使用软件模拟硬件串口模块 ——工程师原创应用笔记

【编者按】有时由于单片机的硬件串口不够用，在要求不高的情况下，比如发送一些调试信息，我们就可以使用I/O口模拟一个串口以完成要做的事情。要自己模拟串口，我们必须要知道串口时序图，如下图所示。

知道时序图，我们就可以编写代码。下面代码是我写的一个模拟串口，波特率取决于你的要求，但模拟串口不宜使用高波特率，一般而言推荐9600以下会比较好，另外该模拟串口没有奇偶校验位。

首先来看看sim_uart.h文件。

1. //sim_uart.h
   

2. 
   

3. #ifndef _SIM_UART_
   

4. #define _SIM_UART_
   

5. 
   

6. #include "stm8s.h" //替换成自己的头文件
   

7. 
   

8. #define SIM_UART_IO_H   GPIOA->ODR |= 0x08 //拉高，需要更换成你自己的管脚
   

9. #define SIM_UART_IO_L   GPIOA->ODR &= ~0x08//拉低，需要更换成你自己的管脚
   

10. 
    

11. //把每一个数据按照时序图发送出去。为保证实时性，这个函数需要在中断中调用，调用
    

12. //间隔取决于串口波特率。比如我需要的串口波特率是9600bps，那么传送一bit所要的时
    

13. //间就是104us，此时中断的调用间隔就是104us
    

14. void app_sim_uart_transmit(void );
    

15. 
    

16. //把一个字节的数据复制到串口缓冲区，这相当于把数据放到硬件串口的数据缓冲区
    

17. void app_sim_uart_tx_set_data(unsigned char  data);
    

18. 
    

19. //查询一个串口缓冲区的数据是否发送完成，如果完成返回0，否则返回1
    

20. unsigned char app_sim_uart_get_tx_state(void );
    

21. 
    

22. //初始化模拟串口模块的参数
    

23. void app_sim_uart_init(void );
    

24. 
    

25. #endif

复制代码

再看看sim_uart.c文件。

1. //sim_uart.c
   

2.                
   

3. #include "sim_uart.h"
   

4.                
   

5. struct
   

6. {
   

7.    unsigned char data;
   

8.    unsigned char step : 3,
   

9.                  start_f : 1,
   

10.                  bit_cnt: 4;                  
    

11. }sim_uart;
    

12.                
    

13. typedef enum
    

14. {
    

15.   SIM_UART_IDEL,
    

16.   SIM_UART_DATA_SEND_START,
    

17.   SIM_UART_DATA_SEND,
    

18.   SIM_UART_DATA_SEND_DONE
    

19.   }sim_uart_send_state_t;
    

20.                
    

21. ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    

22. //初始化串口模块
    

23. void app_sim_uart_init(void )
    

24. {
    

25.    sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_INIT;
    

26.    sim_uart.start_f  = 0;
    

27.    SIM_UART_IO_H;
    

28. }   
    

29. 
    

30. //检查发送状态
    

31. unsigned char app_sim_uart_get_tx_state(void )
    

32. {
    

33.   if(!sim_uart.start_f)
    

34.   {
    

35.     return 0;
    

36.   }
    

37.   
    

38.   return 1;
    

39. }
    

40. 
    

41. //将数据放到串口缓冲区
    

42. void  app_sim_uart_tx_set_data(unsigned char data)
    

43. {
    

44.   sim_uart.data = data;
    

45.   sim_uart.start_f = 1;
    

46.   sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_INIT;
    

47. }
    

48. 
    

49. //这个函数模拟了串口的时序
    

50. void app_sim_uart_transmit(void )
    

51. {               
    

52.   if(sim_uart.start_f == 1)
    

53.   {         
    

54.      switch(sim_uart.step)
    

55.      {
    

56.             case SIM_UART_DATA_SEND:
    

57.                 if(sim_uart.data & 1)
    

58.                 {
    

59.                   SIM_UART_IO_H;
    

60.                 }
    

61.                 else
    

62.                 {
    

63.                   SIM_UART_IO_L;
    

64.                 }
    

65.                         
    

66.                 sim_uart.data >>= 1;
    

67.                 if(++sim_uart.bit_cnt >= 8)
    

68.                 {
    

69.                   sim_uart.bit_cnt = 0;
    

70.                   sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_DONE;
    

71.                 }
    

72.                break;
    

73.                         
    

74.            case SIM_UART_DATA_SEND_DONE:
    

75.                SIM_UART_IO_H;
    

76.                sim_uart.start_f = 0;
    

77.                sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_INIT;
    

78.                break;
    

79.                         
    

80.            case SIM_UART_DATA_SEND_START:
    

81.                 SIM_UART_IO_L;
    

82.                 sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND;
    

83.                 break;
    

84. 
    

85.            case SIM_UART_DATA_SEND_INIT:
    

86.                 SIM_UART_IO_H;
    

87.                 sim_uart.bit_cnt = 0;
    

88.                 sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_START;
    

89.                 break;
    

90.      }
    

91.   }
    

92. }
    

93.         

复制代码

再看看sim_uart.c文件。

1. //sim_uart.c
   

2.                
   

3. #include "sim_uart.h"
   

4.                
   

5. struct
   

6. {
   

7.    unsigned char data;
   

8.    unsigned char step : 3,
   

9.                  start_f : 1,
   

10.                  bit_cnt: 4;                  
    

11. }sim_uart;
    

12.                
    

13. typedef enum
    

14. {
    

15.   SIM_UART_IDEL,
    

16.   SIM_UART_DATA_SEND_START,
    

17.   SIM_UART_DATA_SEND,
    

18.   SIM_UART_DATA_SEND_DONE
    

19.   }sim_uart_send_state_t;
    

20.                
    

21. ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    

22. //初始化串口模块
    

23. void app_sim_uart_init(void )
    

24. {
    

25.    sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_INIT;
    

26.    sim_uart.start_f  = 0;
    

27.    SIM_UART_IO_H;
    

28. }   
    

29. 
    

30. //检查发送状态
    

31. unsigned char app_sim_uart_get_tx_state(void )
    

32. {
    

33.   if(!sim_uart.start_f)
    

34.   {
    

35.     return 0;
    

36.   }
    

37.   
    

38.   return 1;
    

39. }
    

40. 
    

41. //将数据放到串口缓冲区
    

42. void  app_sim_uart_tx_set_data(unsigned char data)
    

43. {
    

44.   sim_uart.data = data;
    

45.   sim_uart.start_f = 1;
    

46.   sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_INIT;
    

47. }
    

48. 
    

49. //这个函数模拟了串口的时序
    

50. void app_sim_uart_transmit(void )
    

51. {               
    

52.   if(sim_uart.start_f == 1)
    

53.   {         
    

54.      switch(sim_uart.step)
    

55.      {
    

56.             case SIM_UART_DATA_SEND:
    

57.                 if(sim_uart.data & 1)
    

58.                 {
    

59.                   SIM_UART_IO_H;
    

60.                 }
    

61.                 else
    

62.                 {
    

63.                   SIM_UART_IO_L;
    

64.                 }
    

65.                         
    

66.                 sim_uart.data >>= 1;
    

67.                 if(++sim_uart.bit_cnt >= 8)
    

68.                 {
    

69.                   sim_uart.bit_cnt = 0;
    

70.                   sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_DONE;
    

71.                 }
    

72.                break;
    

73.                         
    

74.            case SIM_UART_DATA_SEND_DONE:
    

75.                SIM_UART_IO_H;
    

76.                sim_uart.start_f = 0;
    

77.                sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_INIT;
    

78.                break;
    

79.                         
    

80.            case SIM_UART_DATA_SEND_START:
    

81.                 SIM_UART_IO_L;
    

82.                 sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND;
    

83.                 break;
    

84. 
    

85.            case SIM_UART_DATA_SEND_INIT:
    

86.                 SIM_UART_IO_H;
    

87.                 sim_uart.bit_cnt = 0;
    

88.                 sim_uart.step = SIM_UART_DATA_SEND_START;
    

89.                 break;
    

90.      }
    

91.   }
    

92. }
    

93.         

复制代码

最后来看看如何应用上述的模拟串口。

首先，在硬件中断中调用app_sim_uart_transmit()函数，如下所示。

1. //9600bps，104us定时中断
   

2. INTERRUPT_HANDLER(TIM4_UPD_OVF_IRQHandler, 23)
   

3. {
   

4.   app_sim_uart_transmit();
   

5. 
   

6.   TIM4->SR1 = (uint8_t)(~TIM4_IT_UPDATE);
   

7. }

复制代码

接下来我们可以在应用层中使用模拟串口了，如下所示。

1. #include "sim_uart.h"
   

2. 
   

3. main()
   

4. {
   

5.   app_sim_uart_init();  
   

6.   
   

7.   while(1)
   

8.   {
   

9.    //检查串口缓冲区是否为空，如果为空，发送下一个字节   
   

10.    if(app_sim_uart_get_tx_state() == 0)
    

11.    {
    

12.       //发送下一个字节的数据
    

13.       app_sim_uart_tx_set_data(0xaa);
    

14.    }
    

15.   }
    

16. }

复制代码

上述代码是经过实际检验的，如果需要，可以在自己的项目中简单修改一下I/O口后应该就能方便的移植到你的项目中了。

本文作者：会笑的星星是一名设计开发工程师，在平台上的用户名为“ 1585292050XQYe”，有多年的物联网安防产品设计开发经验。