18.4

UART波特率計(jì)算

決定串口波特率的寄存器有BRR（Bite Rate Rigister），SEMR（Serial Extended Mode Rigister）和MDDR（Modulation Duty Register）。波特率與寄存器的值的公式如圖19_8 所示。N表示BRR寄存器的值，B是波特率，PCLK 是外設(shè)時(shí)鐘的頻率（單位：MHz）。BGDM（Baud Rate Generator Double-Speed Mode Select）在RA6M5中，SCI掛載在PHBIU（Peripheral High Speed Bus Interface Unit）總線上，使用時(shí)鐘PCLKA，該時(shí)鐘默認(rèn)頻率為100MHz。

圖19-8 波特率和誤差的計(jì)算公式

表1：波特率計(jì)算的相關(guān)參數(shù)描述

由于N存放的是整數(shù)，故只能將公式計(jì)算出來(lái)的值進(jìn)行四舍五入，這樣肯定會(huì)存在誤差（Error）。例如，我們要配置當(dāng)前波特率為115200bps。當(dāng) PCLK=100MHz，BGDM=0，ABCS=0,ABCSE=0，n=1，按照?qǐng)D19_8公式，當(dāng)前N為：

則當(dāng)前誤差Error為：

由于N是四舍五入取得的，故Error有可能是負(fù)數(shù)，因此這里取絕對(duì)值。

大多數(shù)時(shí)候會(huì)有多組參數(shù)符合波特率要求，由于誤差越大，收發(fā)出錯(cuò)的可能性越大，雖然可以用奇偶校驗(yàn)避免這個(gè)問(wèn)題，但奇偶校驗(yàn)無(wú)法解決丟包問(wèn)題，因此我們一般會(huì)選擇誤差最小的那組參數(shù)。例如：同樣是要求波特率為115200bps，但此時(shí)BGDM=1，ABCS=0，ABCSE=0，n=0，則此時(shí)的N為：

當(dāng)前誤差Error為：

很明顯這組參數(shù)的誤差0.47%要小于上一組參數(shù)的 3.12%，因此我們會(huì)選擇這一組參數(shù)。

因?yàn)榭蛇x參數(shù)有很多組，所以我們需要遍歷所有可選的參數(shù)組合來(lái)尋找誤差小的那組參數(shù)，毫無(wú)疑問(wèn)的對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是相當(dāng)繁瑣的。瑞薩官方當(dāng)然也想到了這一點(diǎn)，因此讀者在實(shí)際開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，可以直接使用FSP庫(kù)的R_SCI_UART_BaudCalculate函數(shù)來(lái)計(jì)算出適當(dāng)?shù)膮?shù)組。在通過(guò)Smart Configuration配置串口的時(shí)候，Smart Configuration也會(huì)將適當(dāng)?shù)膮?shù)組計(jì)算出來(lái)，存放到hal_data.c當(dāng)中，用戶可以直接調(diào)用。

如果我們需要更小的誤差，則需要在SEMR的BRME位（Bit Rate Modulation Enable）寫(xiě)1，使能比特率調(diào)制功能。此時(shí)波特率和寄存器之間的公式見(jiàn)圖19_9。

圖19-9 使用比特率調(diào)制功能時(shí)的波特率和誤差的計(jì)算公式

該公式與未使用比特率調(diào)制功能時(shí)的公式大同小異，不管是BRR setting還是Error，都只是在分母添加了個(gè)系數(shù)（256/M），M是8位寄存器MDDR的值，取值范圍（128~256），這極大的降低了波特率的誤差。例如：

同樣是要求波特率為115200bps，但此時(shí) BGDM=1，ABCS=0，ABCSE=0，n=0，M=184，則此時(shí)N為：

當(dāng)前誤差Error為：

對(duì)比未使用波特率調(diào)制器時(shí)誤差為0.47%，使用后為0.014%，誤差降低到了原來(lái)的3%，效果可以說(shuō)是相當(dāng)?shù)暮?，但是尋找效果最佳的M的值也是很繁瑣的。讀者只需調(diào)用FSP庫(kù)的R_SCI_UART_BaudCalculate函數(shù)，就能找到最適合的參數(shù)組。這個(gè)函數(shù)的源碼在r_sci_uart.c，如果讀者對(duì)其實(shí)現(xiàn)過(guò)程感興趣，可以翻看這個(gè)函數(shù)的源碼。

18.5

實(shí)驗(yàn)1：UART收發(fā)回顯

UART只需兩根信號(hào)線即可完成雙向通信，對(duì)硬件要求低，使得很多模塊都預(yù)留UART接口來(lái)實(shí)現(xiàn)與其他模塊或者控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，比如GSM模塊，WIFI模塊、藍(lán)牙模塊等等。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，注意還需要一根“共地線”。

我們經(jīng)常使用UART來(lái)實(shí)現(xiàn)控制器與電腦之間的數(shù)據(jù)傳輸。這使得我們調(diào)試程序非常方便，比如我們可以把一些變量的值、函數(shù)的返回值、寄存器標(biāo)志位等等通過(guò)UART發(fā)送到串口調(diào)試助手，這樣我們可以非常清楚程序的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)我們正式發(fā)布程序時(shí)再把這些調(diào)試信息去除即可。

我們不僅僅可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到串口調(diào)試助手，我們還可以在串口調(diào)試助手發(fā)送數(shù)據(jù)給控制器，控制器程序根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步工作。

首先，我們來(lái)編寫(xiě)一個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)開(kāi)發(fā)板與電腦通信，在開(kāi)發(fā)板上電時(shí)通過(guò)UART發(fā)送一串字符串給電腦，然后開(kāi)發(fā)板進(jìn)入中斷接收等待狀態(tài)，如果電腦有發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)來(lái)，開(kāi)發(fā)板就會(huì)產(chǎn)生中斷，我們?cè)谥袛喾?wù)函數(shù)接收數(shù)據(jù)，并馬上把數(shù)據(jù)返回發(fā)送給電腦。

18.5.1

硬件設(shè)計(jì)

為利用UART實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)板與電腦通信，需要用到一個(gè)USB轉(zhuǎn)串口（UART）的芯片：CH340G。CH340G是一個(gè)USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn) UART、USB轉(zhuǎn)lrDA紅外或者USB轉(zhuǎn)打印機(jī)接口，我們使用其USB轉(zhuǎn)UART功能。具體電路設(shè)計(jì)見(jiàn)圖19_10a、圖19_10b、圖19_10c。

在下面的三塊開(kāi)發(fā)板的電路圖中，CH340G的TXD 引腳與MCU芯片UART的RXD引腳連接，CH340G 的RXD引腳與MCU芯片UART的TXD引腳連接。CH340G芯片集成在開(kāi)發(fā)板上，其地線（GND）已與控制器的GND連通。

圖19-10a 啟明6M5開(kāi)發(fā)板：USB轉(zhuǎn)串口硬件設(shè)計(jì)

圖19-10b 啟明4M2開(kāi)發(fā)板：USB轉(zhuǎn)串口硬件設(shè)計(jì)

圖19-10c 啟明2L1開(kāi)發(fā)板：USB轉(zhuǎn)串口硬件設(shè)計(jì)

表2：調(diào)試串口引腳分配