在項(xiàng)目中需要用到多路的串口使用，而自己的單片機(jī)目前來講沒法滿足我們項(xiàng)目所需要的串口需求，因此要對普通的GPIO進(jìn)行轉(zhuǎn)換為UART進(jìn)行使用。從而使得我們單片機(jī)能夠得到多一路的串口。

既然我們要進(jìn)行對串口的模擬，因此我們要先了解uart相關(guān)的通信協(xié)議：帶你快速對比SPI、UART、I2C通信的區(qū)別與應(yīng)用！，這篇文章進(jìn)行了詳細(xì)介紹，此處不再贅述。

UART的通信方式是由1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，包含一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，和結(jié)束位構(gòu)成。因此我們將使用單片機(jī)中的兩個(gè)普通的IO口電平的高低進(jìn)行對相應(yīng)時(shí)序的模擬。

接下來，讓我們一起學(xué)習(xí)如何實(shí)現(xiàn)IO模擬串口通信。

添加頭文件

首先我們先添加相應(yīng)的頭文件。

#include "stm32f10x.h"
#include "vuart2.h"

宏定義

使用到的io口為：

#define OI2_TXD PDout(6)
#define OI2_RXD PDin(7)


#define BuadRate2_9600 104 
#define Recive2_Byte 19 //接收緩沖器的個(gè)數(shù)
u8 len2 = 0; //接收計(jì)數(shù)
u8 USART2_buf[Recive2_Byte];  //接收緩沖區(qū)

將IO口相應(yīng)的位帶操作函數(shù)進(jìn)行宏定義從而使得在對不同的電平的進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)候更為方便，并且減少了調(diào)用其他函數(shù)的過程所消耗的時(shí)間，程序執(zhí)行效率更高。

在本次的傳輸過程中我選用的是使用波特率速率為9600bps，也就是1s中發(fā)送9600個(gè)數(shù)據(jù)位(bit)，因此對每個(gè)位數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算1000000us/9600可以得出，發(fā)一個(gè)bit的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行大概需要 104.16us，并且對于相應(yīng)的電平持續(xù)時(shí)間要求誤差不能超過±5%，因此對我們進(jìn)行時(shí)間的控制要求就顯得比較重要了。

枚舉出各個(gè)位

enum{
    COM_START_BIT,
    COM_D0_BIT,
    COM_D1_BIT,
    COM_D2_BIT,
    COM_D3_BIT,
    COM_D4_BIT,
    COM_D5_BIT,
    COM_D6_BIT,
    COM_D7_BIT,
    COM_STOP_BIT,
};


u8 recvStat2 = COM_STOP_BIT;
u8 recvData2 = 0;

IO——TXD進(jìn)行模擬

void IO2_TXD(u8 Data)
{
    u8 i = 0;
    OI2_TXD = 0;  
    delay_us(BuadRate2_9600);
    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        if(Data&0x01)
            OI2_TXD = 1;  
        else
            OI2_TXD = 0;  
        
        delay_us(BuadRate2_9600);
        Data = Data>>1;
    }
    OI2_TXD = 1;
    delay_us(BuadRate2_9600);
}

由于發(fā)送的信號是將TXD信號進(jìn)行拉低處理，因此在拉低TXD相應(yīng)的IO口之后進(jìn)行延時(shí)處理，再進(jìn)行循環(huán)對我們需要發(fā)送的各個(gè)位的數(shù)據(jù)繼續(xù)進(jìn)行發(fā)送循環(huán)發(fā)送完成之后將電平拉高代表停止位。

構(gòu)建發(fā)送函數(shù)

void USART2_Send(u8 *buf, u8 len2)
{
    u8 t;
    for(t = 0; t < len2; t++)
    {
        IO2_TXD(buf[t]);
    }
}

其中的*buf為需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，len2為數(shù)據(jù)長度，進(jìn)行循環(huán)調(diào)用IO_TXD進(jìn)行一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送。

IO口初始化

void IO2Config(void)
 {
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;//初始化gpio
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;//中斷初始化函數(shù)
     EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOD|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);  //使能PD,PC端口時(shí)鐘 
     
     //SoftWare Serial TXD
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;       //選擇io口6
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    //推挽輸出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   //IO口速度為50MHz  
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);       
    GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_6);       //TXD默認(rèn)電平拉高
     
    //SoftWare Serial RXD
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);  


    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOD, GPIO_PinSource7);  //對D7的下降沿進(jìn)行中斷采樣，當(dāng)接收到下降沿時(shí)代表接收到數(shù)據(jù)觸發(fā)中斷處理函數(shù)
    EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line7;//用到了中斷7
    EXTI_InitStruct.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling; //下降沿觸發(fā)中斷
    EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd=ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);//初始化中斷




    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= EXTI9_5_IRQn ; //中斷發(fā)生于9-5的中斷之中
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2; 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =2;  
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;  
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
}

定時(shí)器初始化

void TIM5_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //時(shí)鐘使能
    
    //定時(shí)器TIM5初始化
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設(shè)置在下一個(gè)更新事件裝入活動(dòng)的自動(dòng)重裝載寄存器周期的值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //設(shè)置用來作為TIMx時(shí)鐘頻率除數(shù)的預(yù)分頻值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //設(shè)置時(shí)鐘分割:TDTS = Tck_tim
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計(jì)數(shù)模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根據(jù)指定的參數(shù)初始化TIMx的時(shí)間基數(shù)單位
    TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_FLAG_Update);
    TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM5中斷,允許更新中斷


    //中斷優(yōu)先級NVIC設(shè)置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  //TIM5中斷
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  //先占優(yōu)先級1級
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  //從優(yōu)先級1級
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //初始化NVIC寄存器    
}

對TIM5進(jìn)行初始化操作使得定時(shí)器可以檢測到各個(gè)位的電平持續(xù)性時(shí)間從而對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。計(jì)時(shí)結(jié)束后進(jìn)入中斷TIM5處理。

外部中斷處理函數(shù)

void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line7) != RESET)//對中斷標(biāo)志位進(jìn)行采集
    {
        if(OI2_RXD == 0) 
        {
            if(recvStat2 == COM_STOP_BIT)
            {
                recvStat2 = COM_START_BIT;//將當(dāng)前的狀態(tài)設(shè)置為開始位
                TIM_Cmd(TIM5, ENABLE);//開啟定時(shí)器計(jì)數(shù)
            }
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line7); //清除中斷標(biāo)志
    }
}

定時(shí)器中斷處理函數(shù)

void TIM5_IRQHandler(void)
{  
    if(TIM_GetFlagStatus(TIM5, TIM_FLAG_Update) != RESET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_FLAG_Update); //清除中斷標(biāo)志位
        recvStat2++; //將位置移動(dòng)到第一位的數(shù)據(jù)
        if(recvStat2 == COM_STOP_BIT)//當(dāng)運(yùn)行到停止位時(shí)進(jìn)入
        {
            TIM_Cmd(TIM5, DISABLE);//停止tim5
            USART2_buf[len2++] = recvData2;//將采集到的各個(gè)數(shù)據(jù)傳遞給USART2_buf
            if(len2 > Recive2_Byte-1)//將數(shù)據(jù)通過回顯到串口調(diào)試助手中
            {
                len2 = 0;
                USART2_Send(USART2_buf,Recive2_Byte);
            }
            return;
        }
        if(OI2_RXD)//采集RXD各個(gè)電平
        {
            recvData2 |= (1 << (recvStat2 - 1));
        }else{
            recvData2 &= ~(1 << (recvStat2 - 1));
        } 
  }  
}

整體代碼

vuart2.c:

#include "stm32f10x.h"
#include "vuart2.h"
/**
*軟件串口的實(shí)現(xiàn)(IO模擬串口)
* 波特率：9600    1-8-N
* TXD : PD6
* RXD : PD7
* 使用外部中斷對RXD的下降沿進(jìn)行觸發(fā)，使用定時(shí)器5按照9600波特率進(jìn)行定時(shí)數(shù)據(jù)接收。
* Demo功能: 接收11個(gè)數(shù)據(jù)，然后把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去
*/




#define OI2_TXD PDout(6)
#define OI2_RXD PDin(7)


#define BuadRate2_9600 104 
#define Recive2_Byte 19 //接收緩沖器的個(gè)數(shù)
u8 len2 = 0; //接收計(jì)數(shù)
u8 USART2_buf[Recive2_Byte];  //接收緩沖區(qū)


enum{
    COM_START_BIT,
    COM_D0_BIT,
    COM_D1_BIT,
    COM_D2_BIT,
    COM_D3_BIT,
    COM_D4_BIT,
    COM_D5_BIT,
    COM_D6_BIT,
    COM_D7_BIT,
    COM_STOP_BIT,
};


u8 recvStat2 = COM_STOP_BIT;
u8 recvData2 = 0;


void IO2_TXD(u8 Data)
{
    u8 i = 0;
    OI2_TXD = 0;  
    delay_us(BuadRate2_9600);
    for(i = 0; i < 8; i++)
    {
        if(Data&0x01)
            OI2_TXD = 1;  
        else
            OI2_TXD = 0;  
        
        delay_us(BuadRate2_9600);
        Data = Data>>1;
    }
    OI2_TXD = 1;
    delay_us(BuadRate2_9600);
}
    
void USART2_Send(u8 *buf, u8 len2)
{
    u8 t;
    for(t = 0; t < len2; t++)
    {
        IO2_TXD(buf[t]);
    }
}
    
 void IO2Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
     EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOD|RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);  //使能PB,PC端口時(shí)鐘 
     
     //SoftWare Serial TXD
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;     
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    //推挽輸出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   //IO口速度為50MHz  
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);       
    GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_6);       
     
    //SoftWare Serial RXD
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);  


    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOD, GPIO_PinSource7);
    EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line7;
    EXTI_InitStruct.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling; //下降沿觸發(fā)中斷
    EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd=ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);




    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= EXTI9_5_IRQn ; 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2; 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =2;  
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;  
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
}
 
void TIM5_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //時(shí)鐘使能
    
    //定時(shí)器TIM5初始化
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //設(shè)置在下一個(gè)更新事件裝入活動(dòng)的自動(dòng)重裝載寄存器周期的值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //設(shè)置用來作為TIMx時(shí)鐘頻率除數(shù)的預(yù)分頻值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //設(shè)置時(shí)鐘分割:TDTS = Tck_tim
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計(jì)數(shù)模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根據(jù)指定的參數(shù)初始化TIMx的時(shí)間基數(shù)單位
    TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_FLAG_Update);
    TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM5中斷,允許更新中斷


    //中斷優(yōu)先級NVIC設(shè)置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  //TIM4中斷
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  //先占優(yōu)先級1級
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;  //從優(yōu)先級1級
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //初始化NVIC寄存器    
}
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line7) != RESET)
    {
        if(OI2_RXD == 0) 
        {
            if(recvStat2 == COM_STOP_BIT)
            {
                recvStat2 = COM_START_BIT;
                TIM_Cmd(TIM5, ENABLE);
            }
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line7);
    }
}


void TIM5_IRQHandler(void)
{  
    if(TIM_GetFlagStatus(TIM5, TIM_FLAG_Update) != RESET)
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_FLAG_Update); 
        recvStat2++;
        if(recvStat2 == COM_STOP_BIT)
        {
            TIM_Cmd(TIM5, DISABLE);
            USART2_buf[len2++] = recvData2;
        if(len2 > Recive2_Byte-1)
        {
            len2 = 0;
            USART2_Send(USART2_buf,Recive2_Byte);
        }
            return;
        }
        if(OI2_RXD)
        {
            recvData2 |= (1 << (recvStat2 - 1));
        }else{
            recvData2 &= ~(1 << (recvStat2 - 1));
        } 
  }  
}

vuart2.h：

#ifndef __VUART2__H
#define __VUART2__H
#include "stm32f10x.h"


void IO2_TXD(u8 Data);
void USART2_Send(u8 *buf, u8 len);
void IO2Config(void);
void TIM5_Int_Init(u16 arr,u16 psc);
#endif

審核編輯：劉清