ARM串口实验报告.docx
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ARM串口实验报告
《APM串口实验》
实验报告
课程名称：
嵌入式微处理器技术
班级：
电信0901
姓名：
地点：
嵌入式系统基础实训室
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ARM的串行口实验
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。
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（计算机与开发平台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，开发平台将接收到的数据再返送给PC，在超级终端上显示。
三、预备知识
1、1．用ARMSDT2.5或ADS1.2集成开发环境，编写和调试程序的基本过程。
2、2．ARM应用程序的框架结构。
3、3．了解串行总线
四、实验设备及工具
硬件：
ARM嵌入式开发平台、用于ARM7TDMI的JTAG仿真器、PC机Pentium100以上、串口线。
软件：
PC机操作系统win98、Win2000或WinXP、ARMSDT2.51或ADS1.2集成开发环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序。
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2-1串行通信字符格式
图2-1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，
95，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600，119200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2-2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2-2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2-2（a所示的情况。
图2-2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2-2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2-2（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2-2（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2-3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2-320mA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。
3．ARM自带的串行口寄存器
ARM自带两个串行口，各带有16字节的FIFO（先入先出寄存器），最大波特率115.2K。
每个UART有7种状态：
溢出错误、校验错误、帧错误、暂停态、接收缓冲区准备好、发送缓冲区空、发送移位缓冲器空，这些状态可以由相应的UTRSTATn/UERSTATn表示，并且与发送接收缓冲区相对应的有错误缓冲区。
波特率的可以通过控制波特率寄存器（UBRDIVn）控制，
与UART有关的寄存器主要有以下几个：
（1）UART线性控制寄存器ULCONn，其地址和各位的意义参见表2-1：
表2-1ULCONn功能定义
ULCONn
位
描述
初始化状态
保留
[7]
0
红外模式
[6]
红外模式位决定是否使用红外模式：
0—正常模式；1—红外模式
0
奇偶校验模式
[5:
3]
奇偶校验模式指定当UART执行发送和接收操作时如何进行奇偶校验的产生和检查：
0xx—无奇偶校验；100—奇校验；110=奇偶校验强制为1；111=奇偶校验强制为0
000
停止位个数
[2]
每帧停止位的个数：
0—1位；1—两位。
0
数据位长度
[1:
0]
字长位决定每帧发送或接收的数据位数：
00—5位；01—6位；10—7位；11—8位；
00
由上表可以看出，该寄存器的第6位决定是否使用红外摸式，位5～3决定校验方式，位2决定停止位长度，位1和０决定每帧的数据位数。
参考：
普通模式，无奇偶校验，1位停止位，8为数据长度。
（2）UART控制寄存器UCONn，该寄存器决定UART的各种摸式。
UARTFIFO控制寄存器UFCONn，UARTMODEM控制寄存器，分别决定UARTFIFO和MODEM的模式。
其中UFCONn的第0位决定是否启用FIFO，UMCONn的第0位是请求发送位，对我们来说是比较重要的。
控制寄存器UCONn的功能定义如表2-2所示。
表2-2UCONn功能定义
UCONn
位
描述
初始化状态
发送中断类型
[9]
中断请求类型0=Pulse（在发放缓冲区变空时立即引发中断1=Level（在发送缓冲区为空进引发中断
0
接收中断类型
[8]
中断请示类型0=Pulse（接收缓冲区接收到数据时立即引发中断1=Level（I接收缓冲区正在接收数据时引发中断
0
接收超收中断使能
[7]
在UART的FIFO使能的情况下，使能/禁止接收超时中断0=禁止1=使能
0
接收错误状态中断使能
[6]
在接收操作时有跳变、帧错误、奇偶校验错误和溢出错误时，使能UART产生中断0=不产生接收错误状态中断1=产生接收错误状态中断t
0
回送模式
[5]
设置回送位为1，使得UART进入回送模式。
这个模式只是为了检测。
0=标准操作1=回送模式。
0
发送中止信号
[4]
设置这个位使得UART在1帧的时间里发送一个终止信号。
在发送完终止信号后该位自动清零。
0=标准传输1=发送终止信号。
0
传输模式
[3:
2]
这两个位决定了目前哪个操作过程可以将Tx数据写入到UART传输保持寄存器。
00=不可以01=中断请求或查询模式10=BDMAO请求（只对于UART0）11=BDMA1请求（只对于UART1）。
00
接收模式
[1:
0]
这两个位决定了目前哪个操作过程可以从UART接收缓冲寄存器读取数据。
00=不可以01=中断请求或查询模式10=BDMAO要求11=BDMA1请求。
00
参考：
Tx电平触发，Rx边沿触发，禁止接收超时中断，允许接收错误中断，发送和接受模式均为01。
（3）读写状态寄存器UTRSTAT以及错误状态寄存UERSTAT，可以反映芯片目前的读写状态以及错误类型。
FIFO状态寄存器UFSTAT和MODEM状态寄存器UMSTAT，通过前者可以读出目前FIFO是否满以及其中的字节数；通过后者可以读出目前MODEM的CTS状态。
UTRSTATn和UERSTATn的功能定义分别如表2-3、2-4所示。
表2-3UTRSTATn功能定义
UTRSTATn
位
描述
初始化状态
传输移位器空
[2]
当传输移位寄存器无有效数据去传输时，该位自动设为1，传输移位寄存器为空。
0=非空1=传输保持和移位寄存器空。
1
传输缓冲器空
[1]
当传输FIFO/缓冲寄存器无有效值数据，该位自动设置为1.0=缓冲寄存器非空1=空。
如果UART使用FIFO，使用者不用看这位，只需检查UFSTAT寄存器的TxFIFO计数位和TxFIFO所有位
1
接收缓冲数据准备
[0]
无论何时，当接收缓冲寄存器在RXDn端口接收到有效值时，该位自动置为1。
0=全空1=缓冲寄存器收到数据。
1字节FIFO16字节/缓冲寄存器接收到数据。
如果UART使用FIFO，使用者不需看这位，只要检查UFSTAT寄存器的RxFIFO计数位。
0
表2-4UERSTATn功能定义
UERSTATn
位
描述
初始化状态
中止检测
[3]
该位自动设置为1表明接收到中止信号。
0=没有收到中止1=收到中止
0
帧错误
[2]
无论何时，在接收操作中发生帧错误时，该位自动设置为1.0=在接收中无帧错误1=帧错误
0
奇偶错误
[1]
无论何时，当接收操作中有奇偶发生时，该位自动设置为1.0=在接收中无奇偶错误发生1=奇偶错误
0
溢出错误
[0]
无论何时，当接收操作中发生溢出错时，该位自动设置为1.0=接收中无溢出错发生1=溢出错。
0
（4）发送寄存器UTXH和接收寄存器URXH，这两个寄存器存放着发送和接收的数据，当然只有一个字节８位数据。
需要注意的是在发生溢出错误的时候，接收的数据必须要被读出来，否则会引发下次溢出错误。
（5）最后是波特率引子寄存器UBRDIV。
该寄存器为十六位，算法参见上页的部分。
计算公式如下：
UBRDIVn=（round_off（MCLK/（bps×16-1
其中MCLK是系统频率，例如在40MHz的情况下，当波特率取115200时，
UBRDIVn=（int（40000000/（115200×16+0.5-1
=（int（21.7+0.5-1
=22-1=21
注意：
由于ARM工作时存在小端和大端两种工作模式，所以同样一个寄存器在不同模式时地址也不一样，需要加以区别。
六、实验步骤
1．新建工程，将“Exp2ARM串口实验”中的文件添加到工程中，这些是启动时所需要
的文件。
2．定义与UART有关的各个寄存器地址和一些特殊的位命令。
主要有以下各寄存器（44b.h）：
/*UART的全部功能寄存器*/
#definerULCON0（*（volatileunsigned*0x1d00000
#definerULCON1（*（volatileunsigned*0x1d04000
#definerUCON0（*（volatileunsigned*0x1d00004
#definerUCON1（*（volatileunsigned*0x1d04004
#definerUFCON0（*（volatileunsigned*0x1d00008
#definerUFCON1（*（volatileunsigned*0x1d04008
#definerUMCON0（*（volatileunsigned*0x1d0000c
#definerUMCON1（*（volatileunsigned*0x1d0400c
#definerUTRSTAT0（*（volatileunsigned*0x1d00010
#definerUTRSTAT1（*（volatileunsigned*0x1d04010
#definerUERSTAT0（*（volatileunsigned*0x1d00014
#definerUERSTAT1（*（volatileunsigned*0x1d04014
#definerUFSTAT0（*（volatileunsigned*0x1d00018
#definerUFSTAT1（*（volatileunsigned*0x1d04018
#definerUMSTAT0（*（volatileunsigned*0x1d0001c
#definerUMSTAT1（*（volatileunsigned*0x1d0401c
#definerUBRDIV0（*（volatileunsigned*0x1d00028
#definerUBRDIV1（*（volatileunsigned*0x1d04028
#ifdef__BIG_ENDIAN//大端摸式
#definerUTXH0（*（volatileunsignedchar*0x1d00023
#definerUTXH1（*（volatileunsignedchar*0x1d04023
#definerURXH0（*（volatileunsignedchar*0x1d00027
#definerURXH1（*（volatileunsignedchar*0x1d04027
#defineWrUTXH0（ch（*（volatileunsignedchar*（0x1d00023=（unsignedchar（ch
#defineWrUTXH1（ch（*（volatileunsignedchar*（0x1d04023=（unsignedchar（ch
#defineRdURXH0（（*（volatileunsignedchar*（0x1d00027
#defineRdURXH1（（*（volatileunsignedchar*（0x1d04027
#defineUTXH0（0x1d00020+3//byte_accessaddressbyBDMA
#defineUTXH1（0x1d04020+3
#defineURXH0（0x1d00024+3
#defineURXH1（0x1d04024+3
#else//小端摸式
#definerUTXH0（*（volatileunsignedchar*0x1d00020
#definerUTXH1（*（volatileunsignedchar*0x1d04020
#definerURXH0（*（volatileunsignedchar*0x1d00024
#definerURXH1（*（volatileunsignedchar*0x1d04024
#defineWrUTXH0（ch（*（volatileunsignedchar*0x1d00020=（unsignedchar（ch
#defineWrUTXH1（ch（*（volatileunsignedchar*0x1d04020=（unsignedchar（ch
#defineRdURXH0（（*（volatileunsignedchar*0x1d00024
#defineRdURXH1（（*（volatileunsignedchar*0x1d04024
#defineUTXH0（0x1d00020//byte_accessaddressbyBDMA
#defineUTXH1（0x1d04020
#defineURXH0（0x1d00024
#defineURXH1（0x1d04024
#endif
3．编写串口驱动函数（MyUart.c）：
图2-4为串口初始化的实现流程。
图2-4串口初始化
4．在主函数中实现将从串口0接收到的数据发送到串口0（Main.c）：
图2-7为主函数流程图。
图2-7主函数流程图
七、思考题
1．RS-232串行通讯的数据格式是什么？
答：
2．串行通讯最少需要几根线，分别如何连接？
答：
连接只需要使用三根线即可，即RXD（接收数据）,TXD（发送数据）和GND（地线），连接方式见下图：
3．ARM的串行口有几个，相应的寄存器是什么？
答：
ARM自带两个串行口，各带有16字节的FIFO（先入先出寄存器）、UART线性控制寄存器ULCONn、读写状态寄存器UTRSTAT以及错误状态寄存UERSTAT、发送寄存器UTXH和接收寄存器URXH、波特率引子寄存器UBRDIV
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