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【GD32F470紫藤派開發(fā)板使用手冊】第九講 USART-printf打印實驗

聚沃科技 ? 2024-05-13 10:14 ? 次閱讀
wKgaomYwSqiAY_PQAAnl063z3JE116.png

9.1實驗內(nèi)容

通過本實驗主要學習以下內(nèi)容:

9.2實驗原理

9.2.1串口簡介

串口,從廣義上看,指所有串行通信接口,比如RS232、RS422RS485、SPI、IIC等。串行通訊是指僅用一根接收線和一根發(fā)送線就能將數(shù)據(jù)以位進行傳輸?shù)耐ㄓ嵎绞?。和串行通訊相對?yīng)的是并行通訊,并行通信指一個傳輸接口可以傳輸8個bit即一個byte(有時甚至更多),雖然串行通信比并行通信慢,但是串口可以在僅僅使用兩根線的情況下就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

對于GD32F470來說,串口一般特指USART(通用同步異步收發(fā)器 )和UART(通用異步收發(fā)器 )。USART/UART提供了一個靈活方便的串行數(shù)據(jù)交換接口,數(shù)據(jù)幀可以通過全雙工或半雙工,同步或異步的方式進行傳輸。紫藤派開發(fā)板搭載的GD32F470最多有8個串口(USART+UART), 對于一般應(yīng)用來說足夠使用了。

9.2.2串口通信幀介紹

GD32F470的串口通信只需要3條線組成,分別為TX(發(fā)送線)、RX(接收線)和GND,對于兩個通信結(jié)點,TX和RX需要交叉連接,如下示例:

wKgZomZBdHiABIwiAAHgknaaCew303.png

下面來介紹下串口數(shù)據(jù)幀組成。

以下為一個標準的串口通信幀:

wKgZomZBdIWACJN4AAGZCDszKEQ933.png

一個串口幀由空閑、起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位以及停止位組成,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)地位在前,高位再后。

空閑:串口TX或RX數(shù)據(jù)線上沒有傳輸任何數(shù)據(jù)時,則該線處于為空閑狀態(tài)。空閑是TX和RX都是處于高電平。

起始位:占一個bit時間,標志數(shù)據(jù)起始,由一個邏輯0(低電平)的數(shù)據(jù)位表示。當發(fā)送方開始發(fā)送一幀數(shù)據(jù)時,起始位會最先發(fā)送,而對于接收方來說,檢測到起始位后,即使自己的接收時鐘與發(fā)送方的數(shù)據(jù)同步。

數(shù)據(jù)位:數(shù)據(jù)位緊跟在起始位之后,是通信中的真正有效信息。數(shù)據(jù)位的位數(shù)可以由通信雙方共同約定,對于GD32F470來說,數(shù)據(jù)位一般只有8位。

校驗位:校驗位占一bit時間,GD32F470可以設(shè)置校驗位為:奇校驗、偶校驗或無校驗。校驗位是為了保證通信的可靠性,如果是奇校驗,需要保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總共有奇數(shù)個邏輯高位,如果是偶校驗,需要保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總共有偶數(shù)個邏輯高位。以傳輸傳輸數(shù)據(jù)A:0x01000001為例,如果設(shè)置了奇校驗,則需要在校驗位傳輸“1”,如果是偶檢驗,則傳輸“0”。奇偶校驗是由硬件處理的,當設(shè)置好校驗位后,硬件會自動根據(jù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)自動插入校驗位。

注意:GD32F470的數(shù)據(jù)位可設(shè)置為8bit和9bit兩種方式,當設(shè)置了奇校驗或偶校驗,一定要將數(shù)據(jù)位設(shè)置為9bit;而設(shè)置了無校驗時,需要將數(shù)據(jù)位設(shè)置為8bit。

停止位:它是一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束標志,可以是1bit、1.5bit、2bit個邏輯“1”。

9.2.3串口波特率

波特率是串口通信中一個非常重要的參數(shù),串口通信傳輸雙方必須要設(shè)置一樣的串口波特率,否則通訊就會出錯。波特率可以認為是比特率,即每秒傳輸?shù)奈粩?shù)。一般波特率可以是9600、19200、115200等等,如果設(shè)置波特率為9600,設(shè)置通信幀為1bit起始位+8bit數(shù)據(jù)幀+無校驗+1bit停止位,那么每秒鐘最多可以傳輸9600bit/10bit = 960個字節(jié)。

現(xiàn)在重點介紹下GD32F470串口接收器的工作原理。GD32F470串口接收器支持16倍(默認)過采樣和8倍過采樣,16位過采樣即發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)后,GD32470串口接受器會將每個bit采樣16次,如果是8倍過采樣,則采用8次。下圖為16位過采樣的示意圖:

wKgZomZBdKmABArKAACktSKe6l0039.png

在默認情況下,接收器通過獲取三個采樣點的值來估計該位的值,其中16倍過采樣選取采樣點為第7、8、9點,而8倍過采樣為第3、4、5采樣點。如果在3個采樣點中有2個或3個為0,該數(shù)據(jù)位被視為0,否則為1。如果3個采樣點中有一個采樣點的值與其他兩個不同,不管是起始位,數(shù)據(jù)位,奇偶校驗位或者停止位,都將產(chǎn)生噪聲錯誤(NERR)。

9.2.4GD32F470串口設(shè)置步驟

串口設(shè)置的一般步驟為:

  1. GPIO時鐘開啟、串口時鐘開啟
  2. GPIO設(shè)置,發(fā)送和接受都要設(shè)置為AF模式,且需要設(shè)置為正確的AF號
  3. 串口復(fù)位
  4. 串口參數(shù)配置,主要為波特率、數(shù)據(jù)位長度、校驗位設(shè)置、停止位長度
  5. 依據(jù)是否需要使用中斷或DMA進行中斷配置或DMA配置
  6. 使能串口
  7. 編寫中斷處理函數(shù)

9.3硬件設(shè)計

紫藤派開發(fā)板的P1接口將USART0——PA9、PA10引出,讀者可以通過P1口使用USART0:

wKgZomZBdSWAAhvxAADKvexuyl4120.png

9.4代碼解析

9.4.1在driver_uart.c中定義了串口初始化函數(shù)driver_uart_init。

C
void driver_uart_init(typdef_uart_struct *uartx)
{
rcu_periph_clock_enable(uartx->rcu_uart_x);
/* USART configure */
usart_deinit(uartx->uart_x);

driver_gpio_general_init(uartx->uart_rx_gpio);
driver_gpio_general_init(uartx->uart_tx_gpio);

if(uartx->uart_mode_rx==MODE_DMA)
{
if(uartx->uart_rx_dma!=NULL)
{
driver_dma_com_init(uartx->uart_rx_dma,(uint32_t)&USART_DATA(uartx->uart_x),NULL,DMA_Width_8BIT,DMA_PERIPH_TO_MEMORY);
usart_interrupt_enable(uartx->uart_x,USART_INT_IDLE);
}
}

if(uartx->uart_mode_tx==MODE_DMA)
{
if(uartx->uart_tx_dma!=NULL)
{
driver_dma_com_init(uartx->uart_tx_dma,(uint32_t)&USART_DATA(uartx->uart_x),NULL,DMA_Width_8BIT,DMA_MEMORY_TO_PERIPH);
}
}

usart_baudrate_set(uartx->uart_x, uartx->baudrate);
usart_receive_config(uartx->uart_x, USART_RECEIVE_ENABLE);
usart_transmit_config(uartx->uart_x, USART_TRANSMIT_ENABLE);
usart_word_length_set(uartx->uart_x, uartx->data_length);
usart_parity_config(uartx->uart_x, uartx->parity);
usart_enable(uartx->uart_x);
}

9.4.2重定向函數(shù)int fputc(int ch, FILE *f)

要使用Printf,重定向函數(shù)fputc是必須的。在C 語言標準庫中,fputc函數(shù)是printf 函數(shù)內(nèi)部的一個函數(shù),功能是將字符ch寫入到文件指針file所指向文件的當前寫指針位置,簡單理解就是把字符寫入到特定文件中。我們使用USART函數(shù)重新修改fputc函數(shù)內(nèi)容,達到類似“寫入”的功能。

fputc定義在bsp_uart.c中

C
int fputc(int ch, FILE *f)
{
driver_uart_transmit_byte(&BOARD_UART,(uint8_t)ch);
return ch;
}

這個函數(shù)比較簡單,就是調(diào)用了接口driver_uart_transmit_byte,該接口定義在driver_uart.c中:

C
Drv_Err driver_uart_transmit_byte(typdef_uart_struct *uartx,uint8_t data)
{
uint64_t timeout = driver_tick;
while(uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState==1){
if((timeout+UART_TIMEOUT_MS) <= driver_tick) { ?????????????
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=0;
return DRV_ERROR;
}
}
Drv_Err uart_state=DRV_SUCCESS;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendSucess=0;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=1;
uart_state=driver_uart_flag_wait_timeout(uartx,USART_FLAG_TBE,SET);
usart_data_transmit(uartx->uart_x,data);
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendSucess=1;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=0;
return uart_state;
}

這段代碼作用是,循環(huán)去讀串口的TBE標志位,并且將待發(fā)送的數(shù)據(jù)寫到串口寄存器中。

9.4.3main函數(shù)實現(xiàn)

串口初始化完成并定義好fputc重定向函數(shù)后,就可以通過printf函數(shù)往電腦上打印數(shù)據(jù)了。以下main函數(shù):

C
int main(void)
{
//延時和公共驅(qū)動部分初始化
driver_init();
//串口初始化,DMA模式開啟
BOARD_UART.uart_mode_tx=MODE_DMA;
bsp_uart_init(&BOARD_UART);
bsp_led_init(&LED2);
//打開對應(yīng)串口的中斷
nvic_irq_enable(USART0_IRQn,2,0);
while(1)
{
//printg標準打?。ㄝ営枺?br /> printf_log("\r\ndelay 1s \r\n");
delay_ms(1000);
bsp_led_toggle(&LED2);
printf_log("printf:system driver_tick is %lld \r\n",driver_tick);

//輪訓方式打印
memset(uart_poll_buff,0,50);//清零buff
sprintf((char*)uart_poll_buff,"poll transmit:system driver_tick is %lld \r\n",driver_tick);//格式化字符串
driver_uart_poll_transmit(&BOARD_UART,uart_poll_buff,strlen((const char*)uart_poll_buff));
bsp_lcd_printf("%s",uart_poll_buff);


//中斷方式打印
memset(uart_int_buff,0,50);
sprintf((char*)uart_int_buff,"int transmit:system driver_tick is %lld \r\n",driver_tick);
driver_uart_int_transmit(&BOARD_UART,uart_int_buff,strlen((const char*)uart_int_buff));
bsp_lcd_printf("%s",uart_poll_buff);


//DMA方式打印
memset(uart_dma_buff,0,50);
sprintf((char*)uart_dma_buff,"dma transmit:system driver_tick is %lld \r\n",driver_tick);
driver_uart_dma_transmit(&BOARD_UART,uart_dma_buff,strlen((const char*)uart_dma_buff));
bsp_lcd_printf("%s",uart_poll_buff);

}
}

本例程main函數(shù)首先進行了延時函數(shù)初始化,并設(shè)置了一個LED燈用來提示代碼運行。while(1)循環(huán)中先延時1s,再翻轉(zhuǎn)一次LED狀態(tài),接著使用printf函數(shù)打印系統(tǒng)運行tick時間。

本例程也同步做了printf打印在LCD屏幕的功能,將LCD屏接在紫藤派開發(fā)板上后,打印信息將同步在顯示屏上顯示。

9.5實驗結(jié)果

使用USB轉(zhuǎn)TTL串口的連接線后,配置好串口調(diào)試助手,即可看到每秒鐘串口打印的數(shù)據(jù)了。

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