嵌入式工程師在開發(fā)產(chǎn)品中經(jīng)常會用到MCU的片上UART和其它模塊進行通信，為了在某些非正常的惡劣環(huán)境下能正常使用串口通信，可能需要對UART通信波特率進行自適應(yīng)校準，在我們之前的微課堂中講解過關(guān)于MM32通用MCU的UART串口通信方面的基礎(chǔ)知識，這里我們增加基于靈動微電子MM32F013x 系列UART硬件自適應(yīng)波特率的使用。

1、原理

UART硬件波特率自適應(yīng)檢測首個通信字節(jié)的位寬（1bit、2bit、4bit、8bit），檢測前一個邊沿和后一個邊沿之間的位長，即檢測前一個邊沿為下降沿，后一個邊沿為上升沿或前一個邊沿為下降沿，后一個邊沿為下降沿，可通過軟件靈活配置。

本實例以串口工具作為上位機，MM32F013x的UART1作為下位機，MCU端初始化為非標準波特率9200，使能空閑中斷及其他狀態(tài)標志位，上位機切換不同的波特率，由于上位機和MCU端的波特率不同，可能出現(xiàn)通信失敗的情況，啟動UART硬件波特率自適應(yīng)功能，即檢測上位機發(fā)的首個字節(jié)位寬來識別上位機的波特率，MCU端通過硬件波特率自適應(yīng)切換到對應(yīng)的波特率，與上位機維持后續(xù)正常的通信。

如下圖所示，以首字節(jié)0XF8為例，首字節(jié)位寬為4bit的原理說明：

2、程序配置

2.1 初始化MM32F013x UART1串口

從官網(wǎng)下載MM32F013x例程，這里我們在MM32F0133C7P的樣例程序中添加注釋并對代碼修改。

#include "bsp_UART.h"
#include "led.h"
/*******************************************************************************
* 函數(shù)名稱：void bsp_UART1_Init(u32 baudrate)
* 函數(shù)功能：初始化UART1 PA9/PA10分別作為UART1的TX/RX
* 輸入?yún)?shù)：無
* 返回數(shù)值：無
******************************************************************************/
void bsp_UART1_Init(u32 baudrate)
{
    //GPIO初始化結(jié)構(gòu)體
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    //UART初始化結(jié)構(gòu)體
    UART_InitTypeDef UART_InitStructure;    
    //NVIC初始化結(jié)構(gòu)體
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    //使能UART1時鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_UART1, ENABLE);        
    //使能GPIOA時鐘
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);  

    //開啟GPIOA PA9復(fù)用于UART1_TX功能 
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_1);    
    //開啟GPIOA PA10復(fù)用于UART1_RX功能 
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_1);   

    //UART1_TX   GPIOA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;     
    //配置GPIOA.9 速度為高速50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    
    //配置GPIOA.9為復(fù)用推挽輸出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;        
    //根據(jù)GPIO結(jié)構(gòu)體初始化UART1_TX GPIOA.9
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    //UART1_RX GPIOA.10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;    
    //配置UART1_RX GPIOA.10為上拉輸入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;    
    //根據(jù)GPIO結(jié)構(gòu)體初始化UART1_RX GPIOA.10
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    //串口波特率
    UART_InitStructure.UART_BaudRate = baudrate;    
    //字長為8位數(shù)據(jù)格式
    UART_InitStructure.UART_WordLength = UART_WordLength_8b;    
    //一位停止位
    UART_InitStructure.UART_StopBits = UART_StopBits_1;    
    //無奇偶校驗位
    UART_InitStructure.UART_Parity = UART_Parity_No;    
    //無硬件數(shù)據(jù)流控
    UART_InitStructure.UART_HardwareFlowControl = UART_HardwareFlowControl_None;    
    //允許收發(fā)模式
    UART_InitStructure.UART_Mode = UART_Mode_Rx | UART_Mode_Tx;
    //根據(jù)UART結(jié)構(gòu)體初始化串口UART1
    UART_Init(UART1, &UART_InitStructure);

    //硬件自動波特率檢測第1個字節(jié)位的位寬前一個邊沿為下降沿，后一個邊沿為上升沿
    //___              _______
    //   |_ _ _ _|1 x x x x|        = Binary:xxxx 1000  Fall to Rise -> 1 start bit 
    //AutoBaudRate Mode Fall to Rise 4bit width,the first byte is 0xF8 use test

    UART_AutoBaudRateSet(UART1, ABRMODE_FALLING_TO_RISINGEDGE4BIT, ENABLE);

    //接收數(shù)據(jù)中斷、接收幀錯誤中斷、自動波特率結(jié)束中斷、自動波特率錯誤中斷、空閑中斷
    UART_ITConfig(UART1, UART_IT_RXIEN | UART_ICR_RXFERRCLR | UART_ICR_ABRENDCLR |\ UART_ICR_ABRERRCLR | UART_ICR_RXIDLE | UART_IT_ERR, ENABLE);
    //使能UART1
    UART_Cmd(UART1, ENABLE);

    //UART1 NVIC中斷優(yōu)先級設(shè)置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = UART1_IRQn;
    //UART通道優(yōu)先級0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPriority = 0;          
    //IRQ通道使能
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        
    //根據(jù)指定的參數(shù)初始化NVIC寄存器
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);    
}

2.2 編寫MM32F013x UART1串口中斷服務(wù)函數(shù)

繼續(xù)在bsp_UART.c文件中編寫MM32F013x UART1串口中斷服務(wù)函數(shù)如下所示。

/*******************************************************************************
* 函數(shù)名稱：void UART1_IRQHandler(void)
* 函數(shù)功能：串口1 UART1中斷服務(wù)程序
* 輸入?yún)?shù)：無
* 返回數(shù)值：無
*******************************************************************************/
//自動波特率幀錯誤標志
u8 Auto_BaudRate_FraErr_Flag = 0;
void UART1_IRQHandler(void)                    
{
    u8 Res;

    //UART1接收中斷
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_IT_RXIEN) != RESET)  
    {
        //清UART1接收中斷標志
        UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_IT_RXIEN);            
        //讀取UART1接收到的數(shù)據(jù)
        Res = UART_ReceiveData(UART1);        
        //UART1接收數(shù)據(jù)緩存起來,最大接收UART1_REC_LEN個字節(jié) 
        UART1_Rx_Buf[UART1_Rx_Cnt] = Res;        
        //UART1作接收緩存溢出判斷,最大接收UART1_REC_LEN個字節(jié)
        if(UART1_Rx_Cnt < UART1_REC_LEN-1)
        {
            //還有數(shù)據(jù)要接收，接收計數(shù)變量自加
            UART1_Rx_Cnt++;
        }
        else
        {
            UART1_Rx_Cnt = 0;
        }
    }

    //幀錯誤中斷標志位
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_IER_RXFERR) != RESET)
    {
        //自動波特率幀錯誤標志置1
        Auto_BaudRate_FraErr_Flag = 1;
        //清幀錯誤中斷標志位
        UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_IER_RXFERR);
    }

    //接收數(shù)據(jù)幀錯誤中斷
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_ICR_RXFERRCLR) != RESET)
    {     
        UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_ICR_RXFERRCLR);
    }

    //空閑中斷硬件波特率自校準
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_ICR_RXIDLE) != RESET)
    {
        UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_ICR_RXIDLE);

        //自動波特率幀錯誤標志
        if(Auto_BaudRate_FraErr_Flag == 1)
        {
            Auto_BaudRate_FraErr_Flag = 0;

    //----------------Check MM32F013x UART_AutoBaudRateHard----------
    //___              _______
    //   |_ _ _ _|1 x x x x|  = Binary:xxxx 1000  Fall to Rise -> 1 start bit 
    //AutoBaudRate Mode Fall to Rise 4bit width,the first byte is 0xF8 use test

        UART_AutoBaudRateSet(UART1, ABRMODE_FALLING_TO_RISINGEDGE4BIT, ENABLE);    
        }
    }

    //自動波特率錯誤中斷清除位
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_ICR_ABRERRCLR) != RESET)
    {      
        UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_ICR_ABRERRCLR);  
    }

    //自動波特率結(jié)束中斷清除位
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_ICR_ABRENDCLR) != RESET)
    {
        UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_ICR_ABRENDCLR);
    }
}

2.3 MM32F013x UART1串口接收函數(shù)

在bsp_UART.h文件中宏定義UART1波特率、接收字節(jié)長度，變量聲明以及UART1接收數(shù)據(jù)函數(shù)和發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)聲明。

 void UART1_Recv_Task(void)
{   
   //收到的數(shù)據(jù)原樣返回到串口上位機
   UART_SendBytes(UART1,UART1_Rx_Buf, UART1_Rx_Cnt);
}

2.4 MM32F013x UART串口發(fā)送函數(shù)

在bsp_UART.c文件中編寫MM32F013x UART1發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)，發(fā)送單字節(jié)數(shù)據(jù)和發(fā)送多字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)分別如下所示：

/*******************************************************************************
* 函數(shù)名稱：void UART_SendByte(UART_TypeDef* UARTx,u8 dat)
* 函數(shù)功能：UART發(fā)送單字節(jié)數(shù)據(jù)
* 輸入?yún)?shù)：UARTx:UART1/UART2；dat：待發(fā)送的數(shù)據(jù)
* 返回數(shù)值：無
*******************************************************************************/
void UART_SendByte(UART_TypeDef* UARTx,u8 dat)
{
    UART_SendData(UARTx, dat);

    while(!UART_GetFlagStatus(UARTx, UART_FLAG_TXEPT));
}

/*******************************************************************************
* 函數(shù)名稱：void UART_SendBytes(UART_TypeDef* UARTx,u8* buf, u16 len)
* 函數(shù)功能：UART發(fā)送多字節(jié)數(shù)據(jù)
* 輸入?yún)?shù)：UARTx:UART1/UART2；buf：待發(fā)送的數(shù)據(jù)；len：待發(fā)送數(shù)據(jù)的長度
* 返回數(shù)值：無
*******************************************************************************/
void UART_SendBytes(UART_TypeDef* UARTx,u8* buf, u16 len)
{
    while(len--)
    {
        UART_SendByte(UARTx,*buf++);       
    }
}

3、MM32F013x UART硬件 自適應(yīng)波特率的功能演示

在main.c文件的main函數(shù)里初始化bsp_UART1_Init(9200)串口初始化函數(shù)，在while(1)大循環(huán)里調(diào)用測試UART1硬件自動波特率收發(fā)數(shù)據(jù)函數(shù)：UART1_Recv_Task()；這里以檢測UART1通信首字節(jié)為4bit寬為例，模式為前一個邊沿為下降沿，后一個邊沿為上升沿。

MCU端設(shè)置非標準波特率9200，我們通過上位機以不同的波特率發(fā)送F8進行硬件波特率自適應(yīng)，自適應(yīng)完成后UART1就切換到對應(yīng)的波特率，MCU端收到數(shù)據(jù)后直接返回給上位機。

編輯：hfy