嵌入式实验报告ARM的串行口实验

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1、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IO 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IO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IO方式，双方使用各自的时钟信号，而且允许时钟频

2、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“”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

3、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

4、串行接口的物理层标准 通用的串行IO接口有许多种，现仅就最常见的两种标准作简单介绍。 1）EIA RS232C 这是美国电子工业协会推荐的一种标准(Electronic industries Association Recoil-mended Standard)。它在一种25针接插件(DB25)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IO接口中。 信号连线 在实际异步串行通信中，并不要求用全部的RS232C信号，许多PCXT兼容机仅用15针接插件(DB15)来引出其异步串行IO信号，而PC中更是大量采用9针接插件(DB9)来担当此任，因此这里也不打算就RS232

5、C的全部信号作详细解释。图3-2给出两台微机利用RS232C接口通信的联线(无MODEM)，我们按DB25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(DB9)的异步串行IO接口就没有引出保护地信号。 TXDRXD 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

6、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。RTSCTS 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

7、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(Data Terminal Equipment)而MODEM被称为数据通信装置DCE(Data Communications Equipment)，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RS232C的信号名称及信号流向都是对DTE而言的。 DTRDSR 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

8、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。 信号电平规定 RS232C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。PCXT系列使用的信号电平是-1

9、2V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。PCXT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PCXT微机

10、中使用的一种20mA电流环接口。当发送方SOUT1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SIN1。反之当发送方SOUT0时环路电流为零，接收方光耦合器截止，SIN0。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RS232C标准。因此PCXT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

11、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。 S3C2410X UART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IrDA 1.0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

12、） 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, UCON1 and UCON2，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, UERSTAT1 and UERSTAT2，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

13、器，包括UTRSTAT0，UTRSTAT1和UTRSTAT2。如表3-7，3-8所示：()UERSTAT0, UERSTAT1 and UERSTAT2 （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

14、UBRDIV0, UBRDIV1 and UBRDIV2，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 / (bps x 16) ) 1 或 UBRDIVn = (int)(UCLK / (bps x 16) ) 1 例如：如果波特率是115200，PCLK or或UCLK is是40 MHz，那么UBRDIVn : UBRDIVn = (int)(40000000 / (115200 x 16) ) -1 = (int)(21.7) -1 = 21 -1 = 20实验仪器硬件：ARM嵌入式开发平

15、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、ARM ADS1.2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03. 新建工程，将“EXP1 ARM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 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。