USART簡介 ................... 串列傳輸為CPU與周邊裝置或CPU與CPU間的資料傳輸方法之一，而USART(universal synchronous asynchronous receiver transmitter) 通用同步/非同步收發傳輸器，則常被用於一般的串列傳輸應用中。 USART主要特性 ................... - 全雙工的非同步通訊 - NRZ標準資料格式 NRZ(Nonreturn to Zero):不歸零編碼 這是一種傳送資訊的編碼方式，它以正脈波代表1，負脈波代表0，當訊號連續為'1'時，則保持正脈波，直到出現'0'為止 它的特色是編碼解碼較為簡單，但缺乏同步傳輸的能力，且無法提供較佳的訊號校正能力。 .. image:: /NRZcode.png 圖片來源：`wikipedia`_ - 可程式化的資料長度 (8 or 8+1 bits) - 可程式化的停止位元 (1 or 2 bits) - 提供同步傳輸的CLK信號 - 藉由DMA的資料傳輸，每個USART都能用DMA發送和接收資料 - 獨立的發送器和接收器的Enable Bit(TE、RE) - 傳輸檢測標誌 – 接收緩衝區滿(Receive buffer full, RXNE, Data buffer not empty) – 傳送緩衝區空(Transmit buffer empty, TXE, Data buffer empty) – 傳輸結束(End of transmission flags, TC, Transmission complete) - 檢測控制 – 發送檢測位(Transmits parity bit) – 對接收的資料進行檢測(Checks parity of received data byte) - 4個錯誤檢測標誌 – 溢出錯誤(Overrun error) – 噪音檢測(Noise detection) – Frame錯誤(Frame error) – 奇偶檢測錯誤(Parity error) - 支援10種中斷 – CTS改變(CTS changes, CTSIE) – LIN中斷檢測(LIN break detection, LBDIE) – 傳送緩衝區空(Transmit data register empty, TXEIE) – 傳送完成(Transmission complete, TCIE) – 接收緩衝區滿(Receive data register full, RXNEIE) – 空閒線路檢測(Idle line received, IDLEIE) – 溢出錯誤(Overrun error) 在一般情況下，本身不產生中斷，在DMA情況下，則由EIE產生中斷，經檢驗USART_CR1的FE位可得知溢出錯誤 – Frame錯誤(Framing error) 在一般情況下，本身不產生中斷，而由RXNE產生中斷，經檢驗USART_CR1的FE位可得知Frame錯誤 在DMA情況下下，則由EIE產生中斷，經檢驗USART_CR1的FE位得知錯誤 – 噪音錯誤(Noise error) 在一般情況下，本身不產生中斷，而由RXNE產生中斷，經檢驗USART_CR1的NF位得知錯誤 在DMA情況下下，則由EIE產生中斷，經檢驗USART_CR1的NF位得知錯誤 – 檢驗錯誤(Parity error, PEIE) - 2種喚醒接收器的方式 - Idle line 在接收端處於靜默(mute mode)時，可透過發送空閒符號(即所有位均為'1'的資料)，喚醒接收端。 - Address bit MSB為'1'的資料被認為是地址，否則為一般資料。 在這資料中，接收端會將最後4bits與USART_CR2暫存器中的ADD位比較，若相同則清除RWU位，後面的資料將能正常接收。 USART功能介紹 ................................. USART Block Diagram ====================================== .. image:: /usart_block_diagram.png Ref: `RM0090 Reference Manual P.949`_ - 任何USART雙向通信至少需要兩個腳位：接收資料輸入(RX)和發送資料輸出(TX) - RX: 接收資料輸入，並藉由採樣的技術判斷資料及噪音 - TX: 發送資料，當發送器被啟動時，如果沒有傳送數據，則TX保持高電位。在Single-wire half-duplex或Smartcard mode時，此I/O同時被用於資料的傳送和接收 - 根據USART_CR1暫存器中的M位選擇8或9位元決定資料長度(見圖) - 使用fractional baud rate generator —— 12位整數和4位小數的表示方法，放在baud rate暫存器(USART_BRR)中 - 一個狀態暫存器(USART_SR) - 資料暫存器(USART_DR) 另外在同步模式中，還需要其他腳位 - SCLK: 發送器的時鐘輸出，用於同步傳輸的時鐘 在Hardware flow control中: - nCTS: 清除發送，若在高電位，則當目前資料傳送結束後，中斷下一次的資料傳送 - nRTS: 發送請求，若在低電位，則表示USART已經準備好接收資料 USART 特性描述 ====================================== 資料長度根據USART_CR1暫存器中的M位選擇8或9位元 .. image:: /usart_M_byte.jpg 在起始位(start bit)期間，TX處於低電位，如圖中的(a)，在停止位期間，TX處於高電位，如圖中的(b)。 .. image:: /usart_M_idle.jpg 另外空閒符號則全由'1'組成，包含資料的停止位元位數也是'1'，如圖中的(c)，後面接著下一個資料的開始位； .. image:: /usart_M_break.jpg 中斷符號則全由'0'所組成，包含資料的停止位也是'0'，如圖中的(d)， 在中斷時，發送器會再插入1或2個停止位('1')以區分下一筆資料的起始位，如圖中的(e) Ref: `RM0090 Reference Manual P.950`_ 傳送器 ============================ 傳送器依據USART_CR1的M位狀態來決定發送8或9位元的資料。 當transmit enable bit(TE)被設定時，資料放入transmit shift register後，經由TX腳位送出， 同時，相對應的時鐘脈衝會由SCLK腳位輸出。 資料的傳送 ------------------------------------ 在USART發送期間，TX首先傳送資料的最低有效位元(least significant bit)，因此在此模式中，USART_DR和transmit shift register之間包含一個緩衝器(TDR)。每個資料再傳送前都會有一個低電位的起始位；之後跟著的停止位元數目，則可由使用者決定0.5, 1, 1.5或2 - 1 bit的stop bit: 預設的默認停止位位元數 - 2 bits的stop bit: normal USART, single-wire 和 modem modes - 0.5 bits的stop bit: Smartcard mode接收數據用 - 1.5 bits的stop bit: Smartcard mode發送數據用 **stop bits其實不算是個bit，他是傳輸結束後的一段時間(period)，用以區隔每個傳輸的資料，其功用是在非同步傳輸的時候可以告訴接收器，資料傳輸已經結束。透過增加stop bits的長度，可讓接收器能有足夠的時間可以處理該資料** **另外，由於資料搬移到transmit shift register中最少需要1/2 baud clock，因此在Smartcard mode的接收中，最少必須設定0.5 bit的stop bits** .. image:: /usart_fig298.jpg Ref: `RM0090 Reference Manual P.952`_ 傳送器的設定 ------------------------------------ .. image:: /usart_transmiter.png 1. 設定USART_CR1暫存器的UE位來啟動傳輸，如圖中的(a) 2. 設定USART_CR1暫存器的M位決定資料長度，如圖中的(b) 3. 設定USART_CR2暫存器中的STOP位來決定停止位元的長度，如圖中的(c) 4. 採用多緩衝器的話，則須設定USART_CR3的DMAT啟動DMA，並設置DMA的暫存器，如圖中的(d) 5. 利用USART_BRR暫存器設定baud rate，如圖中的(e) 6. 設置USART_CR1的TE位，在第一筆資料傳送前，傳送一個空閒的frame，如圖中的(f) 7. 將欲發送的資料放入USART_DR中，如圖中的(g) 8. 若有多筆資料要傳送，則重複步驟7.，如圖中的(l) 當資料放入USART_DR會由硬體清除TXE位，如圖中的(h)，則表示: 1. 資料已從TDR中進入transmit shift register，資料的發送已開始 2. TDR暫存器已被清空 3. 下一筆資料可放入USART_DR中 若TXEIE位的設置，則會產生一個中斷，如圖中的(i): - 如果USART正在發送資料，對USART_DR的寫入會把資料移到TDR暫存器中，並在目前的資料傳送結束後把該筆資料移進transmit shift register中 - 如果USART沒有在發送資料，則對USART_DR的寫入會把資料直接放入transmit shift register中，並啟動傳送，當傳送開始時，硬體會立即設定TXE位 一個frame的資料發送完畢後，TC位會被設定，如圖中的(j)，如果USART_CR1中的TCIE有被設定，則會產生一個中斷，如圖中的(k)，先讀取USART_SR暫存器，再寫入USART_DR暫存器，則可清除TC位 傳送斷開符號 ------------------------------------ 透過設定USART_CR1的SBK位，可以發送一個斷開符號，斷開符號的長度取決於M位。 如果SBK=1，則在目前的資料發送後，會再TX線上發送一個斷開符號，當傳送完成後，會由硬體恢復SBK位。 USART會由硬體在最後一個斷開符號的結束處插入一個'1'，確保能辨識下一個資料的起始位。 傳送空閒符號 ------------------------------------ 設置USART_CR1的TE位會使得USART在發送第一筆資料前，發送一個空閒符號，喚醒接收端。 接收器 ==================================== 接收器依據USART_CR1 M位的狀態來決定接收8或9位元的資料。 起始位偵測 ------------------------------------ .. image:: /usart_fig300.jpg Ref: `RM0090 Reference Manual P.954`_ 在USART中，如果辨認出一個特殊的採樣序列( 1 1 1 0 X 0 X 0 X 0 0 0 0 )，則認定偵測到一個起始位。 **如果該序列不完整，則接收端退回起始位偵測並回到空閒狀態，等待下一次的電壓下降。** 如果三個採樣點上有僅有兩個是0(第3、5、7採樣點或8、9、10採樣點)，則依然判定為偵測到一個起始位，但NE(噪音標誌)會被設定 **採樣的時間間隔** .. image:: /usart_sampling.png Ref: `UART receiver clock speed`_ 假設baud rate = 9600 bps，則一個bit的傳輸時間為104us，usart會在接收器啟動後的52us，開始採樣 若偵測到開始位元，則開始接收資料，反之則等待104us，再採樣一次 資料的接收 ------------------------------------ 在USART接收期間，RX從資料最低有效位元(least significant bit)開始接收，因此在此模式中，USART_DR和received shift register之間包含一個緩衝器(RDR)。 接收器的設定 ------------------------------------ .. image:: /usart_recevier.png 1. 設定USART_CR1暫存器的UE位來啟動USART接收，如圖中的(a) 2. 設定USART_CR1暫存器的M位決定資料長度，如圖中的(b) 3. 設定USART_CR2暫存器中的STOP位來決定停止位元的長度，如圖中的(c) 4. 採用多緩衝器接收資料，則須設定USART_CR3的DMAR啟動DMA，並設置DMA的暫存器，如圖中的(d) 5. 利用USART_BRR暫存器設定baud rate，如圖中的(e) 6. 設定USART_CR1暫存器中的RE位，啟動接收器，並開始偵測起始位，如圖中的(f) 當資料被接收到後: 1. 硬體會設定RXNE位，表示received shift register中的資料已移入RDR中，亦即資料已被接收並可被讀出，如圖中的(g) 2. 若USART_CR1中的RXNEIE被設定時，會產生一個中斷，如圖中的(h) 3. 資料接收期間如檢測到frame錯誤或是噪音、溢出錯誤等問題，相關的標誌將被設定(FE、NF、ORE) 4. 藉由讀取USART_DR可清除RXNE位，RXNE位必須要在下一資料接收前被清除，以免產生溢出錯誤 5. 在DMA接收時，RXNE在每個字元接收後被設置，並因DMA讀取RDR而被清除 接收斷開符號 ------------------------------------ USART在接收斷開符號後，可像處理frame錯誤一樣處理 接收空閒符號 ------------------------------------ 當空閒符號被偵測到時，USART處理步驟如同一般資料一樣處理，但如果USART_CR1的IDLEIE被設置時，將會產生一個中斷 溢出錯誤 ------------------------------------ 若RXNE沒有被覆位，此時又接收到一個新資料，則會發生溢出錯誤，如圖中的(i) 當溢出錯誤產生時: 1. USART_SR中的ORE位將被設置，如圖中的(j) 2. RDR中的內容將不會被清除，因此讀取USART_DR仍可以得到之前的資料 3. 若USART持續在接收中，則Received shift register中的資料將被覆蓋 4. 如果RXNEIE被設置，或是EIE(Error interrupt enable)和DMAR位被設定，則會產生一個中斷，如圖中的(k) 5. 依序讀取USART_SR和USART_DT暫存器，可清除ORE位 **當ORE位被設置時，表示至少有一個資料已遺失，有以下兩種可能性: ** 1. 如果RXNE=1，表示之前的資料還在RDR中，且可被讀出 2. 如果RXNE=0，表示之前的資料已被讀走，RDR已無資料可被讀取，此種情況發生在讀取RDR中上一筆資料時，又接收到新的資料時發生。 噪音錯誤 ------------------------------------ 透過不同的採樣技術，可以區分有效的輸入資料和噪音，並進行資料恢復。 透過設定USART_CR1中的OVER8位可選16或8次的採樣，見Fig. 250和Fig. 251: - OVER8 = 1: 採用8次採樣，採樣的頻率較快(最高頻率為fPCLK/8) - OVER8 = 0: 採用16次採樣，採樣的頻率最高為fPCLK/16 設定USART_CR3中的ONEBIT位可選則不同的採樣技術: - ONEBIT = 0: 採樣資料中心的 3 bits，若此3 bits不相等，則NF位會被設定 - ONEBIT = 1: 只採樣中心的單一bit，此時NF的檢測將會被取消 當在資料接收中檢測到噪音時: - NE會在RXNE位的升緣時被設定 - 無效的資料會從received shift register移入USART_DR暫存器中 - 在單一資料的接收下，不會有中斷產生，但透過NE和RXNE位的設置，由後者來產生中斷； 在多緩衝器的接收中，如果USART_CR3暫存器中的EIE位被設定，則會產生一個中斷 .. image:: /oversampling16.png .. image:: /oversampling8.png .. image:: /noisedetection.png .. image:: /noisedetectionsampledata.png Ref: `RM0090 Reference Manual P.957~958`_ Frame錯誤 ------------------------------------ 由於沒有同步上或線路上大量的噪音，使得停止位沒有在預期的時間上接收和識別出來，則發生Frame錯誤 當Frame錯誤被檢測出時: 1. FE位被設定，如圖中的(l) 2. 無效的資料從received shift register移入USART_DR暫存器中 3. 在一般資料的接收下，不會有中斷產生，可藉由RXNEIE位的設置，在中斷中檢測FE位得知發生錯誤； 在DMA的接收中，如果USART_CR3暫存器中的EIE位被設定，則會產生一個中斷，如圖中的(k) 依序讀取USART_SR和USART_DR暫存器可恢復FE位 Fractional baud rate generation的設定 ==================================== 接收器和傳送器的Baud rate分別由USART_BRR設置USARTDIV的整數部分(Mantissa)及小數部分(Fraction)，計算方式如下所示: .. image:: /baud.png Ref: `RM0090 Reference Manual P.959`_ 其中USARTDIV為一個無號的定點數(unsigned fixed point number)，fCK為給周邊設備的時鐘。 - 當OVER8 = 0 時，小數部分佔USART_BRR的DIV_Fraction[3:0]，共 4 bits - 當OVER8 = 1 時，小數部分佔USART_BRR的DIV_Fraction[2:0]，共 3 bits，其中DIV_Fraction[3]應該保持'0' **USART_BRR被更新後，baud rate的計數器中的值也會同時被更新，因此在傳輸途中不應該更新USART_BRR中的值。 另外，如果TE或RE被分別禁止，則baud rate的計數器也會停止計數** 使用stm32f407vgt6官方lib時，會透過檔案中設定的時脈和baud rate去換算出USART_BRR的值，包含整數與小數部分。. - BRR(USARTDIV) 的值 Mantissa = 0x088B ; Fraction = 0x08 =>計算方式 0x88B->0d2187 + 8/16 = 2187.5 if over8=0 計算baud rate的方式: baud rate = usart時脈/(8*(2-over8)*DIV). - usart時脈42Mhz, baud rate = 42000000/(8*2*2187.5) = 1200 usart是接在APB BUS上方，stm32f407vgt6有兩組APB各對應不同usart。usart時脈要看APB供應的時脈， APB時脈要透過RCC和PLL設定去看clock tree。. - 預設stm32f4-discovery這塊板子外部震盪器(HSE_VALUE)是8Mhz(官方lib好像設定成25Mhz)。. - 8Mhz透過pll_M(8)除頻輸入PLL =>8Mhz/8=1Mhz. - 1Mhz輸入PLL,透過pll_N(0x5400)倍頻再透過pll_P(2)除頻，作為sysclk => (1Mhz*0x5400>>6)/2 = 168Mhz. - sysclk轉接HCLK都是168Mhz. - HCLK>>2轉給PCLK1 => 168Mhz>>2 = 42Mhz. Modes ............................ USART using DMA ================== Ref: `Using The DMA controller on STM32`_ 利用UART傳送小量data的時候, 接收方可以利用interrupt 的方法, 令processor 把data 從recieve register 寫到 memory裡面; 但當連續傳送大量的data時, 如果能不使用到processor 做將data 寫入memory的動作, 可以減輕資源有限的微處理器的負擔. Ref: `RM0090 Reference Manual P.981`_ USART 用 DMA 讀取 DATA 再傳送 ------------------------------------ .. image:: /tx_normal.png (一般 USART 傳送) .. image:: /tx_uart_dma.png (DMA USART 傳送) 1. 剛開始DMA先把第一個DATA寫入USART_DR. 2. 當TXE(transmission enable), 第一個data(FRAME1)就從TX Line上傳出去;TXE的同時,DMA request觸發, 所以DMA把第二個data也寫進USART_DR. 3. 當FRAME1傳完以後, 再一次TXE, FRAME2 開始從TX line傳出去,同時DMA request再次觸發, FRAME3也開始寫入. 4. 因為DMA一開始要設定這次會傳幾個byte,當回寫入完最後一個byte到USART_DR以後,DMA transfer complete會觸發,之後USART就會等待TC觸發,以確保最後一個byte傳發完畢. 5. TC 會由硬體在最後一個frame傳送完會設為1. USART 接收端經過 DMA 存放DATA ----------------------------------- .. image:: /rx_usart_dma.png 與transmission類似. 1.USART_CR3 的 DMAR 要enable. 2. 當收到一個frame以後, 除了RXNE 以外,DMA request也會觸發, 表示DMA可以從USART_DR把DATA傳送到設定好的memory地址. 3. 當預先設定好的接收data數量達到以後, DMA TCIF會觸發interrupt, DMAR會在這個interrupt routine裡清掉,不就會產生DMA request. SmartCard Mode ==================== SmartCard --------------- SmartCard Mode 是為了支援asynchronous protocol Smartcards(ISO 7816-3)[5].Smartcard 是一種單線半雙工的通輸協定 register 設定 --------------- USART_CN3 : SCEN = 1;HDSEL, IREN : keep clean USART_CN2 : LINEN CLKEN = 1 (有可能會用到 Clock) Smartcard mode Stop bit ========================= 預設為 transmitter / receiver 兩端都是 1.5 bit, 但是receiver 可以使用 0.5 bit的stop bit. 因為 smartcard mode 是利用 TX 單線傳接, 所以如果設定0.5 bit stop bit的話, 在傳送,接收轉換是需要修改 control register. parity error in smartcard mode ================================== .. image:: /parity_smartcard.png 當發現parity error, receiver 會 把TX立刻設為0維持一個baud clock(這個動作稱為"NACK") . 這樣會做成framing error讓transmitter 端知道, 然後重新傳一次. IrDA SIR ENDEC ==================== Ref: `RM0090 Reference Manual P.979`_ IrDA ----------- IrDA 是一種標準化紅外線數據傳送方式;STM32f4支援利用USART輸出訊號配合轉換電路,轉換成符合IrDA 標準的訊號,實現紅外線傳輸. 低速紅外線其傳輸數率上限為115.2Kbps, 相較於低速紅外線,高速紅外線的傳輸速率達到4Mbps, 更適合傳送較大的檔案, 圖片等;而由於紅外線無法穿越墻壁, 所以也適合在一個安全保密的封閉環境裡作網路傳輸. register 設定 --------------- USART_CR3 : IREN = 1; SCEN, HDSEL :keep clean. USART_CR2 : LINEN , STOP, CLKEN :keep clean. IrDA SIR 實體層 ------------------ .. image:: /irda.PNG SIR Transmit encoder 會把 USART 的Non Return to Zero 轉換成 IrDA 輸出訊號. IrDA 輸出是一種 Return-To-Zero,Inverted 形式的訊號, 用一個紅外線 pulse 表示一個 logic 0. 每一個紅外線 pulse 相當於 3/16 的 bit period, 而 IrDA mode 下的 USART 的 bit rate 最高為 115.2 Kbps. (下圖 IrDA_OUT). .. image:: /normal_mode.PNG USART SYNCHRONOUS MODE ========================= Ref: `RM0090 Reference Manual P.974`_ register 設定 ------------------ USART_CR2 : CLKEN = 1;LINEN :keep cleared; USART_CR3 : SCEN, HDSEL, IREN :keep cleared; 特性 ----------- .. image:: /synchronous_transmission.png Synchronous 指的是master 跟 slave 用同一個 Clock, 這個clock(SCLK)由 master 端送出, 同時需要TE = 1,clock 才會產生;這個時候只有master方會接收或傳送data. (UART 4,5 不支援 Synchronous mode) .. image:: /usart_syn.png 在傳送 start bit, stop bit 時不會有 clock pulse 從 SCLK 送出,clock 處於 logic 0. Last bit clock pulse(LBCL),確定第8(9,如果 M=1)bit的clock pulse會不會輸出. CPOL = 0: high 為 logic 1 ; CPOL =1 :high 為 logic 0. CPHA = 0: clock pulse 發生在bit period 的後半段中;CPHA = 1: clock pulse 發生在bit period 的前半段;差別在於bit period中間的edge是正/負緣觸發. master mode: 不能夠用slave(不是產生SCLK的一方,非usart周邊)輸入進來的input clock 做接收或送去data. 因為同步, 所以不需要oversampling(Ws >> 2Wm) USART 與 SPI --------------- SPI：它是主從式的架構，通常一個主設備和多個從設備 由四條信號線組成：SCLK、MISO、MOSI、CS MOSI：master output, slave input，主設備輸出 MISO：master input, slave output，主設備輸入 SCLK：serial clock，clock信號，由主設備產生 CS：chip select (optional) USART在全雙工的模式(特別是同步模式)下，也有類似的訊號 TX：傳送訊號給周邊 RX：週邊設備傳送給主設備的訊號 SCLK：由主設備產生的clock訊號 以上是兩者有類似的地方 HARDWARE FLOW CONTROL ======================= Ref: `RM0090 Reference Manual P.983`_ 利用 nCTS 跟 nRTS 控制 TX , RX 要不要再傳送或接收 data .. image:: /hardware_control_2usarts.png RTS Flow Control ------------------------- RTSE(RTS flow control enable) , CTSE 為1才開啟hw flow control; Figure 318 在recieve端register 滿了以後, nRTS轉為 1,表示接收完這個data以後就暫時不接收Data; .. image:: /rst_flow_control.png CTS Flow Control ----------------------- 跟上面是對應的, 當nRTS為1, transimitter 端的nCTS就會是1, 表示他知道reciever 目前無法接收data, TX就會在傳送完當前的data以後 idle. nCTS為1 的時候, 會由硬體去設定CTSIE bit (USART_CR3). .. image:: /cst_flow_control.png PARITY CONTROL .............. Parity control是用來確保傳輸資料的正確性。其原理是在傳輸端產生一個parity bit，然後在接收端可以重新計算parity bit以確保在傳輸過程沒有發生錯誤。在STM32，它可以透過設定USART_CR1 register的PCE bit來打開。STM32的frame長度是由M bit所決定，所以USART的frame有以下這些可能格式： .. image:: /frame_formats.png Even/Odd parity ================================= parity依算方式的不同分成兩種方式，even parity和odd parity Even parity -------------------- 如果一個frame內1的數量是偶數，則在 even parity的情況下會把parity bit設為0。 E.g.: 假設 data=00110101; 因為有 4 bits被設為1，而且我們選擇的是 even parity(PS bit in USART_CR1 = 0)，所以 parity bit被設為0。 Odd parity ------------------- 如果一個frame內1的數量是奇數，則在 odd parity的情況下會把parity bit設為0。 E.g.: 假設 data=00110101; 因為有 4 bits被設為1，而且我們選擇的是 odd parity(PS bit in USART_CR1 = 1)，所以 parity bit被設為1。 接收後會做 parity checking ========================================= 如果 parity check 失敗了，USART_SR register的PE flag會被設立，然後如果USART_CR1 register的PEIE bit也有被設立的話，還會產生中斷。PE flag最後在軟體執行(a read from the status register followed by a read or write access to the USART_DR data register)時被清除。 傳送前會做 parity generation ====================================== 如果USART_CR1的PCE bit被設立，那麼MSB會被改成parity bit（PS=0 是even parity, PS=1 是odd parity） 小知識： MSB: Most Significant Bit，代表位數最大的那個bit LSB: Least Significant Bit，代表位數最小的那個bit USART Register 總表 ................................ Status register(USART_SR) Data register(USART_DR) Baud rate register(USART_BRR) Control Register 1(USART_CR1) Control Register 2(USART_CR2) Control Register 3(USART_CR3) Guard time and prescaler register(USART_GTPR) .. image:: /USART_register.png CODE SECTION ......................... 發送器測試 ====================================== Download sample code : .. code-block:: c git clone https://github.com/wujiheng/stm32f407.git cd stm32f407/USART To compile code .. code-block:: c make make flash <-- 記得把USB連上去 這裡採用minicom 超級終端機來接收USART字串 .. code-block:: c ls /dev <-- 找device，見圖，這裡找到/dev/ttyUSB0 .. image:: /usart-ls-dev.png .. code-block:: c sudo apt-get install minicom sudo minicom -s <-- 不一定要用root，不過使用者必須要device node 讀寫的權限，-s表進入setup .. image:: /usart-minicom-setup.png .. image:: /usart-minicom-device.png .. code-block:: c 選擇第三個"Serial port setup"，設定接收的模式及port 先按'A'選擇device，並輸入/dev/ttyUSB0(由剛剛的ls /dev)決定 .. image:: /usart-minicom-parameter.png 再來按'E'設定接收的參數，選擇 .. code-block:: c 'C' --> Baud rate 9600 'L' --> None parity check 'V' --> 資料長度 8 bits 'W' --> 停止位元數 1 bit 輸入完後按Enter離開 .. image:: /usart-minicom-save.png .. code-block:: c 回到原本的畫面，選擇 'Save setup as default' ，然後選擇 'Exit from Minicom' 離開 .. image:: /usart-minicom.png .. code-block:: c 回到Terminal，重新輸入sudo minicom進入Minicom的畫面 .. image:: /usart-minicom.png .. image:: /usart-pin.jpg .. code-block:: c 按照圖上的接法，白色線接PA2、綠色線接PA3 ** 白色線為USB的RX所以要接上板子的TX(PA2) ** ** 綠色線為USB的TX所以要接上板子的RX(PA3) ** ** 線材部分使用usb轉ttl轉接線(內部有轉接晶片，將PC usb訊號轉成GPIO腳位的電氣訊號) ** ** 另外有usb轉rs232 cable線，使用時從stm32板子接出的gpio輸出電訊號0~5V之間，不符合rs232接腳的電氣訊號(+-5V)，須再透過轉接晶片才能正確寫入，否則會出現亂碼 ** 此時畫面中的Minicom會顯示出結果，不斷的印出"Init complete! Hello World!" .. image:: /usart_minicom_results.png 按Ctrl+a，再按x可離開Minicom **實驗波形圖，採用USBee AX作訊號分析** .. image:: /usart_wave.jpg 接收器測試 ====================================== To compile code .. code-block:: c // 切換到branch USART_Receive git checkout USART_Receive // 編譯並上傳程式 make; make flash .. image:: /usart_minicom_receive.png .. code-block:: c 打開Minicom只會看到一行字串 .. image:: /usart_sendfile.png .. code-block:: c 接著按下 Ctrl+a 然後按 s 出現Upload選項，選擇最後一項 'ascii' .. image:: /usart_selectfile.png .. code-block:: c 找到要發送過去的檔案，按空白鍵選取，按Enter開始傳送 .. image:: /usart_sendsuccess.png .. code-block:: c 傳送成功後如圖所示，程式會在接收到資料後，回傳相同的資料 .. image:: /usart_receive_result.png .. code-block:: c 印出來的資料應如同檔案中的字串 REFERENCE .................. - `[1]Universal asynchronous receiver/transmitter wikipedia.`_ - `[2]STM32F407xx Reference Manual P.946 ~ P.997`_ - `[3]IrDA and RS-232`_ - `[4]Using The DMA controller on STM32`_ - `[5]ISO 7816-3`_ Q&A ................... ***1.baud rate為何不是2的倍數？幾個baud rate數字的關聯？為何設定會有小數點？*** baud rate 是單位時間內傳輸資訊的個數，單位是bits/sec 最早的發明是用來測量電報傳輸速率，現在用來作為網路兩節點的傳輸速率 常用的有300、1200、2400、9600、115200、19200等bits/sec 這些規格是來自歷史因素，最早的baud rate用在電傳，是75baud 後來每次擴充都是兩倍，75->150->300->600->1200.... 而我們為了要得到這個值，必須從系統的clock做分頻，因此要設定USARTDIV 這也是USARTDIV會是小數的原因 ***2.為什麼USART可以選擇8 bit/9 bit*** 由於歷史因素，所以usart可以選擇8,9bit的傳送 最一開始的ASCII code是使用7 bit來做編碼，而第8個位元常會被拿來做各種應用 像是加上parity bit來驗證資料的正確性 但是當以8為單位的電腦系統興起後，開始用8bit來做傳輸 所以一開始7 bit ASCII code也被擴展為8 bit ***3.為何stop bit有0.5 bit、1.5 bit的設計?*** stop bit其實不算是bit，他是傳輸結束後的一段時間(period)，區隔每個傳輸的資料 它的功用是在非同步傳輸的時候可以告訴receiver資料傳輸已經結束 stop bit有0.5, 1, 1.5, 2bits，共四種 一些比較老的teletype machine可能需要不只一個stop bit 如果stop bit越長，可以增加多一點點的處理時間 另一個原因是長一點的stop bit可以提供長一點的同步時間 若是在環境比較不好的情況下(例如，長距離傳輸)，較長的同步時間會可以有效減少錯誤的發生 不過缺點是會導致throughput的降低 ***4.為何取樣是看8,9,10這幾個bit？*** 因為8,9,10是在整個start bit的正中間 由於接收端和傳送端的取樣頻率可能會有些微誤差 如果我們在中間取樣，可以容許一定程度的取樣頻率誤差 .. image:: /unmatched clocks.png `圖片來源`_