学院可根据教学需要对以上栏目进行增减。

表格内容可根据内容扩充。