ARM®mbed OS入门开发 mbed UART通讯

anywill

暂未移植到nucleo

Uart（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）异步串口通讯是各类单片机中最古老又是最常用的通讯方式，在UART通讯过程中，我们需要使用3条信号线，即发送（RX），接收（TX）和地（GND），对于收发双方来说，RX和TX要交叉连接。由于这三条线中并不带时钟信号，所有在使用时必须约定数据的发送速度，即波特率；另外为了让接收方能够准确地识别出1个字符，还还需要在发送时添加起始位(1位)和停止位(1，1.5，2位)。由于UART通讯以字符为传输单位（一般是8个bit，但也可以是其它，如7个，9个），且字符的发送时间是不确定的（异步的），所以我们称它为异步串口通讯。UART串口通讯具有结构简单，实现方便的优点，但也有传输速度低的缺点。

在具体的应用中，UART串口有TTL电平的串口和RS232电平的串口类中，TTL电平是高电平为3.3V，低电平为0；而RS232是负逻辑电平，它定义+5~+12V为低电平，而-12~-5V为高电平，对于不加外部电路的单片机而言，它的UART输出都是TTL电平，相对RS232电平来说，通讯距离较短，而且容易受到干扰，但功耗较低，适合1米以内的短距离数据传输。下图是UART数据通讯过程中的时序图：

Uart串口通讯其实在前面的代码中已经用到过，标准C语言的printf函数也被重定义到串口输出上，方便用户的调试，对于mbed来说，它使用Serial对象来完成串口的数据收发，它提供的主要方法有：

类名	方法	用途
Serial	Serial(PinName tx, PinName rx, const char *name=NULL);	构造函数，把tx,rx设成Uart的输出输入管脚
	void baud(int baudrate);	设置Uart的波特率，默认为9600
	void format(int bits=8, Parity parity=SerialBase::None, int stop_bits=1);	设置Uart传输的格式，包括一个字长的位数、奇偶检验的方法、停止位的位数，默认为一个字长为8位，无奇偶检验，1位停止位
	int readable();	返回Uart是否有数据到达
	int writeable();	返回Uart是否还有空间进行数据发送
	void attach(void (*fptr)(void), IrqType type=RxIrq);	设置Uart中断是需要执行的用户自定义函数
	void set_flow_control(Flow type, PinName flow1=NC, PinName flow2=NC);	设置Uart的流控方法，其目标是提高数据发送的可靠性，流控方法有无流控，RTS流控，CTS流控，RTSCTS流控，后面两个常数为流控的管脚设置
	int getc()	从Uart读取一个字符
	int putc(int c);	向Uart发送一个字符
	int printf(const char* format, ...)	格式化Uart的输出，参数等同标准C的printf
	int scanf(const char* format, ...);	格式化Uart的输入，参数等同标准C的scanf

在这里需要重点说明的是，并不是所有的管脚都能成为Uart管脚，只要被定义成Uart相关功能的GPIO管脚才行，具体来说，需要参考mbed每个平台实现的Serial_api.c文件，其中的相关代码入如下：

#define UART_NUM    4

static const PinMap PinMap_UART_TX[] = {

    {P0_0,  UART_3, 2},

    {P0_2,  UART_0, 1},

    {P0_10, UART_2, 1},

    {P0_15, UART_1, 1},

    {P0_25, UART_3, 3},

    {P2_0 , UART_1, 2},

    {P2_8 , UART_2, 2},

    {P4_28, UART_3, 3},

    {NC   , NC    , 0}

};

static const PinMap PinMap_UART_RX[] = {

    {P0_1 , UART_3, 2},

    {P0_3 , UART_0, 1},

    {P0_11, UART_2, 1},

    {P0_16, UART_1, 1},

    {P0_26, UART_3, 3},

    {P2_1 , UART_1, 2},

    {P2_9 , UART_2, 2},

    {P4_29, UART_3, 3},

    {NC   , NC    , 0}

};

static const PinMap PinMap_UART_RTS[] = {

    {P0_22, UART_1, 1},

    {P2_7,  UART_1, 2},

    {NC,    NC,     0}

};

static const PinMap PinMap_UART_CTS[] = {

    {P0_17, UART_1, 1},

    {P2_2,  UART_1, 2},

    {NC,    NC,     0}

};

这四个PinMap类型的定义就定义了可以用作Uart各类功能的管脚名称，其中的PinMap类型定义如下：

typedefstruct {

    PinNamepin;

    intperipheral;

    intfunction;

} PinMap;

其中的各个成员函数可以理解成管脚好、功能类型即UART、ADC、I2C等以及该功能对应GPIO的复用功能知识，如PinMap_UART_TX[]中的 {P0_0,  UART_3, 2}表示P0_0管脚可以用作UART3的TX管脚，它对应的功能序号为2；PinMap_UART_RX[]中的{P0_1 , UART_3, 2}表示P0_1管脚可以用作UART3的RX管脚，它对应的功能序号为2。如果你查找LPC1768的Datasheet，你可以发现下面的说明：

后面的I2C，SPI等的构造函数也是同样的原理。对于xbed LPC1768来说，它一共有4个UART口，分别是UART0，UART1，UART2，UART3，其中的UART0已经和CP2104相连，同时也用作printf的重定向输出，用户无法外接使用。

  mbed Uart双向串行通讯应用

为了理解UART的通讯方法，我们先来输入下面的代码：

Serial pc(USBRX,USBTX);

DigitalOut led(LED1);

int main()

{

    while (1)

    {

        pc.putc(pc.getc());

        led=0;

        wait(0.1);

        led=1;

        wait(0.1);

    }

}

我们编译上载后运行你会发现xbed LPC1768 LED乱闪，这是mbed出错的指示方式，表示用户的程序在运行过程中出现了问题，这是因为我们把不能设定为tx的USBRX管脚设成了tx管脚，我们把USBRX、USBTX换个顺序后程序就运行正常了。

现在我们来审视一下这段代码，它的目的是回显用户的输入，并保持LED的变换，但实际上我们发现该程序在运行过程中有以下问题：

l  当用户没有字符输入时，LED灯并不会变化，程序处于等待状态；

l  当用户一次输入字符过多时，返回的字符会有丢失。

这些问题的产生是由mbed Serial API实现的原理决定的，在mbed中，getc（）这一读取函数会一直等待直到读取到输入，所以当没有字符输入时LED灯不会变化；至于字符丢失是因为LPC1768的UART有16个自己的发送和接收队列，对于超过16个字节的数据必须等待mbed读取完了以后再进行处理，如果读取处理速度不够快的会数据就丢失了，而本代码中0.1秒才读一次，显然是不行的，如果我们把wait(0.1)都去掉，那就没问题了。

当然，我们也可以换种方式来使用UART，前面的代码是用户不断地去读取串口数据，也就是我们所说的轮询方式，这种方式效率是很低的，与其对应的是中断方式，即当串口有数据的时候主动通知程序，下面是改进后的代码，此时你会发现数据丢失的问题也没了：

Serial pc(USBTX,USBRX);

DigitalOut led(LED1);

void echouart()

{

    pc.putc(pc.getc());

}

int main()

{

    pc.attach(&echouart,SerialBase::RxIrq);

    while (1)

    {

        led=0;

        wait(0.1);

        led=1;

        wait(0.1);

    }

}

在Uart串口的双向通讯中，经常涉及到一个用户交互的问题，如当用户执行完一段代码后，经常会说请按任意键或特定键继续，这是，就相当于让程序一直等待，直到程序期待的字符出现，这在mbed中是很容易的，如下面的代码：

Serial pc(USBTX,USBRX);

DigitalOut led(LED1);

char username[100];

int userkey;

int main()

{

    pc.printf("Hello World,please enter you name to continue\r\n");

    pc.scanf("%s",username);

    pc.printf("You name is %s \r\n",username);

    while (pc.readable())

        pc.getc();

    while (1)

    {

        pc.printf("Hello World,please enter return to continue\r\n");

        userkey=pc.getc();

        if (userkey=='\r')

            break;

        else

            pc.printf("Wrong key,please enter return key to continue \r\n");

    }

    pc.printf("Right key,good bye \r\n");

}

         这里需要注意的是，我们额外添加了while (pc.readable())       pc.getc()这部分代码，其目标是为了防止前面的输入有可能没有被scanf读取完全，所以先把它清空再读取。

         考虑到串口操作涉及的大量是字符串操作，所以我们在必要时还可以使用C++的string类来简化字符串的处理，在利用string之前，必须要添加string的引用，即#include<string>,注意不是string.h，string的具体用法可以参见C++的手册，下面是一个简单的例子，用户可以尝试一下，如果做复杂的字符串查找替换操作，建议使用string类：

#include<string>

char username[100];

string str("You name is ");

int main()

{

    pc.printf("Hello World,please enter you name to continue\r\n");

    pc.scanf("%s",username);

    str=str.append(username);

    str=str.append(". \n");

    pc.printf(str.data());

}

mbed UART通讯原帖地址 http://mbed.smeshlink.com/cookbook/33-mbed-uart

anywill

热烈庆祝自己升上高级会员

zero99

这么快

anywill

zero99 发表于 2016-10-17 08:43
这么快

小白要勤奋

高二毛

很详细啊，感谢分享。

xyx365

很不错，感谢分享。

asssdz-382474