i.MX6ULL(九) UART

企业开发 2023-07-28 22:38:10 阅读次数: 0

 一 简介

UART 全称叫做串行接口，通常也叫做 COM 接口，串行接口指的是数据一个一个的顺序传输，通信线路简单。使用两条线即可实现双向通信，一条用于发送，一条用于接收。串口通信距离远，但是速度相对会低，串口是一种很常用的工业接口。I.MX6U 自带的 UART 外设就是 串口的一种，UART 全称是 Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter，也就是异步串行收发器。 既然有异步串行收发器，那肯定也有同步串行收发器，除 了有 UART 外，还有 另外一 个叫做 USART 的东西 。USART 的 全称是 Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，也就是同步/异步串行收发器。相比 UART 多了 一个同步的功能，在硬件上体现出来的就是多了一条时钟线。一般 USART 是可以作为 UART

6U UART      

1 I.MX6U 一共 有 8 个 UART，其主要特性如下：

①、兼容 TIA/EIA-232F 标准，速度最高可到 5Mbit/S。

②、支持串行 IR 接口，兼容 IrDA，最高可到 115.2Kbit/s。

③、支持 9 位或者多节点模式(RS-485)。

④、1 或 2 位停止位。

⑤、可编程的奇偶校验(奇校验和偶校验)。

⑥、自动波特率检测(最高支持 115.2Kbit/S)。 I.MX6U 的 UART 功能很多，但是我们本章就只用到其最基本的串口功能，关于 UART 其 它功能的介绍请参考《I.MX6ULL 参考手册》第 3561 页的“Chapter 55 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter(UART)”章节。

二 结构原理图

2.1  时钟源

参考IMX6ULL芯片手册《Chapter 18: Clock Controller Module (CCM)》，
根据IMX6ULL的时钟树，设置CSCDR1寄存器就可以给UART提供总时钟，如下图：

下图是CSCDR1(CCM Serial Clock Divider Register 1)的位说明，对于UART，我们选择时钟源位80M：

CCM_SDCDR1->UART_CLK_SEL  = 0,  1分频  ~3F 

见I.MX6ull 时钟系统

 2.2  内部结构

UART 一般的接口电平有 TTL （TTL是 Time To Live的缩写，是生存时间值的意思） 和 RS-232，一般开发板上都有 TXD 和 RXD 这样的引脚， 这些引脚低电平表示逻辑 0，高电平表示逻辑 1，这个就是 TTL 电平。RS-232 采用差分线，-3~- 15V 表示逻辑 1，+3~+15V 表示逻辑 0。一般图 21.1.1.2 中的接口就是 TTL 电平

图 21.1.1.2 中的模块就是 USB 转 TTL模块，TTL 接口部分有 VCC、GND、RXD、TXD、

RTS 和 CTS。RTS 和 CTS 基本用不到，使用的时候通过杜邦线和其他模块的 TTL 接口相连即 可。 RS-232 电平需要 DB9 接口，I.MX6U-ALPHA 开发板上的 COM3(UART3)口就是 RS-232 接 口的，如图 21.1.1.3 所示：

 

由于现在的电脑都没有 DB9 接口了，取而代之的是 USB 接口，所以就催生出了很多 USB

转串口 TTL 芯片，比如 CH340、PL2303 等。通过这些芯片就可以实现串口 TTL 转 USB。I.MX6UALPHA 开发板就使用 CH340 芯片来完成 UART1 和电脑之间的连接，只需要一条USB 线即可， 对于 V2.4 版以前的底板，如图 21.1.1.4 所示。

2.3 工作原理

        UART 作为串口的一种，其工作原理也是将数据一位一位的进行传输，发送和接收各用一 条线，因此通过 UART 接口与外界相连最少只需要三条线：TXD(发送)、RXD(接收)和 GND(地 线)。图 21.1.1.1 就是 UART 的通信格式：

2.3.1 各部分意义如下：

空闲位：数据线在空闲状态的时候为逻辑“1”状态，也就是高电平，表示没有数据线空闲， 没有数据传输。

起始位：当要传输数据的时候先传输一个逻辑“0”，也就是将数据线拉低，表示开始数据 传输。

数据位：数据位就是实际要传输的数据，数据位数可选择 5~8 位，我们一般都是按照字节 传输数据的，一个字节 8 位，因此数据位通常是 8 位的。低位在前，先传输，高位最后传输。

奇偶校验位：这是对数据中“1”的位数进行奇偶校验用的，可以不使用奇偶校验功能。

停止位：数据传输完成标志位，停止位的位数可以选择 1 位、1.5 位或 2 位高电平，一般都 选择 1 位停止位。

波特率：波特率就是 UART 数据传输的速率，也就是每秒传输的数据位数，一般选择 9600、

19200、115200 等。

          

2.3.2 串口模块内部结构

串口模块共有两个时钟输入 Peripheral Clock 和 Module Clock。

  • Peripheral Clock

外部时钟。这个时钟主要用于读、写接收和发送的数据，例如读接收FIFO、写发送FIFO。 这个时钟与波特率设置无关，如果没有特殊需求我们将这个时钟保持默认即可，在初始代码中并没有特意设置这个时钟。

  • Module Clock

模块时钟，它既可用于接收、发送数据也用于设置波特率，这个时钟决定了串口最高支持的波特率。Module Clock 时钟来自根时钟 UART_CLK_ROOT。

通过搜索可以找到UART1时钟使能的控制位。CCM_CCGR5 时钟树默认频率80M

2.4 重要寄存器

UARTx_UCR1  UARTx_UCR2   UARTx_UCR3  ，UARTx_USR2， CCM_CCGR5(main 函数一开始使能了所以外设时钟） 

2.4.1 控制寄存器 UARTx_UCRx

1 UARTx_UCR1 

  • ADBR(bit14)：自动波特率检测使能位，为 0 的时候关闭自动波特率检测，为 1 的时候使 能自动波特率检测。
  • UARTEN(bit0)：UART 使能位，为 0 的时候关闭 UART，为 1 的时候使能 UART。

2 UARTx_UCR2

  • IRTS(bit14)：为 0 的时候使用 RTS 引脚功能，为 1 的时候忽略 RTS 引脚。
  • PREN(bit8)：奇偶校验使能位，为 0 的时候关闭奇偶校验，为 1 的时候使能奇偶校验。 PROE(bit7)：奇偶校验模式选择位，开启奇偶校验以后此位如果为 0 的话就使用偶校 验，此位为 1 的话就使能奇校验。
  • STOP(bit6)：停止位数量，为 0 的话 1 位停止位，为 1 的话 2 位停止位。
  • WS(bit5)：数据位长度，为 0 的时候选择 7 位数据位，为 1 的时候选择 8 位数据位。
  • TXEN(bit2)：发送使能位，为 0 的时候关闭 UART 的发送功能，为 1 的时候打开 UART
  • 的发送功能。
  • RXEN(bit1)：接收使能位，为 0 的时候关闭 UART 的接收功能，为 1 的时候打开 UART
  • 的接收功能。
  • SRST(bit0)：软件复位，为 0 的是时候软件复位 UART，为 1 的时候表示复位完成。复位 完成以后此位会自动置 1，表示复位完成。此位只能写 0，写 1 会被忽略掉。

3  UARTx_UCR3

本章实验就用到了寄存器 UARTx_UCR3 中的位 RXDMUXSEL(bit2)，这个位应该始终为 1， 这个在《I.MX6ULL 参考手册》第 3624 页有说明。

 红外输入混合模式

2.4.2、状态寄存器 UARTx_USR2

  • TXDC(bit3)：发送完成标志位，为 1 的时候表明发送缓冲(TxFIFO)和移位寄存器为空，也 就是发送完成，向 TxFIFO 写入数据此位就会自动清零。 RDR(bit0)：数据接收标志位，为 1 的时候表明至少接收到一个数据，从寄存器
  • UARTx_URXD 读取数据接收到的数据以后此位会自动清零。

2.4.3 分频寄存器  UARTx_UFCR 、 UARTx_UBIR 和 UARTx_UBMR

  UART 的波特率 

通过这三个寄存器可以设置 UART 的波特率，波特率的计算公式如下：

Ref Freq：经过分频以后进入 UART 的最终时钟频率。 UBMR：寄存器 UARTx_UBMR 中的值。 UBIR：寄存器 UARTx_UBIR 中的值。 通过 UARTx_UFCR 的 RFDIV 位、UARTx_UBMR 和 UARTx_UBIR 这三者的配合即可得 到我们想要的波特率。比如现在要设置 UART 波特率为 115200，那么可以设置 RFDIV 为

5(0b101)，也就是 1 分频，因此 Ref Freq=80MHz。设置 UBIR=71，UBMR=3124，根据上面的 公式可以得到：

实际使用时直接调用对应方法即可不必过于关心推导过程

2.4.4 UARTx_URXD ， UARTx_UTXD 

最后来看一下寄存器 UARTx_URXD 和 UARTx_UTXD，这两个寄存器分别为 UART 的接 收和发送数据寄存器，这两个寄存器的低八位为接收到的和要发送的数据。读取寄存器

UARTx_URXD 即可获取到接收到的数据，如果要通过 UART 发送数据，直接将数据写入到寄 存器 UARTx_UTXD 即可。

三 使用实验

通过 UART1读写并显示输出

3.1 配置步骤

  • UART1 的配置步骤如下：

  • 1、设置 UART1 的时钟源

    设置 UART 的时钟源为 pll3_80m，设置寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_SEL 位为 0

    即可。

  • 2、初始化 UART1

    初始化 UART1 所使用 IO，设置 UART1 的寄存器 UART1_UCR1~UART1_UCR

  • 3，设置内 容包括波特率，奇偶校验、停止位、数据位等等。

  • 4、使能 UART1

    UART1 初始化完成以后就可以使能 UART1 了，设置寄存器 UART1_UCR1 的位 UARTEN

    为 1。

    5、编写 UART1 数据收发函数

    编写两个函数用于 UART1 的数据收发操作。

3.2 代码 

bsp_uart.h

#ifndef _BSP_UART_H
#define _BSP_UART_H
#include "imx6ul.h"
/***************************************************************
Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.
文件名	: 	 bsp_led.c
作者	   : 左忠凯
版本	   : V1.0
描述	   : 串口驱动文件头文件。
其他	   : 无
论坛 	   : www.wtmembed.com
日志	   : 初版V1.0 2019/1/15 左忠凯创建
***************************************************************/

/* 函数声明 */
void uart_init(void);
void uart_io_init(void);
void uart_disable(UART_Type *base);
void uart_enable(UART_Type *base);
void uart_softreset(UART_Type *base);
void uart_setbaudrate(UART_Type *base, unsigned int baudrate, unsigned int srcclock_hz);
void putc(unsigned char c);
void puts(char *str);
unsigned char getc(void);
void raise(int sig_nr);


#endif

bsp_uart.c

/***************************************************************
Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.
文件名	: 	 bsp_led.c
作者	   : 左忠凯
版本	   : V1.0
描述	   : 串口驱动文件。
其他	   : 无
论坛 	   : www.wtmembed.com
日志	   : 初版V1.0 2019/1/15 左忠凯创建
***************************************************************/
#include "bsp_uart.h"

/*
 * @description : 初始化串口1,波特率为115200
 * @param		: 无
 * @return		: 无
 */
void uart_init(void)
{
	/* 1、初始化串口IO 			*/
	uart_io_init();

	/* 2、初始化UART1  			*/
	uart_disable(UART1);	/* 先关闭UART1 		*/
	uart_softreset(UART1);	/* 软件复位UART1 		*/

	UART1->
UCR1 = 0;		/* 先清除UCR1寄存器 */
	
	/*
     * 设置UART的UCR1寄存器，关闭自动波特率
     * bit14: 0 关闭自动波特率检测,我们自己设置波特率
	 */
	UART1->UCR1 &= ~(1<<14);
	
	/*
     * 设置UART的UCR2寄存器，设置内容包括字长，停止位，校验模式，关闭RTS硬件流控
     * bit14: 1 忽略RTS引脚
	 * bit8: 0 关闭奇偶校验
     * bit6: 0 1位停止位
 	 * bit5: 1 8位数据位
 	 * bit2: 1 打开发送
 	 * bit1: 1 打开接收
	 */
	UART1->UCR2 |= (1<<14) | (1<<5) | (1<<2) | (1<<1);

	/*
     * UART1的UCR3寄存器
     * bit2: 1 必须设置为1！参考IMX6ULL参考手册3624页
	 */
	UART1->UCR3 |= 1<<2; 
	
	/*
	 * 设置波特率
	 * 波特率计算公式:Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)) 
	 * 如果要设置波特率为115200，那么可以使用如下参数:
	 * Ref Freq = 80M 也就是寄存器UFCR的bit9:7=101, 表示1分频
	 * UBMR = 3124
 	 * UBIR =  71
 	 * 因此波特率= 80000000/(16 * (3124+1)/(71+1))=80000000/(16 * 3125/72) = (80000000*72) / (16*3125) = 115200
	 */
	UART1->UFCR = 5<<7; //ref freq等于ipg_clk/1=80Mhz
	UART1->UBIR = 71;
	UART1->UBMR = 3124;

#if 0
	 uart_setbaudrate(UART1, 115200, 80000000); /* 设置波特率 */
#endif

	/* 使能串口 */
	uart_enable(UART1);
}

/*
 * @description : 初始化串口1所使用的IO引脚
 * @param		: 无
 * @return		: 无
 */
void uart_io_init(void)
{
	/* 1、初始化IO复用 
     * UART1_RXD -> UART1_TX_DATA
     * UART1_TXD -> UART1_RX_DATA
	 */
	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0);	/* 复用为UART1_TX */
	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0);	/* 复用为UART1_RX */

	/* 2、配置UART1_TX_DATA、UART1_RX_DATA的IO属性 
 	*bit 16:0 HYS关闭
 	*bit [15:14]: 00 默认100K下拉
 	*bit [13]: 0 keeper功能
 	*bit [12]: 1 pull/keeper使能
 	*bit [11]: 0 关闭开路输出
 	*bit [7:6]: 10 速度100Mhz
 	*bit [5:3]: 110 驱动能力R0/6
 	*bit [0]: 0 低转换率
 	*/
	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0x10B0);
	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0x10B0);
}

/*
 * @description 		: 波特率计算公式，
 *    			  	  	  可以用此函数计算出指定串口对应的UFCR，
 * 				          UBIR和UBMR这三个寄存器的值
 * @param - base		: 要计算的串口。
 * @param - baudrate	: 要使用的波特率。
 * @param - srcclock_hz	:串口时钟源频率，单位Hz
 * @return		: 无
 */
void uart_setbaudrate(UART_Type *base, unsigned int baudrate, unsigned int srcclock_hz)
{
    uint32_t numerator = 0u;		//分子
    uint32_t denominator = 0U;		//分母
    uint32_t divisor = 0U;
    uint32_t refFreqDiv = 0U;
    uint32_t divider = 1U;
    uint64_t baudDiff = 0U;
    uint64_t tempNumerator = 0U;
    uint32_t tempDenominator = 0u;

    /* get the approximately maximum divisor */
    numerator = srcclock_hz;
    denominator = baudrate << 4;
    divisor = 1;

    while (denominator != 0)
    {
        divisor = denominator;
        denominator = numerator % denominator;
        numerator = divisor;
    }

    numerator = srcclock_hz / divisor;
    denominator = (baudrate << 4) / divisor;

    /* numerator ranges from 1 ~ 7 * 64k */
    /* denominator ranges from 1 ~ 64k */
    if ((numerator > (UART_UBIR_INC_MASK * 7)) || (denominator > UART_UBIR_INC_MASK))
    {
        uint32_t m = (numerator - 1) / (UART_UBIR_INC_MASK * 7) + 1;
        uint32_t n = (denominator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;
        uint32_t max = m > n ? m : n;
        numerator /= max;
        denominator /= max;
        if (0 == numerator)
        {
            numerator = 1;
        }
        if (0 == denominator)
        {
            denominator = 1;
        }
    }
    divider = (numerator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;

    switch (divider)
    {
        case 1:
            refFreqDiv = 0x05;
            break;
        case 2:
            refFreqDiv = 0x04;
            break;
        case 3:
            refFreqDiv = 0x03;
            break;
        case 4:
            refFreqDiv = 0x02;
            break;
        case 5:
            refFreqDiv = 0x01;
            break;
        case 6:
            refFreqDiv = 0x00;
            break;
        case 7:
            refFreqDiv = 0x06;
            break;
        default:
            refFreqDiv = 0x05;
            break;
    }
    /* Compare the difference between baudRate_Bps and calculated baud rate.
     * Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)).
     * baudDiff = (srcClock_Hz/divider)/( 16 * ((numerator / divider)/ denominator).
     */
    tempNumerator = srcclock_hz;
    tempDenominator = (numerator << 4);
    divisor = 1;
    /* get the approximately maximum divisor */
    while (tempDenominator != 0)
    {
        divisor = tempDenominator;
        tempDenominator = tempNumerator % tempDenominator;
        tempNumerator = divisor;
    }
    tempNumerator = srcclock_hz / divisor;
    tempDenominator = (numerator << 4) / divisor;
    baudDiff = (tempNumerator * denominator) / tempDenominator;
    baudDiff = (baudDiff >= baudrate) ? (baudDiff - baudrate) : (baudrate - baudDiff);

    if (baudDiff < (baudrate / 100) * 3)
    {
        base->UFCR &= ~UART_UFCR_RFDIV_MASK;
        base->UFCR |= UART_UFCR_RFDIV(refFreqDiv);
        base->UBIR = UART_UBIR_INC(denominator - 1); //要先写UBIR寄存器，然后在写UBMR寄存器，3592页 
        base->UBMR = UART_UBMR_MOD(numerator / divider - 1);
    }
}

/*
 * @description : 关闭指定的UART
 * @param - base: 要关闭的UART
 * @return		: 无
 */
void uart_disable(UART_Type *base)
{
	base->UCR1 &= ~(1<<0);	
}

/*
 * @description : 打开指定的UART
 * @param - base: 要打开的UART
 * @return		: 无
 */
void uart_enable(UART_Type *base)
{
	base->UCR1 |= (1<<0);	
}

/*
 * @description : 复位指定的UART
 * @param - base: 要复位的UART
 * @return		: 无
 */
void uart_softreset(UART_Type *base)
{
	base->UCR2 &= ~(1<<0); 			/* UCR2的bit0为0，复位UART  	  	*/
	while((base->UCR2 & 0x1) == 0); /* 等待复位完成 					*/
}

/*
 * @description : 发送一个字符
 * @param - c	: 要发送的字符
 * @return		: 无
 */
void putc(unsigned char c)
{
	while(((UART1->USR2 >> 3) &0X01) == 0);/* 等待上一次发送完成 */
	UART1->UTXD = c & 0XFF; 				/* 发送数据 */
}

/*
 * @description : 发送一个字符串
 * @param - str	: 要发送的字符串
 * @return		: 无
 */
void puts(char *str)
{
	char *p = str;

	while(*p)
		putc(*p++);
}

/*
 * @description : 接收一个字符
 * @param 		: 无
 * @return		: 接收到的字符
 */
unsigned char getc(void)
{
	while((UART1->USR2 & 0x1) == 0);/* 等待接收完成 */
	return UART1->URXD;				/* 返回接收到的数据 */
}

/*
 * @description : 防止编译器报错
 * @param 		: 无
 * @return		: 无
 */
void raise(int sig_nr) 
{

}

main.c

 
#include "bsp_clk.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_beep.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_int.h"
#include "bsp_uart.h"
 
/*
 * @description	: main函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
int main(void)
{
	unsigned char a=0;
	unsigned char state = OFF;
 
	int_init(); 				/* 初始化中断(一定要最先调用！) */
	imx6u_clkinit();			/* 初始化系统时钟 			*/
	delay_init();				/* 初始化延时 			*/
	clk_enable();				/* 使能所有的时钟 			*/
	led_init();					/* 初始化led 			*/
	beep_init();				/* 初始化beep	 		*/
	uart_init();				/* 初始化串口，波特率115200 */
 
	while(1)				
	{	
		puts("请输入1个字符:");
		a=getc();
		putc(a);	//回显功能
		puts("\r\n");
 
		//显示输入的字符
		puts("您输入的字符为:");
		putc(a);
		puts("\r\n\r\n");
		
		state = !state;
		led_switch(LED0,state);
	}
	return 0;
}

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转载自blog.csdn.net/TyearLin/article/details/131151868
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