ARM实验三-ARM的串行口实验

实验三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，开发板将接收到的数据再返送给PC，在超级终端上显示。三、预备知识1．用EWARM集成开发环境，编写和调试程序的基本过程。2．ARM应用程序的框架结构。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、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、EWARM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(ElectronicindustriesAssociationRecoil-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3-2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(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。（2）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3-3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自带三个UART端口，每个UART通道都有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。S3C2410XUART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IrDA1.0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UART包括三个波特率因子寄存器UBRDIV0,UBRDIV1andUBRDIV2，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=(round_off)(MCLK/(bpsx16)+0.5)–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/(115200x16)+0.5)-1=(int)(21.7+0.5)-1=22-1=21六、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(*(