一、背景
最近做一个项目，需要用STM32F407来做7路串口通信，由于芯片最多只有6路，所以只能用IO口来模拟串口通信。在网上查找了很多模拟串口的资料，决定串口发送采用延时的方式，串口接收采用外部中断+定时器中断来实现。外部中断检测第一次检测下降沿表明接收到了起始位，通过定时器中断定时检测接收IO口上的电平，从而判断接收的是0还是1，写本文的目的主要是设计思路，方便自己以后查阅。
二、正文
1）、串口发送：
由于串口发送的函数比较简单，所以先从发送开始做起，首先咱们来熟悉一下串口协议，1位起始位+8位数据位+1位奇偶校验位+1位停止位（其中停止位可能为0.5位,1位,1.5位或2位，可以选择）。串口异步传输在空闲状态时都必须是高电平。
由于现在是模拟串口，暂时不考虑复杂的奇偶校验位，所以采用的格式为：1位起始位+8位数据位+1位奇偶校验位+1位停止位。项目需要采用的波特率为115200，所以每发送1bit数据需要的时间：1/115200=8.68us.
模拟串口发送发送函数：
#define COM1_TX_PORT GPIOA
#define COM1_TX_PIN GPIO_Pin_9
void Virtual_Uart_Bytesend(u8 val)
{
u8 i=0;
COM1_TX_DATA_LOW(); // 起始位，低电平，IO口初始化时应该置为高电平
delay_us(baudRate);
for(i = 0;i<8;i++) // 8位数据位
{
if (val & 0x01)
{
COM1_TX_DATA_HIGH();
}
else
{
COM1_TX_DATA_LOW();
}
delay_us(baudRate);
val >>= 1;
}
COM1_TX_DATA_HIGH(); // 停止位 高电平
delay_us(baudRate);
}
以上代码完全是根据协议的格式来写的，思路很简单，里面最重要的一个参数是这个baundRate;这个参数根据不同的波特率而不同，并且实际值和理论值算出来的时间可能有些差别，调试发现STM32F4的误差比较小，基本上理论值和实际值一样就可以正常通信。波特率为115200，延时理论上为8.68us。但是问题就来了，STM32F407例程delay.c里给的延时函数最小单位为us,设置baundRate=8或者9通信偶尔能够正常接收，但是很多时候是乱码，如下图：
如何解决这一问题呢，首先想到是设计一个延时0.1us或者更小的延时函数来实现，需要了解SRM32F4的时钟部分，这部分暂时没有去研究
第二种方法：采用nop来延时+滴答定时器定时8s
也就是用定时器定时8s,然后在加上nop指令延时，然后实际调试用一个for循环增加4个nop指令左右就能正常接收。具体延时函数实现如下：
// 模拟串口延时函数 波特率为115200 所以延时8.68us
void Vuart_delay_us(void)
{
u16 i = 0;
u32 temp;
SysTick->LOAD=8*fac_us; //时间加载
SysTick->VAL=0x00; //清空计数器
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //开始倒数
do
{
temp=SysTick->CTRL;
}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待时间到达
SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器
SysTick->VAL =0X00; //清空计数器
for (i = 0;i<4;i++)
{
__NOP;
}
}
实验现象如下图所示：
主函数中调用串口发送函数。
// 发送一个字符串
void Virtual_Uart1_StringSend(u8 *str)
{
while(*str != 0)
{
Virtual_Uart1_Bytesend(*str);
str++;
}
}
2）、串口接收
串口接收比较复杂，暂未研究。
以上的串口接收对实现1模拟串口还可以，但是项目需要用的2个或者更多的模拟串口就不适合了，需要更改一下思路，开辟一个新的定时器，定时器的优先级需要开到最高，定时1/（波特率*3倍）s，这里波特率设置为115200，所以定时时间为2.89us,波特率越高对定时器的要求就越高，幸好STM32F407非常强大，这么高的串口波特率需要定时至少2us左右才能实现模拟串口的正常通信。基本思路分为接收和发送。
接收时：定时器定时去扫描IO口的状态，当3次里面检测到有至少2次低电平时，则判断该电平为低电平。首先是设计定时器定时0.289us,参考原子的官方定时器中断例程，定时函数如下：
TIM3_Int_Init(5000-1,8400-1); // 定时器时钟84M，分频系数8400，所以84M/8400=10Khz的计数频率，计数5000次为500ms
更改为
TIM3_Int_Init(242,1-1); //定时器时钟84M，分频系数1，所以84M/1=84Mhz的计数频率，计数242次为2.89us
不分频时，如果计数1次则定时的时间为1/84MHz=0.0119us，所以将计数值更改为242，则定时时间=1/84MHz * 242 = 2.88us
定时器初始化函数在主函数初始化时候调用，值得注意的是定时器的优先级应该设置为最高，即修改定时初始化函数如下：
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x00; // 抢占优先级0 优先级设置为最高
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x00; // 子优先级0 优先级设置为最高
设计好定时器之后，接下来是设计一个8位数据接收函数，主要思路是通过一个状态机、定时计数变量（计数三次表示8.6us）、高电平计数变量和低电平计数变量（分别用于三次采样里面有几次是能踩到高电平或者低电平）。
变量定义如下：
static u32 recvStat = COM_STOP_BIT; // 定义状态机
static u8 recvData = 0; // 定义一个接收数据变量
static u32 timer_cnt = 0; // 定时总次数
static u32 high_cnt = 0; // 高电平检测次数
static u32 low_cnt = 0; // 低电平检测次数
状态机定义在头文件中：
enum{
COM_START_BIT, //起始位
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
};
//定义接收引脚
#define COM1_RX_DATA GPIO_ReadInputDataBit(COM1_RX_PORT,COM1_RX_PIN) // 接收引脚
具体函数实现如下：
// 接收一个8位数据
void Virtual_Uart1_Byterecived(void)
{
timer_cnt++;
if((COM1_RX_DATA == 0)&&(recvStat == COM_STOP_BIT)) // 起始信号
{ low_cnt++;
if (timer_cnt >= 3)
{
timer_cnt=0;
if (low_cnt>1)
{
recvStat = COM_START_BIT;
}
low_cnt=0;
}
return;
}
if(timer_cnt >= 3)
{ if(recvStat < COM_STOP_BIT)
recvStat++;
}
if((recvStat == COM_STOP_BIT)&&(COM1_RX_DATA == 1)) // 空闲时，计数值清0
{
timer_cnt = 0;
high_cnt=0;
low_cnt=0;
return;
}
if(COM1_RX_DATA == 0)
{
low_cnt++;
high_cnt=0;
if (timer_cnt >= 3)
{
timer_cnt=0;
if (low_cnt>1) // 3次采样里面是否有两次有效
{
recvData &= ~(1 <<(recvStat - 1));
}
low_cnt=0;
}
}
else
{
high_cnt++;
low_cnt=0;
if (timer_cnt >= 3)
{
timer_cnt=0;
if (high_cnt>1) // 3次采样里面是否有两次有效
{
recvData |= (1 <<(recvStat - 1));
}
high_cnt=0;
}
}
}
实验现象如下：
发送：发送思路比接收更简单，只要按照串口的协议来发送即可。首先是发送起始位，3个定时器周期后发送八位数据位，最后发送停止位。源代码如下：
// 串口发送函数
void Virtual_Uart1_Bytesend(void)
{
if (txdEnable == 0)
{
Tx_timer_cnt = 0;
return;
}
Tx_timer_cnt++;
if ((txdStat == COM_STOP_BIT)&&(txdEnable == 1))
{
COM1_TX_DATA_LOW();
if (Tx_timer_cnt >= 3)
{
Tx_timer_cnt=0;
txdStat = COM_START_BIT;
txdData = Tx_Buf[Txd_Bytes];
}
}
else if(txdStat == COM_D7_BIT)
{
COM1_TX_DATA_HIGH();
if (Tx_timer_cnt >= 3)
{
Tx_timer_cnt=0;
txdStat = COM_STOP_BIT;
Txd_Bytes++;
if(Txd_Bytes>3) // 测试发送三个字节
{
Txd_Bytes = 0;
txdEnable = 0;
}
}
}
else
{
if (txdData & 0x01)
{
COM1_TX_DATA_HIGH();
}
else
{
COM1_TX_DATA_LOW();
}
if (Tx_timer_cnt >= 3)
{
Tx_timer_cnt=0;
txdData >>= 1;
txdStat++;
}
}
}
实验现象，串口每隔1s发送四个字节的数据1234，如下图所示
以上基本实现了模拟串口数据的发送和接收，可能有很多地方可以优化，后续会更新。
记录时间：2017年7月19日11:49:12
记录地点：XH
