灵动微课堂 (第203讲) | MM32F0140 UART 学习笔记

图3. UART的波特率公式
实验
本实验配置UART的基本发送与接收功能，配置时钟速率为48MHz，波特率为9600，数据长度为8位，不使用校验及自动流控制，设置PA9为TX引脚，PA10为RX引脚。通过串口调试工具观察数据的传输，发送数据与接收数据相同。
配置系统时钟 clock_init()
如图4所示，高速外部时钟(HSE)的频率范围为4 ~ 24MHz，实验所使用的晶振为12M，要使系统时钟为48MHz，则配置PLL输出48MHz做系统时钟，操作时钟控制寄存器(RCC_CR)的HSEON位使能HSE，等待HSERDY位拉高(即HSE时钟被释放)，设置PLL配置寄存器(RCC_PLLCFGR)中的PLLSRC位为1，并根据公式配置对应参数，PLL配置公式如图5所示。配置闪存访问控制寄存器(FLASH_ACR)启用闪存预取，配置时钟配置寄存器(RCC_CFGR)设置分频并配置PLL输出做系统时钟。void clock_init()
{
    /* Enable HSE. */
    RCC->CR |= RCC_CR_HSEON_MASK;
    while ( RCC_CR_HSERDY_MASK != (RCC->CR & RCC_CR_HSERDY_MASK ) ) /* Waiting HSE ready. */
    {
    }
    /* F_clko = F_refin * N/(M * P), F_refin = 12M, 12*8/(1*2) = 48. */
    RCC->PLLCFGR = RCC_PLLCFGR_PLLSRC(1)  /* HSE clock is used as PLL input clock. */
                 | RCC_PLLCFGR_PLLDN(7)   /* N = DN + 1 = 7 + 1 = 8. */
                 | RCC_PLLCFGR_PLLDM(1)   /* M = DM + 1 = 1 + 1 = 2. */
                 | RCC_PLLCFGR_PLLDP(0)   /* P = DP + 1 = 0 + 1 = 1. */
                 | RCC_PLLCFGR_PLLLDS(1)  /* PLL lock detector accuracy select. */
                 | RCC_PLLCFGR_PLLICTRL(3)  /* 10uA. */
                 ;
    /* Enable PLL. */
    RCC->CR |= RCC_CR_PLLON_MASK;
    while( 0u == ( RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY_MASK ) ) /* Waiting PLL ready. */
    {
    }
    /* Enable the FLASH prefetch. */
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_FLITFEN_MASK; /* Enable the access to FLASH. */
    FLASH->ACR = FLASH_ACR_LATENCY(1u)        /* Setup divider: 1 for 48Mhz. */
               | FLASH_ACR_PRFTBE_MASK        /* Enable flash prefetch. */
               ;
    /* Setup the dividers for each bus. */
    RCC->CFGR = RCC_CFGR_HPRE(0)     /* Div=1 for AHB freq. */
              | RCC_CFGR_PPRE1(0x0)  /* Div=1 for APB1 freq. */
              | RCC_CFGR_PPRE2(0x0)  /* Div=1 for APB2 freq. */
              | RCC_CFGR_MCO(7)      /* Use PLL/2 as output. */
              ;
    /* Switch the system clock source to PLL. */
    RCC->CFGR = ( (RCC->CFGR & ~RCC_CFGR_SW_MASK ) | RCC_CFGR_SW(2) ); /* Use PLL as SYSCLK. */
    /* Wait till PLL is used as system clock source. */
    while ( (RCC->CFGR &  RCC_CFGR_SWS_MASK ) != RCC_CFGR_SWS(2) )
    {
    }
}

图4. MM32F0140部分时钟树

图5. PLL配置公式
启用UART外设时钟 enable_clock()
UART1的UART1_TX与UART1_RX复用引脚为PA9与PA10，因此初始化GPIOA与UART1的外设时钟，UART1在APB2上，GPIOA在AHB上。void enable_clock()
{
    /* Enable UART1 clock. */
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2_PERIPH_UART1;
    /* Enable GPIOA clock. */
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1_PERIPH_GPIOA;
}
配置引脚 pin_init()
由于UART的TX与RX引脚配置为复用功能配置，如图6所示，PA9, PA10的UART1_TX与UART1_RX均使用AF1，对端口复用功能高位寄存器(GPIO_AFRH)的端口9、端口10对应位赋值。void pin_init()
{
    /* Setup PA9, PA10. */
    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE9_MASK;
    GPIOA->CRH |= GPIO_PinMode_AF_PushPull;     /* PA9 multiplexed push-pull output. */
    GPIOA->AFRH &= ~GPIO_AFRH_AFR_MASK;
    GPIOA->AFRH |= (GPIO_AF_1 << GPIO_CRH_MODE9_SHIFT);   /* Use AF1. */

    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE10_MASK;
    GPIOA->CRH |= GPIO_PinMode_In_Floating;     /* PA10 floating input. */
    GPIOA->AFRH |= (GPIO_AF_1 << GPIO_CRH_MODE10_SHIFT);    /* Use AF1. */
}

图6. 部分引脚复用表格
UART初始化 uart_init()
初始化UART需要配置：时钟频率、波特率、数据长度、停止位、传输模式及是否使用校验。

如图7所示，UART全局控制寄存器(UART_GCR)的TXEN位与RXEN位控制传输模式，两位均置1表示传输模式为TX与RX，AUTOFLOWEN位控制是否使用自动流控制，UARTEN位控制UART的使能。

如图8所示，UART通用控制寄存器(UART_CCR)的SPB1、SPB0位控制停止位位数，CHAR位控制数据宽度，PSEL位选择采用奇校验还是偶校验，PEN位控制校验使能；UART波特率寄存器(UART_BRR)与UART分数波特率寄存器(UART_FRA)分别存储UART分频器除法因子的整数与小数。void uart_init()
{
    /* Clear the corresponding bit to be used. */
    UART1->CCR &= ~( UART_CCR_PEN_MASK | UART_CCR_PSEL_MASK | UART_CCR_SPB0_MASK | UART_CCR_SPB1_MASK | UART_CCR_CHAR_MASK );
    UART1->GCR &= ~( UART_GCR_AUTOFLOWEN_MASK | UART_GCR_RXEN_MASK | UART_GCR_TXEN_MASK );
    /* WordLength. */
    UART1->CCR |= UART_CCR_CHAR_MASK;
    /* XferMode. */
    UART1->GCR |= (UART_XferMode_RxTx << UART_GCR_RXEN_SHIFT);
    /* Setup baudrate, BOARD_DEBUG_UART_FREQ = 48000000u, BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE = 9600u. */
    UART1->BRR = (BOARD_DEBUG_UART_FREQ / BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE) / 16u;
    UART1->FRA = (BOARD_DEBUG_UART_FREQ / BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE) % 16u;
    /* Enable UART1. */
    UART1->GCR |= UART_GCR_UARTEN_MASK;
}

图7. MM32F0140 UART_GCR寄存器

图8. MM32F0140 UART_CCR寄存器部分位
UART发送数据 uart_putchar()
通过读取UART当前状态寄存器(UART_CSR)获取当前状态，当发送缓冲区为空时，可进行数据发送，将发送数据传入UART发送数据寄存器(UART_TDR)，定义发送数据函数uart_putchar()，变量“c”为需要发送的数据。void uart_putchar(uint8_t c)
{
    while ( 0u == ( UART_STATUS_TX_EMPTY & (UART1->CSR) ) )  /* Waiting tx buffer empty. */
    {}
    UART1->TDR = (uint8_t)c;
}
UART接收数据 uart_getchar()
通过读取UART当前状态寄存器(UART_CSR)获取当前状态，当接收缓冲接收了一个完整字节的数据时，可读取UART接收数据寄存器(UART_RDR)获取接收数据，定义接收数据函数uart_getchar()，该函数返回接收的数据。uint8_t uart_getchar(void)
{
    while ( 0u == ( UART_STATUS_RX_DONE & (UART1->CSR) ) )  /* Waiting rx buffer receives a complete byte of data. */
    {}
    return (uint8_t)(UART1->RDR & 0xff);
}
UART输出字符串 uart_putbuffer()
使用UART发送函数编写发送字符串函数。void uart_putbuffer(uint8_t *str)
{
    while ((*str) != '')
    {
        uart_putchar(*str);
        str++;
    }
}main()函数main()函数结合上述操作，不断循环接收数据函数uart_getchar()与发送数据函数uart_putchar()，将接收到的数据发送出去,实验现象如图9所示，程序运行后串口输出"uart_basic example."，通过串口调试工具输入"mindmotion",UART输出"mindmotion",输入数据与输出数据相同。
int main(void)
{
    uint8_t c;

    clock_init();
    enable_clock();
    pin_init();
    uart_init();

    uart_putbuffer((uint8_t *)"
uart_basic example.
");
    while (1)
    {
        c = uart_getchar();
        uart_putchar(c);
    }
}

图9. 实验现象

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