微雪树莓派PICO笔记——5. UART （异步收发传输器）_pico uart

通讯协议

MCU如果要说话需要约定一定的规则，这些规则，我们称为通信协议
常见的有UART,I2C,SPI

硬件外设？ 因为这些通信协议相对简单，我们也可以使用软件模拟这些通讯协议，实现通讯的功能。

UART

通用异步收发传输器（串口）

通用的串行，异步通讯协议

定义了两根数据线，可以实现全双工的收发

串行：用于形容每次传输一位元数据的通信方式
并行：用于形容每次传输多位元数据的通讯方式

异步：通讯双方不需要共同的时钟

也就是接收方不知道发送方什么时候发送

所以说在发送的信息中就要有提示接收方开始接受的信息，如开始位

同时在结束时需要停止位

同步：双方有共同的时钟，常由主机或同一个时钟源提供

全双工：指通讯允许数据在两个方向上同时传输
半双工：通讯允许数据在两个方向上但无法同时传输
单工：通讯允许数据在一个方向上传输

UART详解

工作原理：约定好通讯的波特率，然后将数据一位位地进行传输

UART时序图

• 起始位：先发起一个逻辑“0”信号，表示传输字符开始
  

• 数据位：紧接着起始位之后，数据位的个数可以为4,5,6,7,8等，构成一个字符
  通常采用ASCII码，从最低位开始传输，靠时钟定位
  

• 奇偶校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数（偶校验）或奇数（奇校验），以此来校验数据传输的正确性

• 停止位：是一个字符数据的停止标志。

  • 可以是1位，1.5位，2位的电平
  • 由于数据是在传输线上是定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现小小的不同步
  • 因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供校正时钟的机会
  • 停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢
    

• 空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送

UART还有一个重要的参数为：
波特率：是衡量数据传输速率的指标。表示每秒钟传输的符号数
例如每8bit代表一个符号，数据传送速率为1200字符/秒，则波特率则是1200baud，比特率是120*8= 9600bit/s

RP2040 UART参数

硬件流量控制：添加两个引脚RTS和CTS

• RTS(Require ToSend,发送请求)为输出信号，用于指示本设备准备好可接收数据，低电平有效
• CTS(Clear ToSend,发送允许)为输入信号，用于判断是否可以向对方发送数据，低电平有效

为什么要添加这两个流量控制引脚？
因为两个设备通过串口通信时，两者处理速度不同，可能造成丢失数据
如台式机与单片机之间的通讯，接收端接收数据缓冲区已满，则此时还接收到发送来的
数据就可能造成丢失。使用流控制后，可以有效的避免这种情况的发生

UART流程图

官方提供框图

简化流程图：

事先说明UART是全双工的，可以同时进行接收和发送

这里是为了好理解，单独拿出讲

• 发送流程图
  

   - APB总线可以访问状态/控制寄存器， 并将需要发送的信息存入发送FIFO存储器
   - 波特率生成器从APB总线和寄存器块中获取波特率分频因子，产生内部时钟-Baud16,频率为波特率的16倍
        - UART发送器受到状态/控制寄存器控制，以Baud16为时钟源将发送FIFO存储器中的内容逐个发送
   - FIFO状态和中断生成器会根据FIFO存储器生成对应的FIFO标志位和中断信号
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• 接收流程图
  

   - UART接收器受到状态/控制寄存器控制，以Baud16为时钟源，将接收到的信息存入接收FIFO存储器中
   - APB总线可以通过读取接收FIFO获取读取值
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函数详解

• machine.UART(id,baudrate=115200,bits=8,parity=None,stop=1,tx=None,rx=None):
  • UART对象构造函数，作用为初始化对应通道和引脚.
  • id：使用UART通道，可为0或者1；
  • baudrate: 波特率参数
  • bits：数据位长度（现阶段仅8位有效）
  • parity：奇偶校验位
  • stop：停止位长度
  • tx：TXD引脚，应为Pin对象
  • rx：RXD引脚，应为Pin对象

machine.UART为UART对象构造函数，作用为初始化对应通道和引脚. D 第一个参数id为使用UART通道，可为0或者1

第二个参数baudrate为使用波特率

第三个参数bits为数据位长度（现阶段仅8位有效）

第四个参数parity为是否使用奇偶校验位

第五个参数stop为停止位长度

第六和第七个参数tx和rx 为收发引脚，应为Pin对象

• UART.any():
  • any函数，用于检测当前接收缓冲区是否有数据，接收缓冲区有数据就返回1，否则返回0.
• UART.read([nbytes]):
  • read函数，用于读取字符串。
  • nbytes：如果指定了’nbytes，则最多读取这么多字节，否则读取尽可能多的数据。
• UART.readline()
  • readline函数，读取一行，以换行符为结束标志。
• UART.readinto(buf[, nbytes])
  • readinto：将读取字符串存入指定缓存中
  • buf：用于指定缓存
  • nbytes：如果指定了’nbytes，则最多读取这么多字节，否则读取尽可能多的数据。

readinto函数，将读取字符串存入指定缓存中 buf用于指定缓存 nbytes和上文中read函数nbytes作用一致

• UART.write(buf)
  • write函数，用于发送字符串，返回值发送的字节数。
  • buf： 发送字符串 write函数用于发送字符串，并返回发送的字节数。 参数buf为需要发送的字符串
• UART.sendbreak()
  • sendbreak函数在总线上发送停止信号（拉低总线13bit时间）。 这会将总线驱动为低电平的时间比字符正常传输所需要的时间更长。

例程地址

• Github仓库

MicroPython源码

码代码

• Pico - Eval - Board 1
• USB to MISCROUSB 数据线 2

可以看到Pico - Eval -Board GPIO0和GPIO引脚连接到了板载USB to UART芯片
CP2102的UART的RXD和TXD使用CP2102与PICO进行UART通讯

from machine import UART,Pin
import utime



uart = UART(0,baudrate=115200,tx=Pin(0),rx=Pin(1))
led = Pin(25,Pin.OUT)
uart.write("Waveshare Uart Test\r\n")
uart.write("Please enter character 0 or 1 to switch the LED on and off\r\n")
while True: 
     # 判断是否收到信息
     if uart.any() == True:
        buf=uart.read(1)
        if buf == b'1':
             led.on()
             print("LED ON")
             uart.write("LED ON\r\n")
        elif buf == b'0':
             led.off()
             print("LED OFF")
             uart.write("LED OFF\r\n")
        else:
             print("Please enter character 0 or 1 to switch the LED on and off\r\n") 
     utime.sleep_ms(1)
     #machine.reset()

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在串口助手中使用相同的波特率。找到对应的COM口
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