隨著單片機(jī)的使用日益頻繁，用其作前置機(jī)進(jìn)行采集和通信也常見于各種應(yīng)用，一般是利用前置機(jī)采集各種終端數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理、存儲，再主動(dòng)或被動(dòng)上報(bào)給管理站。這種情況下下，采集會需要一個(gè)串口，上報(bào)又需要另一個(gè)串口，這就要求單片機(jī)具有雙串口的功能，但我們知道一般的單片機(jī)只提供一個(gè)串口，那么另一個(gè)串口只能靠程序模擬。

　　1、串口傳輸協(xié)議

　　首先，必須要知道串口通訊時(shí)數(shù)據(jù)是怎樣傳輸?shù)模窟@里以異步傳輸字符為例子，如下圖所示：

　　一般字符傳輸都采用：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，沒有校驗(yàn)位 的形式傳輸，其他形式的這里不講。串口異步傳輸在空閑狀態(tài)時(shí)都必須是高電平。第一位傳輸?shù)氖瞧鹗嘉唬鹗嘉粫⒃瓉砜臻e時(shí)的高電平拉成低電平，起始位用來來標(biāo)識數(shù)據(jù)開始傳輸，提示接收方準(zhǔn)備開始接收數(shù)據(jù)；當(dāng)接收方第一次檢測到一個(gè)下降沿時(shí)，就表示接收到了起始位。起始位后就是8位的數(shù)據(jù)位，接收方在接收每一位數(shù)據(jù)的時(shí)候會采集幾十次，如果結(jié)果都是低電平，則接收到的數(shù)據(jù)位0，如果結(jié)果都是高電平，則棘手到的數(shù)據(jù)位是1。1位停止位會將電平拉成高電平，以為接收下一個(gè)數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。

　　2、IO模擬串口發(fā)送程序

　　IO口模擬串口發(fā)送數(shù)據(jù)，必須嚴(yán)格按照上面的異步傳輸協(xié)議。我們用偽代碼實(shí)現(xiàn)這一過程：

　　void VirtualCOM_ByteSend（u8 val）

　　{

　　u8 i;

　　IO_LOW（）; //起始位，拉低電平

　　Delay（sometime）;

　　for（i = 0; i 《 8; i++） //8位數(shù)據(jù)位

　　{

　　if（val & 0x01）

　　IO_HIGH（）;

　　else

　　IO_LOW（）;

　　Dealy（sometime）;

　　val 》》= 1;

　　}

　　IO_HIGH（）; //停止位，拉高電平

　　Delay（sometime）;

　　}

　　代碼很簡單，思路也很清晰，完全是按照異步傳輸?shù)倪^程寫的。這里最重要的是Delay（sometime），sometime的延時(shí)時(shí)間就決定了傳輸?shù)乃俣龋瑂ometime去取某些值才可以設(shè)置程序標(biāo)準(zhǔn)的串口波特率（1200、2400、9600、38400、115200等等）。

　　下面，我采用STM32開發(fā)板實(shí)現(xiàn)IO模擬串口發(fā)送。

　　（1）選擇IO引腳設(shè)置為虛擬串口TX引腳

　　我選擇PA4引腳來模擬串口的TX引腳，所以需要配置下PA4這個(gè)引腳為推挽輸出：

　　#define COM_TX_PORT GPIOA

　　#define COM_TX_PIN GPIO_Pin_4

　　void VirtualCOM_TX_GPIOConfig（void）

　　{

　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

　　/* PA4最為數(shù)據(jù)輸出口，模擬TX */

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = COM_TX_PIN;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

　　GPIO_Init（COM_TX_PORT， &GPIO_InitStructure）;

　　GPIO_SetBits（COM_TX_PORT， COM_TX_PIN）;}

　　這里需要說明的是，在配置完引腳后，需要將PA4引腳拉高，這樣做是為了防止在發(fā)送數(shù)據(jù)起始位時(shí)，由于原來引腳是低電平而導(dǎo)致沒有產(chǎn)生一個(gè)下降沿信號。

　　（2）IO模擬串口發(fā)送一個(gè)字節(jié)

　　遵循串口異步傳輸協(xié)議，編寫了STM32上面的相應(yīng)代碼：

　　#define COM_TX_PORT GPIOA

　　#define COM_TX_PIN GPIO_Pin_4

　　#define COM_DATA_HIGH（） GPIO_SetBits（COM_TX_PORT， COM_TX_PIN） //高電平

　　#define COM_DATA_LOW（） GPIO_ResetBits（COM_TX_PORT， COM_TX_PIN） //低電平

　　u32 delayTime;

　　void VirtualCOM_ByteSend（u8 val）

　　{

　　u8 i = 0;

　　COM_DATA_LOW（）; //起始位

　　Delay_us（delayTime）;

　　for（i = 0; i 《 8; i++） //8位數(shù)據(jù)位

　　{

　　if（val & 0x01） COM_DATA_HIGH（）;

　　else

　　COM_DATA_LOW（）;

　　Delay_us（delayTime）;

　　val 》》= 1;

　　}

　　COM_DATA_HIGH（）; //停止位

　　Delay_us（delayTime）;

　　}

　　（3）IO模擬串口發(fā)送字符串

　　既然發(fā)送一個(gè)字節(jié)的函數(shù)已將實(shí)現(xiàn)了，那么發(fā)送字符串函數(shù)就簡單了：

　　void VirtualCOM_StringSend（u8 *str）

　　{

　　while（*str ！= 0）

　　{

　　VirtualCOM_ByteSend（*str）;

　　str++;

　　}

　　}

　　3、IO模擬接收程序

　　接收的代碼比發(fā)送的代碼復(fù)雜些。先講講怎么IO口接收數(shù)據(jù)的思路。為了接收數(shù)據(jù)，IO引腳必須可以檢測到傳輸數(shù)據(jù)的起始位，檢測起始位其實(shí)相當(dāng)于與要檢測一個(gè)下降沿信號，那么引腳只要配置成外部中斷模式就可以檢測到這個(gè)起始信號。然后根據(jù)傳輸速率配置一個(gè)相應(yīng)時(shí)間定時(shí)的定時(shí)器。當(dāng)檢測到起始信號后，打開該定時(shí)器，每隔一定時(shí)間就會進(jìn)入定時(shí)器中斷，檢測當(dāng)前的IO引腳高低電平，從而決定接收到的數(shù)據(jù)是‘1’還是‘0’。當(dāng)?shù)诰糯芜M(jìn)入定時(shí)器中斷服務(wù)程序時(shí)，說明已經(jīng)收到了一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，此時(shí)關(guān)閉定時(shí)器。

　　下面在講講怎么在STM32開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)這一過程。

　　（1）選擇IO引腳模擬串口接收引腳RX

　　我選擇PA5來模擬串口的接收引腳RX，所以需要配置PA5為輸入模式，同時(shí)打開它的外部中斷。

　　#define COM_RX_PORT GPIOA

　　#define COM_RX_PIN GPIO_Pin_5v

　　oid VirtualCOM_RX_GPIOConfig（void）

　　{

　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

　　EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;

　　NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

　　/* PA5最為數(shù)據(jù)輸入，模擬RX */

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = COM_RX_PIN;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

　　GPIO_Init（COM_RX_PORT， &GPIO_InitStructure）;

　　EXTI_InitStruct.EXTI_Line=EXTI_Line5;

　　EXTI_InitStruct.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;

　　EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;//下降沿都中斷

　　EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd=ENABLE;

　　EXTI_Init（&EXTI_InitStruct）;

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI9_5_IRQn; //外部中斷，邊沿觸發(fā)

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;

　　NVIC_Init（&NVIC_InitStructure）;

　　}

　　（2）配置一個(gè)定時(shí)器用來定時(shí)接收數(shù)據(jù)

　　我配置TIM2定時(shí)器為一定的定時(shí)周期，在它的中斷服務(wù)程序中讀取串口發(fā)送過來數(shù)據(jù)。定時(shí)器配置代碼如下：

　　void TIM2_Configuration（u16 period）

　　{

　　TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

　　NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

　　RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM2， ENABLE）;//使能TIM2的時(shí)鐘

　　TIM_DeInit（TIM2）; //復(fù)位TIM2定時(shí)器

　　TIM_InternalClockConfig（TIM2）; //采用內(nèi)部時(shí)鐘給TIM2提供時(shí)鐘源

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; //預(yù)分頻系數(shù)為72，這樣計(jì)數(shù)器時(shí)鐘為72MHz/72 = 1MHz

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //設(shè)置時(shí)鐘分頻

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//設(shè)置計(jì)數(shù)器模式為向上計(jì)數(shù)模式

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = period - 1; //設(shè)置計(jì)數(shù)溢出大小，每計(jì)period個(gè)數(shù)就產(chǎn)生一個(gè)更新事件

　　TIM_TimeBaseInit（TIM2，&TIM_TimeBaseStructure）; //將配置應(yīng)用到TIM2中

　　TIM_ClearFlag（TIM2， TIM_FLAG_Update）; //清除溢出中斷標(biāo)志

　　TIM_ITConfig（TIM2，TIM_IT_Update，ENABLE）; //開啟TIM2的中斷

　　TIM_Cmd（TIM2，DISABLE）; //關(guān)閉定時(shí)器

　　TIM2 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; //通道設(shè)置為TIM2中斷

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//響應(yīng)式中斷優(yōu)先級0

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //打開中斷

　　NVIC_Init（&NVIC_InitStructure）;

　　}

　　（3）IO口模擬串口接收功能的實(shí)現(xiàn)

　　IO口接收串口數(shù)據(jù)的功能是通過PA5引腳的外部中斷服務(wù)程序與定時(shí)器的中斷服務(wù)程序相互配合實(shí)現(xiàn)的。首先需要為數(shù)據(jù)定一些狀態(tài)機(jī)，方便標(biāo)識接收到數(shù)據(jù)的狀態(tài)：

　　enum{

　　COM_START_BIT， //停止位

　　COM_D0_BIT， //bit0

　　COM_D1_BIT， //bit1

　　COM_D2_BIT， //bit2

　　COM_D3_BIT， //bit3

　　COM_D4_BIT， //bit4

　　COM_D5_BIT， //bit5

　　COM_D6_BIT， //bit6

　　COM_D7_BIT， //bit7

　　COM_STOP_BIT， //bit8};

　　定義好了狀態(tài)機(jī)，還需要一個(gè)變量，來保存這些狀態(tài)機(jī)的變化，并定義它的初始狀態(tài)為COM_STOP_BIT：

　　u8 recvStat = COM_STOP_BIT; //定義狀態(tài)機(jī)

　　下面是PA5的外部中斷服務(wù)程序，它的主要任務(wù)是檢測起始位，當(dāng)他第一次檢測到下降沿，則說明數(shù)據(jù)即將到來，這時(shí)只要打開定時(shí)器就可以了：

　　#define COM_RX_STAT GPIO_ReadInputDataBit（COM_RX_PORT， COM_RX_PIN）void EXTI9_5_IRQHandler（void）

　　{

　　if（EXTI_GetITStatus（EXTI_Line5）！=RESET）

　　{

　　if（！COM_RX_STAT） //檢測引腳高低電平，如果是低電平，則說明檢測到下升沿

　　{

　　if（recvStat == COM_STOP_BIT） //狀態(tài)為停止位

　　{

　　recvStat = COM_START_BIT; //接收到開始位

　　Delay（1000）; //延時(shí)一定時(shí)間

　　TIM_Cmd（TIM2， ENABLE）; //打開定時(shí)器，接收數(shù)據(jù)

　　}

　　}

　　EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line5）; //清除EXTI_Line1中斷掛起標(biāo)志位

　　}

　　}

　　上面代碼中，檢測到下降沿并設(shè)置了狀態(tài)之后，延時(shí)了一定的時(shí)候，才打開定時(shí)器，這樣做的原因是讓定時(shí)器每次在信號的中間檢測，而不要在信號邊沿檢測。正如下面圖所示：

　　下面就是定時(shí)器的中斷服務(wù)程序，它主要是接收串口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，在它之前我們需要線定義一個(gè)變量用來保存接收到的數(shù)據(jù)：

　　u8 recvData;

　　然后，定時(shí)器中斷中，每收到1位數(shù)據(jù)就改變下狀態(tài)機(jī)并同時(shí)寫入這個(gè)recvData對應(yīng)的數(shù)據(jù)位中，當(dāng)收到8為數(shù)據(jù)后，然后關(guān)閉定時(shí)器定時(shí)，以等待新的數(shù)據(jù)到來：

　　void TIM2_IRQHandler（void）

　　{

　　if（TIM_GetITStatus（TIM2， TIM_IT_Update） ！= RESET） //檢測是否發(fā)生溢出更新事件

　　{

　　TIM_ClearITPendingBit（TIM2 ， TIM_FLAG_Update）;//清除中斷標(biāo)志

　　recvStat++; //改變狀態(tài)機(jī)

　　if（recvStat == COM_STOP_BIT） //收到停止位

　　{

　　TIM_Cmd（TIM2， DISABLE）; //關(guān)閉定時(shí)器 return; //并返回

　　}

　　if（COM_RX_STAT） //‘1’

　　{

　　recvData |= （1 《《 （recvStat - 1））;

　　}

　　else //‘0’ { recvData &= ~（1 《《（recvStat - 1））;

　　}

　　}

　　}

　　4、一些精確延時(shí)與不精確延時(shí)的實(shí)現(xiàn)

　　上面代碼中，需要定義一個(gè)不精確定時(shí)與兩個(gè)精確定時(shí)，分別用在檢測到下降沿后延時(shí)一段時(shí)間在打開定時(shí)器和控制傳輸速率中：

　　void Delay（u32 t）{ while（t--）;

　　}

　　void Delay_us（u32 nus）

　　{

　　SysTick-》LOAD=nus*9; //時(shí)間加載

　　SysTick-》CTRL|=0x01; //開始倒數(shù)

　　while（！（SysTick-》CTRL&（1《《16）））;//等待時(shí)間到達(dá)

　　SysTick-》CTRL=0X00000000; //關(guān)閉計(jì)數(shù)器

　　SysTick-》VAL=0X00000000; //清空計(jì)數(shù)器

　　}

　　void Delay_ms（u16 nms）

　　{

　　SysTick-》LOAD=（u32）nms*9000; //給重裝載寄存器賦值，9000時(shí)，將產(chǎn)生1ms的時(shí)基

　　SysTick-》CTRL|=0x01; //開始倒數(shù) while（！（SysTick-》CTRL&（1《《16）））; //等待時(shí)間到達(dá)

　　SysTick-》CTRL=0X00000000; //關(guān)閉計(jì)數(shù)器 SysTick-》VAL=0X00000000; //清空計(jì)數(shù)器

　　}

　　5、編寫一個(gè)配置波特率的函數(shù)

　　這里能配置的只有300、600、1200三種波特率，其他的波特率我不想弄，也沒有必要弄。下面編寫一個(gè)初始化IO模擬的串口，包括引腳配置、波特率設(shè)置、定時(shí)時(shí)間設(shè)置等：

　　#define _300BuadRate 3150

　　#define _600BuadRate 1700

　　#define _1200BuadRate 800void

　　VirtualCOM_Config（u16 baudRate）

　　{

　　u32 period; VirtualCOM_TX_GPIOConfig（）;

　　VirtualCOM_RX_GPIOConfig（）;

　　if（baudRate == _300BuadRate） //波特率300 period = _300BuadRate + 250;

　　else if （baudRate == _600BuadRate） //波特率600 period = _600BuadRate + 50;

　　else if （baudRate == _1200BuadRate） //波特率1200 period = _1200BuadRate + 50;

　　TIM2_Configuration（period）; //設(shè)置對應(yīng)模特率的定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間

　　delayTime = baudRate; //設(shè)置IO串口發(fā)送的速率

　　}

　　要問上面的那些數(shù)字是怎么得來的，實(shí)話說：我是試出來，但是是有根據(jù)地試出來的。我以波特率為1200為例：IO串口發(fā)送函數(shù)VirtualCOM_ByteSend（）中，我們用Delay_us（delayTime）來控制傳輸?shù)乃俾剩绻ㄌ芈试O(shè)為1200，則1/1200=830us相當(dāng)于沒830us傳輸1bit數(shù)據(jù)，所以在delayTime理論上應(yīng)該設(shè)為830才能保證以波特率1200的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，但是由于發(fā)送是由代碼實(shí)現(xiàn)，有一定的延時(shí)，而不像真正串口通過移位寄存器發(fā)送那樣快速，所以需要將delayTime的值在830附近調(diào)整，最后我試出來delayTime=800時(shí)，正好實(shí)現(xiàn)了波特率為1200的速率發(fā)送。

　　同樣的，在IO串口接收時(shí)，需要設(shè)定定時(shí)周期，這個(gè)周期也是試出來的，但是也是有依據(jù)的。還是以1200波特率接收為例：理論上應(yīng)該設(shè)置定時(shí)時(shí)間為1/1200=830us，則需要的定時(shí)值為72000000/（1/830us）=72*830，這里設(shè)置定時(shí)器的預(yù)分頻為72，則周期值應(yīng)該為830，所以上面代碼中period的理論上應(yīng)該等于830，但是接收是由代碼寫成的，有一定的延時(shí)，而不像真正串口一樣全部有硬件完成那樣快速，所以需要將period的值在830附近調(diào)整，最后試出來period=850時(shí)，可以正常接收串口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。

　　6、其他函數(shù)的編寫

　　首先需要編寫的BSP_Init（）函數(shù)，來初始化板子的其他一些外設(shè)的的初始化：

　　void BSP_Init（void）

　　{

　　static volatile ErrorStatus HSEStartUpStatus = SUCCESS;

　　RCC_DeInit（）; //默認(rèn)配置SYSCLK， HCLK， PCLK2， PCLK1， 復(fù)位后就是該配置

　　RCC_HSEConfig（RCC_HSE_ON）; //使能外部高速晶振

　　HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp（）;//等待外部高速穩(wěn)定

　　if（HSEStartUpStatus == SUCCESS）

　　{

　　FLASH_PrefetchBufferCmd（FLASH_PrefetchBuffer_Enable）;//使能flash預(yù)讀取緩沖區(qū)

　　FLASH_SetLatency（FLASH_Latency_2）; //令Flash處于等待狀態(tài)，2是針對高頻時(shí)鐘的

　　RCC_HCLKConfig（RCC_SYSCLK_Div1）; //HCLK = SYSCLK 設(shè)置高速總線時(shí)鐘=系統(tǒng)時(shí)鐘

　　RCC_PCLK2Config（RCC_HCLK_Div1）; //PCLK2 = HCLK 設(shè)置低速總線2時(shí)鐘=高速總線時(shí)鐘

　　RCC_PCLK1Config（RCC_HCLK_Div2）; //PCLK1 = HCLK/2 設(shè)置低速總線1的時(shí)鐘=高速時(shí)鐘的二分頻

　　RCC_PLLConfig（RCC_PLLSource_HSE_Div1，

　　RCC_PLLMul_9）; //PLLCLK = 8MHz * 9 = 72 MHz 利用鎖相環(huán)講外部8Mhz晶振9倍頻到72Mhz

　　RCC_PLLCmd（ENABLE）; //使能PLL鎖相環(huán) while（RCC_GetFlagStatus（RCC_FLAG_PLLRDY） == RESET）{} //等待鎖相環(huán)輸出穩(wěn)定 RCC_SYSCLKConfig（RCC_SYSCLKSource_PLLCLK）;//將鎖相環(huán)輸出設(shè)置為系統(tǒng)時(shí)鐘 while（RCC_GetSYSCLKSource（） ！= 0x08）{} //等待校驗(yàn)成功 } //使能GPIO口所使用的時(shí)鐘 RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIOD|RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_GPIOF|RCC_APB2Periph_GPIOG， ENABLE）;

　　最后是main函數(shù)，main函數(shù)很簡單，只要調(diào)用配置IO串口的配置函數(shù)就可以了：

　　extern u8 recvData;int main（void）{ BSP_Init（）; VirtualCOM_Config（_600BuadRate）; //配置IO模擬串口的波特率為600 VirtualCOM_StringSend（“HelloWorld！\r\n”）; //發(fā)送“HelloWorld！”字符串 while（1） { VirtualCOM_ByteSend（recvData）; Delay（5000000）; }}

　　7、現(xiàn)象

　　首先。我們需要用TTL轉(zhuǎn)USB的串口線，連接到電腦，打開串口調(diào)試工具，設(shè)置波特率為600，1位停止位，然后就可以收到IO模擬串口發(fā)過來的“HelloWorld”，然后，我們發(fā)送一個(gè)字符‘a(chǎn)’過去，然后就會每間隔一段時(shí)間打印出該字符。如下圖所示：