【GD32F470紫藤派開(kāi)發(fā)板使用手冊】第九講 USART-printf打印實(shí)驗-電子發(fā)燒友網(wǎng)

9.1實(shí)驗內容

通過(guò)本實(shí)驗主要學(xué)習以下內容：

串口簡(jiǎn)介
GD32F470串口工作原理
使用printf打印信息

9.2實(shí)驗原理

9.2.1串口簡(jiǎn)介

串口，從廣義上看，指所有串行通信接口，比如RS232、RS422、RS485、SPI、IIC等。串行通訊是指僅用一根接收線(xiàn)和一根發(fā)送線(xiàn)就能將數據以位進(jìn)行傳輸的通訊方式。和串行通訊相對應的是并行通訊，并行通信指一個(gè)傳輸接口可以傳輸8個(gè)bit即一個(gè)byte（有時(shí)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(xiàn)的情況下就能實(shí)現數據的傳輸。

對于GD32F470來(lái)說(shuō)，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(gè)靈活方便的串行數據交換接口，數據幀可以通過(guò)全雙工或半雙工，同步或異步的方式進(jìn)行傳輸。紫藤派開(kāi)發(fā)板搭載的GD32F470最多有8個(gè)串口（USART+UART），對于一般應用來(lái)說(shuō)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(xiàn)組成，分別為T(mén)X（發(fā)送線(xiàn)）、RX（接收線(xiàn)）和GND，對于兩個(gè)通信結點(diǎn)，TX和RX需要交叉連接，如下示例：

下面來(lái)介紹下串口數據幀組成。

以下為一個(gè)標準的串口通信幀：

一個(gè)串口幀由空閑、起始位、數據位、校驗位以及停止位組成，傳輸的數據地位在前，高位再后。

空閑：串口TX或RX數據線(xiàn)上沒(méi)有傳輸任何數據時(shí)，則該線(xiàn)處于為空閑狀態(tài)?？臻e是TX和RX都是處于高電平。

起始位：占一個(gè)bit時(shí)間，標志數據起始，由一個(gè)邏輯0（低電平）的數據位表示。當發(fā)送方開(kāi)始發(fā)送一幀數據時(shí)，起始位會(huì )最先發(fā)送，而對于接收方來(lái)說(shuō)，檢測到起始位后，即使自己的接收時(shí)鐘與發(fā)送方的數據同步。

數據位：數據位緊跟在起始位之后，是通信中的真正有效信息。數據位的位數可以由通信雙方共同約定，對于GD32F470來(lái)說(shuō)，數據位一般只有8位。

校驗位：校驗位占一bit時(shí)間，GD32F470可以設置校驗位為：奇校驗、偶校驗或無(wú)校驗。校驗位是為了保證通信的可靠性，如果是奇校驗，需要保證傳輸的數據總共有奇數個(gè)邏輯高位，如果是偶校驗，需要保證傳輸的數據總共有偶數個(gè)邏輯高位。以傳輸傳輸數據A：0x01000001為例，如果設置了奇校驗，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，當設置好校驗位后，硬件會(huì )自動(dòng)根據需要傳輸的數據自動(dòng)插入校驗位。

注意：GD32F470的數據位可設置為8bit和9bit兩種方式，當設置了奇校驗或偶校驗，一定要將數據位設置為9bit；而設置了無(wú)校驗時(shí)，需要將數據位設置為8bit。

停止位：它是一幀數據的結束標志，可以是1bit、1.5bit、2bit個(gè)邏輯“1”。

9.2.3串口波特率

波特率是串口通信中一個(gè)非常重要的參數，串口通信傳輸雙方必須要設置一樣的串口波特率，否則通訊就會(huì )出錯。波特率可以認為是比特率，即每秒傳輸的位數。一般波特率可以是9600、19200、115200等等，如果設置波特率為9600，設置通信幀為1bit起始位+8bit數據幀+無(wú)校驗+1bit停止位，那么每秒鐘最多可以傳輸9600bit/10bit = 960個(gè)字節。

現在重點(diǎn)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(guò)采樣和8倍過(guò)采樣，16位過(guò)采樣即發(fā)送方發(fā)送數據后，GD32470串口接受器會(huì )將每個(gè)bit采樣16次，如果是8倍過(guò)采樣，則采用8次。下圖為16位過(guò)采樣的示意圖：

在默認情況下，接收器通過(guò)獲取三個(gè)采樣點(diǎn)的值來(lái)估計該位的值，其中16倍過(guò)采樣選取采樣點(diǎn)為第7、8、9點(diǎn)，而8倍過(guò)采樣為第3、4、5采樣點(diǎn)。如果在3個(gè)采樣點(diǎn)中有2個(gè)或3個(gè)為0，該數據位被視為0，否則為1。如果3個(gè)采樣點(diǎn)中有一個(gè)采樣點(diǎn)的值與其他兩個(gè)不同，不管是起始位，數據位，奇偶校驗位或者停止位，都將產(chǎn)生噪聲錯誤（NERR）。

9.2.4GD32F470串口設置步驟

串口設置的一般步驟為：

GPIO時(shí)鐘開(kāi)啟、串口時(shí)鐘開(kāi)啟
GPIO設置，發(fā)送和接受都要設置為AF模式，且需要設置為正確的AF號
串口復位
串口參數配置，主要為波特率、數據位長(cháng)度、校驗位設置、停止位長(cháng)度
依據是否需要使用中斷或DMA進(jìn)行中斷配置或DMA配置
使能串口
編寫(xiě)中斷處理函數

9.3硬件設計

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

9.4代碼解析

9.4.1在driver_uart.c中定義了串口初始化函數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int fputc(int ch, FILE *f)

要使用Printf，重定向函數fputc是必須的。在C 語(yǔ)言標準庫中，fputc函數是printf 函數內部的一個(gè)函數，功能是將字符ch寫(xiě)入到文件指針file所指向文件的當前寫(xiě)指針位置，簡(jiǎn)單理解就是把字符寫(xiě)入到特定文件中。我們使用USART函數重新修改fputc函數內容，達到類(lèi)似“寫(xiě)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(gè)函數比較簡(jiǎn)單，就是調用了接口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)送的數據寫(xiě)到串口寄存器中。

9.4.3main函數實(shí)現

串口初始化完成并定義好fputc重定向函數后，就可以通過(guò)printf函數往電腦上打印數據了。以下main函數：

C
int main(void)
{
//延時(shí)和公共驅動(dòng)部分初始化
driver_init();
//串口初始化,DMA模式開(kāi)啟
BOARD_UART.uart_mode_tx=MODE_DMA;
bsp_uart_init(&BOARD_UART);
bsp_led_init(&LED2);
//打開(kāi)對應串口的中斷
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函數首先進(jìn)行了延時(shí)函數初始化，并設置了一個(gè)LED燈用來(lái)提示代碼運行。while（1）循環(huán)中先延時(shí)1s，再翻轉一次LED狀態(tài)，接著(zhù)使用printf函數打印系統運行tick時(shí)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(kāi)發(fā)板上后，打印信息將同步在顯示屏上顯示。

9.5實(shí)驗結果

使用USB轉TTL串口的連接線(xiàn)后，配置好串口調試助手，即可看到每秒鐘串口打印的數據了。

本教程由GD32 MCU方案商聚沃科技原創(chuàng )發(fā)布，了解更多GD32 MCU教程，關(guān)注聚沃科技官網(wǎng)

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫(xiě)或者入駐合作網(wǎng)站授權轉載。文章觀(guān)點(diǎn)僅代表作者本人，不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習之用，如有內容侵權或者其他違規問(wèn)題，請聯(lián)系本站處理。舉報投訴