《汽车计算机基础》 课件 11- 利用UART实现上位机和下位机的通信

第7单元：闪灯的设计与实现第8单元：开关状态指示灯的设计与实现第9单元：利用定时中断实现频闪灯第10单元：利用PWM实现小灯亮度控制第11单元：利用UART实现上位机和下位机的通信第12单元：利用ADC设计简易数字电压表汽车嵌入式技术基础篇

第11单元利用UART实现上位机和下位机的通信

为了实现上位机PC和下位机MCU之间的通信，可采用UART、USB、Ethernet等多种通信方式，其中UART是最简单的通信方式，也是学习其他通信方式的基础。

单元学习任务和目标：

（1）理解UART的通用知识，包括UART硬件、UART通信的数据格式和数据通信的波特率。（2）掌握UART底层驱动构件头文件的使用方法。（3）掌握PC和MCU的串口通信与调试方法，重点掌握UART应用层程序设计方法，包括主程序设计和UART接收中断服务程序设计。（4）掌握通过UART实现利用格式化输出函数（printf）向PC输出数据的方法。【单元导读】任务11.1理解UART的通用知识

UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发器）可实现异步串行通信功能。有时还将UART称为SCI（SerialCommunicationInterface，串行通信接口），简称串口。1、UART硬件

MCU的UART通信一般只需3根线：发送线TxD、接收线RxD和地线GND。

MCU可通过TTL-USB转换器连接到PC的USB接口，在PC上安装相应的驱动软件，就可实现MCU与PC之间的串口通信。2、UART通信的数据帧格式

UART通信的特点：数据以字节为单位，按位的顺序（如最低位优先）从一条传输线上发送出去。

（1）发送1位起始位——逻辑“0”，用于通知接收方通信同步。

（2）依次发送8位数据D0～D7（低位在前、高位在后）。

（3）发送1位奇偶校验位（可选），便于接收方检测数据发送是否正确。

（4）发送1～2位停止位——逻辑“1”，用于通知接收方该帧数据已发送完成。

若发送方无数据发送，则通信线路上保持空闲状态——逻辑“1”。若发送方发送下一个UART数据帧，则要重新发送起始位，然后发送一字节的新数据。任务11.1理解UART的通用知识3、数据通信的波特率

波特率：每秒钟传输二进制数码的位数，单位是bit/s。波特率越高，数据传输的速度就越快。只有通信双方的波特率相同时才可以正常通信。

串口通信常用的波特率：1200、1800、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200等（bit/s）。任务11.2掌握UART底层驱动构件的使用方法1、KEA128的UART模块

KEA128芯片中共有3个UART模块：UART0、UART1和UART2。每个UART模块的发送数据引脚为UART_TX，接收数据引脚为UART_RX。可以配置为UART模块的引脚见表11-1，具体使用的引脚，可参照uart.h头文件中的相关宏定义。任务11.2掌握UART底层驱动构件的使用方法2、KEA128的UART底层驱动构件及使用方法

UART具有初始化、发送和接收三种基本操作。其中，UART发送是主动任务，不必采用中断方式；而UART接收是被动任务，为了确保及时接收到对方发送来的每帧数据，一般采用中断方式。

UART底层驱动构件由uart.h头文件和uart.c源文件组成，若要使用UART底层驱动构件，只需将这两个文件添加到所建工程的04_Driver（MCU底层驱动构件）文件夹中，即可实现对UART的操作。见工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\KEA128\KEA128.uvprojx

其中，uart.h头文件主要包括相关头文件的包含、一些必要的宏定义、对外接口函数的声明，而uart.c源文件则是对外接口函数的具体实现，初学者不必深究。

用户只要熟悉uart.h头文件的内容，即可使用UART底层驱动构件进行编程。任务11.3掌握PC与MCU的串口通信与调试方法11.3.1UART通信的应用层程序设计

在嵌入式软件最小系统框架下，设计07_Source（应用层软件构件）的文件，以实现：上位机PC

与

下位机MCU之间的串口通信。1）工程总头文件includes.h：包含04、05、06文件夹中的头文件2）主程序源文件main.c：

定义字符数组（存放待发送的字符型数据）；

初始化；使能UART接收中断；

在主循环中，MCU通过UART使用发送函数向PC发送数据在工程文件中分析代码并编程：..EmbeddedSource\03-Software\KEA128\KEA128.uvprojx3）中断服务程序源文件isr.c：在UART接收中断服务程序中，MCU使用UART接收函数

接收PC发来的数据，并向PC回送接收到的字符任务11.3掌握PC与MCU的串口通信与调试方法11.3.2UART通信的测试方法

（1）将USB-TTL转换器TTL端的RX、TX、GND端子分别与MCU的TX、RX、GND引脚（参照uart.h中的引脚宏定义）相连接，将USB-TTL转换器的USB端与PC的USB接口连接；

（2）打开PC串口调试软件，打开串口，并且设置与MCU的UART相同的波特率；

（3）运行MCU程序，通过PC串口调试窗口查看MCU发送给PC的信息；

（4）在PC串口调试窗口中写入字符或字符串并发送给MCU，在串口调试窗口中查看是否有MCU回送到PC的信息；

（5）调试结束后，先在PC串口调试软件中关闭串口，然后将USB-TTL转换器从PC的USB接口断开。任务11.3掌握PC与MCU的串口通信与调试方法11.3.3使用printf函数输出数据1、通过UART使用printf函数的方法

使用printf函数时，需要将printf软件构件对应的printf.h头文件和printf.c源文件添加到所建工程的06_Soft（通用软件构件）文件夹中。在printf.h头文件中，添加了以下两条预处理命令：

任务6.3学习PC与MCU的串口通信与调试方法2、通过UART使用printf函数输出数据的应用层程序设计【同步练习11】

通过PC串口调试窗口向MCU发送不同的字符，控制小灯的状态。1）工程总头文件includes.h：包含04、05、06文件夹中的头文件2）主程序源文件main.c：

定义局部变量（存放待发送的数据）；