Texas Instruments (TI) 系列：TIVA C 系列 (基于 ARM Cortex-M4)_（7）.TIVA C系列UART通信
TIVA C系列UART通信
1. UART通信原理
UART（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter）是一种常见的串行通信接口，用于在两个设备之间传输数据。TIVA C系列单片机基于ARM Cortex-M4内核，提供了多个UART模块，支持全双工通信。UART通信的基本原理如下：
1.1 异步通信
UART通信是一种异步通信方式，这意味着发送方和接收方之间没有共享的时钟信号。每个字符的传输都由起始位和停止位来标记，以确保数据的正确传输。
1.2 数据帧格式
UART数据帧通常由以下几个部分组成：
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起始位：表示数据传输的开始，通常为一个低电平位。
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数据位：实际传输的数据，通常为5到8位。
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奇偶校验位：可选，用于检测数据传输错误。
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停止位：表示数据传输的结束，通常为一个或多个高电平位。
1.3 波特率
波特率是UART通信中的一个重要参数，表示每秒传输的位数。发送方和接收方必须使用相同的波特率，以确保数据的正确传输。TIVA C系列单片机可以通过配置寄存器来设置UART的波特率。
1.4 中断和DMA
为了提高系统的效率，TIVA C系列单片机支持UART中断和DMA（Direct Memory Access）传输。中断可以在数据接收或发送完成时触发，而DMA可以用于大批量数据的传输，减轻CPU的负担。
2. TIVA C系列UART模块概述
TIVA C系列单片机提供了多个UART模块，每个模块都可以独立配置和使用。这些UART模块通常包括以下功能：
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全双工通信：可以同时发送和接收数据。
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可配置的波特率：支持多种波特率设置。
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奇偶校验：可以选择启用或禁用奇偶校验。
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数据长度：可以设置为5到8位。
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停止位：可以选择1或2个停止位。
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中断支持：支持多种中断类型，包括接收完成、发送完成、错误检测等。
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DMA支持：可以使用DMA进行高效的数据传输。
2.1 UART模块寄存器
TIVA C系列单片机的UART模块有多个寄存器，用于配置和控制UART通信。主要的寄存器包括：
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UARTCTL：控制寄存器，用于启用或禁用UART模块。 -
UARTIBRD和UARTFBRD：波特率寄存器，用于设置UART的波特率。 -
UARTLCRH：线路控制寄存器，用于设置数据位、停止位和奇偶校验位。 -
UARTCR：时钟控制寄存器，用于配置UART的时钟。 -
UARTDR：数据寄存器，用于读取接收到的数据或写入要发送的数据。 -
UARTFR：标志寄存器，用于检查UART的状态，如接收缓冲区满、发送缓冲区空等。 -
UARTIM和UARTRIS：中断使能寄存器和中断状态寄存器，用于配置和检查中断。
3. 配置UART模块
在使用UART模块之前，需要进行一系列的配置步骤，包括设置波特率、数据位、奇偶校验位和停止位等。以下是一个详细的配置步骤示例：
3.1 配置波特率
波特率的设置通过UARTIBRD和UARTFBRD两个寄存器来完成。以下是一个设置波特率为115200的示例代码：
#include 3.2 配置数据位、停止位和奇偶校验位
通过UARTLCRH寄存器可以设置数据位、停止位和奇偶校验位。以下是一个设置8位数据位、1个停止位和无奇偶校验的示例代码：
void configure UART(void) {
// 设置系统时钟为50MHz
SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_XTAL_16MHZ | SYSCTL_OSC_MAIN);
// 使能UART0模块的时钟
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART0);
// 使能GPIO端口A的时钟
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA);
// 配置GPIO引脚为UART功能
GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1);
GPIOPinConfigure(GPIO_PA0_U0RX);
GPIOPinConfigure(GPIO_PA1_U0TX);
// 设置波特率为115200
UARTClockSourceSet(UART0_BASE, UART_CLOCK_PIOSC);
UARTStdioConfig(0, 115200, SysCtlClockGet());
// 配置数据位、停止位和奇偶校验位
UARTConfigSetExpClk(UART0_BASE, SysCtlClockGet(), 115200, (UART_CONFIG_WLEN_8 | UART_CONFIG_STOP_ONE | UART_CONFIG_PAR_NONE));
// 启用UART0模块
UARTEnable(UART0_BASE);
}
3.3 配置中断
UART模块支持多种中断类型，可以通过UARTIM和UARTRIS寄存器来配置和检查中断。以下是一个配置接收完成中断的示例代码：
#include 3.4 配置DMA
DMA（Direct Memory Access）可以用于高效的数据传输，减少CPU的负担。以下是一个配置UART0模块使用DMA进行数据传输的示例代码：
#include 4. 使用UART进行数据传输
4.1 发送数据
通过UARTCharPut函数可以发送单个字符，通过UARTCharPutNonBlocking函数可以非阻塞地发送字符。以下是一个发送字符串的示例代码：
#include 4.2 接收数据
通过UARTCharGet函数可以接收单个字符，通过UARTCharGetNonBlocking函数可以非阻塞地接收字符。以下是一个接收字符串的示例代码：
#include 5. UART通信应用实例
5.1 与PC通信
在实际应用中，TIVA C系列单片机经常与PC进行通信。以下是一个使用UART与PC通信的示例代码，包括发送和接收数据的功能：
#include 5.2 与外部设备通信
除了与PC通信，TIVA C系列单片机还可以与其他外部设备进行通信。以下是一个使用UART与一个外部传感器通信的示例代码，包括发送命令和接收传感器数据的功能：
#include 5.3 使用中断处理数据
在实际应用中，使用中断处理UART数据可以提高系统的响应速度和效率。以下是一个使用中断处理UART数据的示例代码：
#include 5.4 使用DMA进行数据传输
DMA（Direct Memory Access）可以用于高效的数据传输，减少CPU的负担。以下是一个配置UART0模块使用DMA进行数据传输的示例代码：
#include 5.5 总结
通过上述示例，我们可以看到TIVA C系列单片机的UART模块在各种应用场景中都非常灵活和强大。无论是简单的字符发送和接收，还是复杂的中断和DMA处理，TIVA C系列单片机的UART模块都能提供高效的解决方案。在实际开发中，可以根据具体需求选择合适的配置方法，以实现最佳的通信效果。