UART در میکروکنترلرهای LPC1768

مبحث UART که یکی از کاربردی ترین قسمت‌های میکروکنترلر هست و امروزه اکثر ماژول‌ها با این پروتکل اطلاعات ارسال و دریافت می‌کنند و همچنین برای ارتباط با کامپیوتر و سیستم‌های دیگر نیز خیلی مفیدهست…

برسی UART در LPC1768 :

پورت سریال

در میکروکنترلر LPC1768 چهارتا UART داریم که UART 0,2,3 دارای یکسری امکانات اضافی مانند IrDA یا ارتباط مادون قرمز هستش و UART 1 دارای سیگنال‌های ارتباط با مودم و RS485 هستش که در دیتاشیت هم اینا را جدا برسی کرده و ما در این آموزش مباحث مبتدی را یاد می‌گریم و در آینده برای مباحث پیشرفته جلسات جداگانه می‌نویسم.

امکانات کلی واحد‌های UART

اندازه داده 5,6,7,8 بیتی
تولید و چک کردن خودکار Parity با حالت های odd,even,mark,space,none قابل انتخاب
بیت های توقف یک یا دو بیتی
رجیستر های FIFO شانزده بایتی برای دریافت و ارسال
تولید کننده baud rate داخلی
پشتیبانی ازDMA برای ارسال و دریافت
قابلیت تنظیم خودکار baud rate
حالت آدرس دهی چند پردازنده ای
آشکار ساز و تولید کننده قطع ارتباط
حالت کنترل جریان نرم افزاری (UART 0,2,3)
حالت IrDA یا ارتباط با مادون قرمز (UART 0,2,3)
سیگنال های کنترل مودم (UART 1)
پشتیبانی از RS485 (UART 1)

مراحل پیکر بندی UART های LPC1768

فعال کردن تغذیه از رجیستر PCONP ( البته بعد از ریست میکروکنترلر UART0,1 فعال هستن و UART2,3 غیر فعال هستن)
تنظیم کلا از رجیستر PCLKSEL0
تنظیم Baud rate
تنظیم FIFO
تنظیم پین‌ها از رجیسترهای PINSELx
تنظیبم وقفه‌ها
تنظیم DMA

پین‌های UART برای UART0,2,3

RXD0, RXD2, RXD3 Input
TXD0, TXD2, TXD3 Output

پین‌های UART برای UART1

توابع CMSIS برای راه‌اندازی UART‌های LPC1768

قبل از معرفی توابع اول بهتره ساختارها یا استراکچرهای مورد نیاز این توابع را برسی کنیم. حالا ساختار چیه؟ ساختار از تجمع چندین متغیر با یک نام را میگن. مثلا یک در اینجا یک ساختار داریم که داخلش چندتا متغیر برای تنظیمات مختلف UART ازش استفاده می‌کنیم.اول به متغیرهای داخل ساختار یکی یکی مقدار می‌دهیم و بعد کل ساختار را به تابع می‌فرستیم تا تنظیمات را ازش بخونه و تنظیم کنه. حالا مثال زیر را ببینید و اگر متوجه تعریف علمی ان هم نشدید مهم نیست فقط متوجه بشید چطوری ازش استفاده می‌کنم.

متغیر ساختار UART_CFG_Type

گفتیم یک نوع متغیر هست مثل CHAR , INT پس اول یک متغیر از نوع UART_CFG_Type تعریف می‌کنیم:

UART_CFG_Type UARTConfigStruct

UART_CFG_Type A;;

نکته: در مثال بالا دوتا متغیر تعریف کردیم از نوع ساختار UART_CFG_Type که البته بجای استفاده از اسم A بهتره مثل اولی تعریف کنیم که خوانا تر باشه ولی A را نوشتم تا بگم اون اسم UARTConfigStruct فقط یک اسم متغیر هست. ساختار ما شامل Parity Baud_rate, Databits, Stopbits , هستن که در زیر مقادیری که می‌تونه داشته باشت اومده :

  uint32_t Baud_rate;   		/**< UART baud rate */
  UART_PARITY_Type Parity;    	/**< Parity selection, should be:
							   - UART_PARITY_NONE: No parity
							   - UART_PARITY_ODD: Odd parity
							   - UART_PARITY_EVEN: Even parity
							   - UART_PARITY_SP_1: Forced "1" stick parity
							   - UART_PARITY_SP_0: Forced "0" stick parity
							   */
  UART_DATABIT_Type Databits;   /**< Number of data bits, should be:
							   - UART_DATABIT_5: UART 5 bit data mode
							   - UART_DATABIT_6: UART 6 bit data mode
							   - UART_DATABIT_7: UART 7 bit data mode
							   - UART_DATABIT_8: UART 8 bit data mode
							   */
  UART_STOPBIT_Type Stopbits;   /**< Number of stop bits, should be:
							   - UART_STOPBIT_1: UART 1 Stop Bits Select
							   - UART_STOPBIT_2: UART 2 Stop Bits Select
							   */

چطوری به این متغیر ها مقدار بدیم ! به مثال زیر توجه کنید متوجه می‌شید.

UARTConfigStruct-> Baud_rate= 9600

UARTConfigStruct->Parity= UART_PARITY_NONE

UARTConfigStruct->Databits= UART_DATABIT_5

UARTConfigStruct-> Stopbits= UART_STOPBIT_1

تابع UART_ConfigStructInit

بعد از اینکه به این متغیر‌ها مقدار دادیم ساختارمون را پاس می‌دیم به تابع تا مقادیر را تنظیم کنه:

UART_ConfigStructInit(&UARTConfigStruct);

خب این ساختار را داشته باشید در جاهای دیگه هم استفاده می‌شه.

نکته : اگر مقادیر ساختار تنظیم نشه بصورت پیشفرض روی مقادیر زیر تظنیم هستن:

* Baudrate = 9600bps

* 8 data bit

* 1 Stop bit

* None parity

تابع UART_Init

void UART_Init(LPC_UART_TypeDef *UARTx, UART_CFG_Type *UART_ConfigStruct);

این تابع برای پیکربندی و راه‌اندازی اولیه هستش

ورودی اول تابع باید یکی از LPC_UART0, LPC_UART1, LPC_UART2, LPC_UART3
ورودی دوم همون ساختاری است که در بالا توضیح دادم

تابع UART_DeInit

void UART_DeInit(LPC_UART_TypeDef* UARTx);

مقادیر رجیستر‌ها را برای بعد از ریست تنظیم می‌کنه

ورودی تابع باید یکی از LPC_UART0, LPC_UART1, LPC_UART2, LPC_UART3

تابع UART_TxCmd

void UART_TxCmd(LPC_UART_TypeDef *UARTx, FunctionalState NewState);

این تابع برای فعال سازی و غیر فعال سازی ارسال داده UART هستش

ورودی اول تابع باید یکی از LPC_UART0, LPC_UART1, LPC_UART2, LPC_UART3
ورودی دوم تابع برای فعال سازی ENABLE و برای غیر فعال سازی DISABLE

تابع UART_SendByte

void UART_SendByte(LPC_UART_TypeDef* UARTx, uint8_t Data);

برای ارسال یک بایت داده از این تابع استفاده می‌کنیم.

تابع UART_ReceiveByte

uint8_t UART_ReceiveByte(LPC_UART_TypeDef* UARTx);

برای دریافت یک بایت داده از این تابع استفاده می‌شه.

تابع UART_Send

uint32_t UART_Send(LPC_UART_TypeDef *UARTx, uint8_t *txbuf,

uint32_t buflen, TRANSFER_BLOCK_Type flag);

برای ارسال یک رشته بزرگ از این تابع استفاده می‌کنیم

ورودی اول تابع باید یکی از LPC_UART0, LPC_UART1, LPC_UART2, LPC_UART3
ورودی دوم اشاره گر به بافر ارسال هستش
ورودی سوم طول بافر ارسال هستش
ورودی چهارم هم می‌تونه NONE_BLOCKING یا BLOCKING باشه که در حالت BLOCKING یک زمان TIME OUT در نظر گرفته می‌شه
خروجی تابع تعداد بایت‌های ارسالی هست

تابع UART_Receive

uint32_t UART_Receive(LPC_UART_TypeDef *UARTx, uint8_t *rxbuf,

uint32_t buflen, TRANSFER_BLOCK_Type flag);

ورودی اول تابع باید یکی از LPC_UART0, LPC_UART1, LPC_UART2, LPC_UART3
ورودی دوم اشاره گر به بافر دریافت هستش
ورودی سوم طول بافر هستش
ورودی چهارم هم می‌تونه NONE_BLOCKING یا BLOCKING باشه که در حالت BLOCKING یک زمان TIME OUT در نظر گرفته می‌شه
خروجی تابع تعداد بایت‌های دریافتی هست

تابع UART_IntConfig

void UART_IntConfig(LPC_UART_TypeDef *UARTx, UART_INT_Type UARTIntCfg,FunctionalState NewState);

این تابع برای فعال و غیر و فعال کردن یک وقفه مشخص از UART استفاده می‌شه

ورودی اول تابع باید یکی از LPC_UART0, LPC_UART1, LPC_UART2, LPC_UART3
ورودی دوم نوع وقفه UART هستش که می‌تونه یکی از حالت زیر باشه :

 UART_INTCFG_RBR     :  RBR Interrupt enable

 UART_INTCFG_THRE   :  THR Interrupt enable

UART_INTCFG_RLS     :  RX line status interrupt enable

 UART1_INTCFG_MS    :  Modem status interrupt enable (UART1 only)

 UART1_INTCFG_CTS   :  CTS1 signal transition interrupt enable (UART1 only)

 UART_INTCFG_ABEO :  Enables the end of auto-baud interrupt

 UART_INTCFG_ABTO :  Enables the auto-baud time-out interrupt

ورودی سوم تابع برای فعال سازی ENABLE و برای غیر فعال سازی DISABLE

تابع UART_GetIntId

این تابع برای شناسایی منبع وقفه UART مورد استفاده قرار می‌گیره در حقیقت خروجی این تابع مقدار رجیستر UIIR هستش که برای شناسایی منبع وقفه می‌تونه یکی از مقادیر زیر باشه :

#define UART_IIR_INTSTAT_PEND                /*!<Interrupt Status - Active low */

#define UART_IIR_INTID_RLS                        /*!<Interrupt identification: Receive line status*/

#define UART_IIR_INTID_RDA                      /*!<Interrupt identification: Receive data available*/

#define UART_IIR_INTID_CTI                       /*!<Interrupt identification: Character time-out indicator*/

#define UART_IIR_INTID_THRE                   /*!<Interrupt identification: THRE interrupt*/

#define UART1_IIR_INTID_MODEM             /*!<Interrupt identification: Modem interrupt*/

#define UART_IIR_INTID_MASK                   /*!<Interrupt identification: Interrupt ID mask */

#define UART_IIR_FIFO_EN                          /*!<These bits are equivalent to UnFCR[0] */

#define UART_IIR_ABEO_INT                      /*!< End of auto-baud interrupt */

#define UART_IIR_ABTO_INT                        /*!< Auto-baud time-out interrupt */

تا اینجا توابع مهم را برسی کردیم و البته توابع مهم دیگر در بخش‌های پیشرفته برسی می‌شن.

سرویس روتین تابع برای UART

void UART0_IRQHandler(void)

در داخل این تابع می‌توانید مقدار منبع وقفه را شناسایی و کار مورد نظر را روی آن انجام دهید.

مثال

#include "inc/lpc17xx.h"
#include "inc/lpc17xx_uart.h"
#include "inc/lpc17xx_pinsel.h"

int main(void){
		uint8_t string[] = "\nHello World \nMelec.ir \nReceived_data= ";
		uint8_t buffer[20],len;
    // UART Configuration structure variable
	UART_CFG_Type UARTConfigStruct;
	// UART FIFO configuration Struct variable
	UART_FIFO_CFG_Type UARTFIFOConfigStruct;
	// Pin configuration for UART0
	PINSEL_CFG_Type PinCfg;
	/*
	 * Initialize UART0 pin connect
	 */
	PinCfg.Funcnum = 1;
	PinCfg.OpenDrain = 0;
	PinCfg.Pinmode = 0;
	PinCfg.Pinnum = 2;
	PinCfg.Portnum = 0;
	PINSEL_ConfigPin(&PinCfg);
	PinCfg.Pinnum = 3;
	PINSEL_ConfigPin(&PinCfg);


	/* Initialize UART Configuration parameter structure to default state:
	 * Baudrate = 9600bps
	 * 8 data bit
	 * 1 Stop bit
	 * None parity
	 */
	UART_ConfigStructInit(&UARTConfigStruct);

	// Initialize UART0 peripheral with given to corresponding parameter
	UART_Init(LPC_UART0, &UARTConfigStruct);

	/* Initialize FIFOConfigStruct to default state:
	 * 				- FIFO_DMAMode = DISABLE
	 * 				- FIFO_Level = UART_FIFO_TRGLEV0
	 * 				- FIFO_ResetRxBuf = ENABLE
	 * 				- FIFO_ResetTxBuf = ENABLE
	 * 				- FIFO_State = ENABLE
	 */
	UART_FIFOConfigStructInit(&UARTFIFOConfigStruct);
	// Initialize FIFO for UART0 peripheral
	UART_FIFOConfig(LPC_UART0, &UARTFIFOConfigStruct);
	// Enable UART Transmit
	UART_TxCmd(LPC_UART0, ENABLE);

	 while(1){
	    len = 0;
          while (len == 0)
          {
            len = UART_Receive(LPC_UART0, buffer,1, NONE_BLOCKING);
          }
		UART_Send(LPC_UART0, string, sizeof(string), BLOCKING);
		UART_Send(LPC_UART0, buffer, sizeof(buffer), BLOCKING);
		}
 return 1;
}

مثال بالا یک کاراکتر را از UART0 دریافت می‌کنه و بعد همراه با یکسری نوشته های دیگر ارسال می‌کنه.

دوستان عزیزم ممنون که با ما همراه بودید به پایان این جلسه رسیدیم.

منبع: میکرودیزاینرالکترونیک