基于灵动微电子MM32F013x 系列的UART硬件自适应波特率

嵌入式工程师在开发产品中经常会用到MCU的片上UART和其它模块进行通信，为了在某些非正常的恶劣环境下能正常使用串口通信，可能需要对UART通信波特率进行自适应校准，在我们之前的微课堂中讲解过关于MM32通用MCU的UART串口通信方面的基础知识，这里我们增加基于灵动微电子MM32F013x 系列UART硬件自适应波特率的使用。

1、原理

UART硬件波特率自适应检测首个通信字节的位宽（1bit、2bit、4bit、8bit），检测前一个边沿和后一个边沿之间的位长，即检测前一个边沿为下降沿，后一个边沿为上升沿或前一个边沿为下降沿，后一个边沿为下降沿，可通过软件灵活配置。

本实例以串口工具作为上位机，MM32F013x的UART1作为下位机，MCU端初始化为非标准波特率9200，使能空闲中断及其他状态标志位，上位机切换不同的波特率，由于上位机和MCU端的波特率不同，可能出现通信失败的情况，启动UART硬件波特率自适应功能，即检测上位机发的首个字节位宽来识别上位机的波特率，MCU端通过硬件波特率自适应切换到对应的波特率，与上位机维持后续正常的通信。

如下图所示，以首字节0XF8为例，首字节位宽为4bit的原理说明：

2、程序配置

2.1 初始化MM32F013x UART1串口

从官网下载MM32F013x例程，这里我们在MM32F0133C7P的样例程序中添加注释并对代码修改。

#include "bsp_UART.h"
#include "led.h"
/*******************************************************************************
* 函数名称：void bsp_UART1_Init(u32 baudrate)
* 函数功能：初始化UART1 PA9/PA10分别作为UART1的TX/RX
* 输入参数：无
* 返回数值：无
******************************************************************************/
void bsp_UART1_Init(u32 baudrate)
{
    //GPIO初始化结构体
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    //UART初始化结构体
    UART_InitTypeDef UART_InitStructure;    
    //NVIC初始化结构体
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    //使能UART1时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_UART1, ENABLE);        
    //使能GPIOA时钟
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);  

    //开启GPIOA PA9复用于UART1_TX功能 
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_1);    
    //开启GPIOA PA10复用于UART1_RX功能 
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_1);   

    //UART1_TX   GPIOA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;     
    //配置GPIOA.9 速度为高速50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    
    //配置GPIOA.9为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;        
    //根据GPIO结构体初始化UART1_TX GPIOA.9
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    //UART1_RX GPIOA.10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;    
    //配置UART1_RX GPIOA.10为上拉输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;    
    //根据GPIO结构体初始化UART1_RX GPIOA.10
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    //串口波特率
    UART_InitStructure.UART_BaudRate = baudrate;    
    //字长为8位数据格式
    UART_InitStructure.UART_WordLength = UART_WordLength_8b;    
    //一位停止位
    UART_InitStructure.UART_StopBits = UART_StopBits_1;    
    //无奇偶校验位
    UART_InitStructure.UART_Parity = UART_Parity_No;    
    //无硬件数据流控
    UART_InitStructure.UART_HardwareFlowControl = UART_HardwareFlowControl_None;    
    //允许收发模式
    UART_InitStructure.UART_Mode = UART_Mode_Rx | UART_Mode_Tx;
    //根据UART结构体初始化串口UART1
    UART_Init(UART1, &UART_InitStructure);

    //硬件自动波特率检测第1个字节位的位宽前一个边沿为下降沿，后一个边沿为上升沿
    //___              _______
    //   |_ _ _ _|1 x x x x|        = Binary:xxxx 1000  Fall to Rise -> 1 start bit 
    //AutoBaudRate Mode Fall to Rise 4bit width,the first byte is 0xF8 use test

    UART_AutoBaudRateSet(UART1, ABRMODE_FALLING_TO_RISINGEDGE4BIT, ENABLE);

    //接收数据中断、接收帧错误中断、自动波特率结束中断、自动波特率错误中断、空闲中断
    UART_ITConfig(UART1, UART_IT_RXIEN | UART_ICR_RXFERRCLR | UART_ICR_ABRENDCLR |\ UART_ICR_ABRERRCLR | UART_ICR_RXIDLE | UART_IT_ERR, ENABLE);
    //使能UART1
    UART_Cmd(UART1, ENABLE);

    //UART1 NVIC中断优先级设置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = UART1_IRQn;
    //UART通道优先级0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPriority = 0;          
    //IRQ通道使能
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        
    //根据指定的参数初始化NVIC寄存器
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);    
}

2.2 编写MM32F013x UART1串口中断服务函数

继续在bsp_UART.c文件中编写MM32F013x UART1串口中断服务函数如下所示。

/*******************************************************************************
* 函数名称：void UART1_IRQHandler(void)
* 函数功能：串口1 UART1中断服务程序
* 输入参数：无
* 返回数值：无
*******************************************************************************/
//自动波特率帧错误标志
u8 Auto_BaudRate_FraErr_Flag = 0;
void UART1_IRQHandler(void)                    
{
    u8 Res;

    //UART1接收中断
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_IT_RXIEN) != RESET)  
    {
        //清UART1接收中断标志
        UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_IT_RXIEN);            
        //读取UART1接收到的数据
        Res = UART_ReceiveData(UART1);        
        //UART1接收数据缓存起来,最大接收UART1_REC_LEN个字节 
        UART1_Rx_Buf[UART1_Rx_Cnt] = Res;        
        //UART1作接收缓存溢出判断,最大接收UART1_REC_LEN个字节
        if(UART1_Rx_Cnt < UART1_REC_LEN-1)
        {
            //还有数据要接收，接收计数变量自加
            UART1_Rx_Cnt++;
        }
        else
        {
            UART1_Rx_Cnt = 0;
        }
    }

    //帧错误中断标志位
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_IER_RXFERR) != RESET)
    {
        //自动波特率帧错误标志置1
        Auto_BaudRate_FraErr_Flag = 1;
        //清帧错误中断标志位
        UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_IER_RXFERR);
    }

    //接收数据帧错误中断
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_ICR_RXFERRCLR) != RESET)
    {     
        UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_ICR_RXFERRCLR);
    }

    //空闲中断硬件波特率自校准
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_ICR_RXIDLE) != RESET)
    {
        UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_ICR_RXIDLE);

        //自动波特率帧错误标志
        if(Auto_BaudRate_FraErr_Flag == 1)
        {
            Auto_BaudRate_FraErr_Flag = 0;

    //----------------Check MM32F013x UART_AutoBaudRateHard----------
    //___              _______
    //   |_ _ _ _|1 x x x x|  = Binary:xxxx 1000  Fall to Rise -> 1 start bit 
    //AutoBaudRate Mode Fall to Rise 4bit width,the first byte is 0xF8 use test

        UART_AutoBaudRateSet(UART1, ABRMODE_FALLING_TO_RISINGEDGE4BIT, ENABLE);    
        }
    }

    //自动波特率错误中断清除位
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_ICR_ABRERRCLR) != RESET)
    {      
        UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_ICR_ABRERRCLR);  
    }

    //自动波特率结束中断清除位
    if(UART_GetITStatus(UART1, UART_ICR_ABRENDCLR) != RESET)
    {
        UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_ICR_ABRENDCLR);
    }
}

2.3 MM32F013x UART1串口接收函数

在bsp_UART.h文件中宏定义UART1波特率、接收字节长度，变量声明以及UART1接收数据函数和发送数据函数声明。

 void UART1_Recv_Task(void)
{   
   //收到的数据原样返回到串口上位机
   UART_SendBytes(UART1,UART1_Rx_Buf, UART1_Rx_Cnt);
}

2.4 MM32F013x UART串口发送函数

在bsp_UART.c文件中编写MM32F013x UART1发送数据函数，发送单字节数据和发送多字节数据函数分别如下所示：

/*******************************************************************************
* 函数名称：void UART_SendByte(UART_TypeDef* UARTx,u8 dat)
* 函数功能：UART发送单字节数据
* 输入参数：UARTx:UART1/UART2；dat：待发送的数据
* 返回数值：无
*******************************************************************************/
void UART_SendByte(UART_TypeDef* UARTx,u8 dat)
{
    UART_SendData(UARTx, dat);

    while(!UART_GetFlagStatus(UARTx, UART_FLAG_TXEPT));
}

/*******************************************************************************
* 函数名称：void UART_SendBytes(UART_TypeDef* UARTx,u8* buf, u16 len)
* 函数功能：UART发送多字节数据
* 输入参数：UARTx:UART1/UART2；buf：待发送的数据；len：待发送数据的长度
* 返回数值：无
*******************************************************************************/
void UART_SendBytes(UART_TypeDef* UARTx,u8* buf, u16 len)
{
    while(len--)
    {
        UART_SendByte(UARTx,*buf++);       
    }
}

3、MM32F013x UART硬件 自适应波特率的功能演示

在main.c文件的main函数里初始化bsp_UART1_Init(9200)串口初始化函数，在while(1)大循环里调用测试UART1硬件自动波特率收发数据函数：UART1_Recv_Task()；这里以检测UART1通信首字节为4bit宽为例，模式为前一个边沿为下降沿，后一个边沿为上升沿。

MCU端设置非标准波特率9200，我们通过上位机以不同的波特率发送F8进行硬件波特率自适应，自适应完成后UART1就切换到对应的波特率，MCU端收到数据后直接返回给上位机。

编辑：hfy