串口实验

5.2 串口通讯实验

5.2.1 实验目的

1. 掌握ARM的串行口工作原理； 2. 学习并编程实现ARM的UART通讯； 3. 掌握S3C44B0X寄存器配置方法。

5.2.2 实验内容

1. 实现查询方式串口的收发功能。接收来自串口（通过超级终端）的字符并将接收到的字符发送到超级终端。

5.2.3 预备知识

1. 了解ADT IDE集成开发环境的基本功能； 2. 学习串口通讯的基本知识；

5.2.4 实验设备

1. 硬件：JX44B0教学实验箱、PC机；

2. 软件：PC机操作系统 Windows 98(2000、XP) ＋ ADT IDE集成开发环境。

5.2.5 基础知识

串行通信接口电路一般由可编程的串行接口芯片、波特率发生器、EIA与TTL电平转换器以及地址译码电路组成。采用的通信协议有两类：异步协议和同步协议。随着大规模集成电路技术的发展，通用的同步(USRT)和异步（UART）接口芯片种类越来越多，它们的基本功能是类似的。采用这些芯片作为串行通信接口电路的核心芯片，会使电路结构比较简单。下面介绍了异步串行通信的基本原理、串行接口的物理层标准以及S3C44B0X串行口控制器。 1. 异步串行通信

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5-3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110，150，300，600，1200，2400，4800，9600bps等。

图5-3 串行通信字符格式

2. 串行接口的物理层标准

通用的串行I/O接口有许多种，现就最常见的两种标准作简单介绍。 1) EIA RS-232C

这是美国电子工业协会推荐的一种标准(Electronic industries Association Recoil-mendedStandard)。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I/O 接口中。

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(DB15)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(DB9)来担当此任。图5-4分别给出了DB25和DB9的引脚定义，表5-2列出了引脚的名称以及简要说明。

图5-4 DB25和DB9引脚定义 表5-2 引脚说明：

引脚名称 FG TXD RXD RTS CTS 全 称 Frame Ground Transmitted Data Received Data Request to Send Clear to Send 连到机器的接地线 数据输出线 数据输入线 要求发送数据 回应对方发送的RTS的发送许可，告诉对方可以发送 说 明 DSR DTR CD SG Data Set Ready Data Terminal Ready Carrier Detect Signal Ground 告知本机在待命状态 告知数据终端处于待命状态 载波检出，用以确认是否收到Modem的载波 信号线的接地线（严格的说是信号线的零标准线） 图5-5给出了两台微机利用RS-232C接口通信的两种基本连接方式。

简单连接 完全连接 图5-5 RS-232连线图

2) 信号电平规定

RS-232C规定了双极性的信号逻辑电平, 它是一套负逻辑定义： -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”。

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。常用专门的RS-232接口芯片，如SP3232、SP3220等，在TTL电平和EIA电平之间实现相互转换。PC/XT系列以这种方式进行串行通信时，在波特率不高于9600bps的情况下，理论上通信线的长度限制为15米。

3. S3C44B0X串行口控制器

S3C44B0X自带两个异步串行口控制器，每个控制器有16字节的FIFO（先入先出寄存器），最大波特率115.2K。每个UART有7种状态：溢出错误、校验错误、帧错误、暂停态、接收缓冲区准备好、发送缓冲区空、发送移位缓冲器空。这些状态可以由相应的UTRSTATn或UERSTATn寄存器表示，并且与发送接收缓冲区相对应的有错误缓冲区。波特率的大小可以通过设置波特率寄存器（UBRDIVn）控制，计算公式如下：

UBRDIVn = (int)(MCLK/(bps x 16) ) -1

其中MCLK是系统频率，例如在40MHz的情况下，当波特率取115200bps时，

UBRDIVn = (int)(40000000 / (115200 x 16) + 0.5 ) – 1 = 21

与UART有的寄存器主要有以下几个，关于寄存器的详细说明请参考S3C44B0X的数据手册：