GPIO模擬串口

你是否遇到過(guò)某個(gè)MCU串口不夠的情況？?這時(shí)我們可以考慮用GPIO去模擬，如何具體實(shí)現(xiàn)呢？

首選我們需要了解串口的傳輸協(xié)議，

UART使用異步模式工作，不需要時(shí)鐘信號(hào)，其一般格式為：起始位 數(shù)據(jù)位 校驗(yàn)位 停止位。其中起始位1位，數(shù)據(jù)位5~8位，校驗(yàn)位0或1位，停止位1、1.5或2位。不過(guò)最常用的格式是1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、沒(méi)有奇偶校驗(yàn)、1位停止位，簡(jiǎn)記為8/N/1。

8/N/1格式的時(shí)序圖如下：

空閑時(shí)數(shù)據(jù)線上規(guī)定為邏輯1。

開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)時(shí)先發(fā)送起始位，規(guī)定為邏輯0，接收端會(huì)檢測(cè)這個(gè)下降沿，以便之后開(kāi)始采樣接收數(shù)據(jù)。

起始位之后是數(shù)據(jù)位，規(guī)定先發(fā)送最低位，即LSB First。因?yàn)閁ART沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)，故使用波特率來(lái)確定每一位的長(zhǎng)度，不過(guò)為保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性，實(shí)際采樣頻率會(huì)高于波特率，一般每一位會(huì)進(jìn)行若干次采樣，取中間的采樣值作為這一位的結(jié)果。

奇偶校驗(yàn)位一般不使用。

停止位一般使用1位，規(guī)定為邏輯1，除了表示傳輸結(jié)束外，停止位還可以起到時(shí)鐘同步的作用。

需要注意的是，這里的邏輯0并不一定是0V，這與使用的電平標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。對(duì)于TTL電平而言，邏輯0是0V，邏輯1是高電平（一般為3.3V或5V）；對(duì)于RS-232電平而言，邏輯0是3V~15V，邏輯1是-3~-15V。

除了TX、RX、GND信號(hào)外，UART中還會(huì)有諸如RTS、CTS等流控信號(hào)，因?yàn)橛玫貌皇呛芏啵颂幘筒豢偨Y(jié)了。

以發(fā)送0x23（無(wú)奇偶校驗(yàn)）為例來(lái)說(shuō)明，傳輸時(shí)序如下：

注意是LSB First，也就是最低位先傳輸哦。

0x23，二進(jìn)制表示為00100011，傳輸順序?yàn)?->1->0->0->0->1->0->0

掌握清楚這個(gè)時(shí)序那么也就好用GPIO模擬了，除了需要兩個(gè)GPIO，還需要兩個(gè)定時(shí)器（分別用于接收和發(fā)送時(shí)序控制），另外需要說(shuō)明的是，為方便起見(jiàn)，采樣頻率這里就設(shè)置成了波特率。

1） 對(duì)于接收，當(dāng)RX引腳檢測(cè)到下降沿時(shí)，進(jìn)入GPIO中斷，然后開(kāi)啟一個(gè)定時(shí)器，第一次定時(shí)器周期設(shè)置為1/波特率的一半(目的是為了在中心處判斷是否為低電平，以表示是否為起始位)，再之后就可以設(shè)置定時(shí)器周期為1/波特率，每隔此周期在定時(shí)器中斷里去采樣RX引腳電平，將數(shù)據(jù)接收完畢

2）對(duì)于發(fā)送，首先發(fā)送一個(gè)起始位，之后以1/波特率為周期，在定時(shí)器中斷里去發(fā)送比特位即可。

我在NXP的MCU上做了實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)測(cè)試波特率可以達(dá)到38400. 有需要代碼的添加管理員微信獲取(見(jiàn)本文最后二維碼)。

以下是對(duì)程序的簡(jiǎn)單說(shuō)明：

1）gpio_uart_demo_init() 里可以配置UART的相關(guān)參數(shù)，如波特率，奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度

2）void gpio_uart_read(uint8_t *bufptr, uint32_t size, void (*rx_callback)(void)) 這個(gè)函數(shù)為uart 接收函數(shù)，第一個(gè)參數(shù)為數(shù)據(jù)存放buffer，第二個(gè)數(shù)據(jù)為接收長(zhǎng)度，第三個(gè)參數(shù)為callback函數(shù)。注意目前的實(shí)現(xiàn)是調(diào)用此函數(shù)后，當(dāng)接收完指定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)后，會(huì)停止接收數(shù)據(jù)。?如果之后要繼續(xù)接收，需要再次調(diào)用這個(gè)函數(shù)。

3）void gpio_uart_write(uint8_t *databuf, uint32_t num,void (*tx_callback)(void))這個(gè)函數(shù)為uart發(fā)送函數(shù)，第一個(gè)參數(shù)為發(fā)送數(shù)據(jù)buffer，第二個(gè)數(shù)據(jù)為發(fā)送長(zhǎng)度，第三個(gè)參數(shù)為callback函數(shù)。

4）移植到其他不同平臺(tái)非常容易，只需要修改下GPIO和定時(shí)器配置即可。

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