EEPW论坛

    学习芯圣HC18M003单片机已经很久了，一直都没有触及它的UART外设机能。现在为了调试IIC的通讯处理，提前把UART机能学习了。因为IIC通讯的过程有些复杂，产生中断时，根据IIC工作模式的不同，会产生不同的状态值。为了能及时输出中间调试信息，准备让UART接入，把通讯过程信息通过串口输出到电脑上，方便及时查看和调试。

一、特性

HC18M003单片机的UART具有以下特性：

➢ 自带波特率发生器

➢ 波特率发生器为一个 16 位向上的计数器

➢ 两种工作方式

➢ 增加帧错误，接收溢出及写冲突检测

➢ 增加地址自动识别

二、工作方式

UART有以下两种工作方式：

➢方式 0：8 位 UART，可变波特率，异步全双工

➢方式 1：9 位 UART，可变波特率，异步全双工

1、工作方式0

对于方式0，提供 10 位全双工异步通信，10 位由一个起始位（逻辑 0），8 个数据位（低位在前）和一个停止位（逻辑 1）组成。在接收时，这 8 个数据位存储在 SBUF 中而停止位储存在 RB8 中。方式 1中的波特率来源于波特率发生器。功能块框图如下图所示。

任何将 SBUF 作为目标寄存器的写操作都会启动发送，实际上发送是从 16 分频计数器中的下一次跳变之后的系统时钟开始的，因此位时间与 16 分频计数器是同步的，与对 SBUF 的写操作不同步。起始位首先在 TXD 引脚上移出，然后是 8 位数据位。在发送移位寄存器中的所有 8 位数据都发送完后，停止位在 TXD 引脚上移出，在停止位发出的同时 TI 标志置位。

只有REN置1时才允许接收。当RXD引脚检测到下降沿时串行口开始接收串行数据。为此，CPU对RXD不断采样，采样速率为波特率的16倍。当检测下降沿时，16分频计数器立即复位，这有助于16分频计数器与RXD引脚上的串行数据位同步。16分频计数器把每一位的时间分为16个状态，在第7、8、9状态时，位检测器对RXD端的电平进行采样。为抑制噪声，在这3个状态采样中至少有2次采样值一致数据才被接收。如果所接收的第一位不是0，说明这位不是一帧数据的起始位，该位被忽略，接收电路被复位，等待RXD引脚上另一个下降沿的到来。若起始位有效，则移入移位寄存器，并接着移入其它位到移位寄存器。8个数据位和1个停止位（包含错误的停止位，详细见寄存器SM2位说明）移入之后，

移位寄存器的内容和停止位(包含错误的停止位)被分别装入SBUF和RB8中，RI置1，但必须满足下列条件：

(1) RI = 0 

(2) SM2 = 0或者接收的停止位= 1 

如果这些条件被满足，那么停止位（包含错误的停止位）装入 RB8，8 个数据位装入 SBUF，RI被置位。否则接收的帧会丢失。这时，接收器将重新去探测 RXD 端是否另一个下降沿。用户必须用软件清零 RI，然后才能再次接收。

2、工作方式1

对于方式一，使用异步全双工通信中的 11 位。一帧由一个起始位（逻辑 0），8 个数据位（低位在前），一个可编程的第 9 数据位和一个停止位（逻辑 1）组成。方式 1 支持多机通信，在数据传送时，第 9数据位（TB8 位）可以写 0 或 1，例如，可写入 PSW 中的奇偶位 P，或用作多机通信中的数据/地址标志位。当接收到数据时，第 9 数据位移入 RB8 而停止位不保存。

任何将 SBUF 作为目标寄存器的写操作都会启动发送，同时也将 TB8 载入到发送移位寄存器的第9 位中。实际上发送是从 16 分频计数器中的下一次跳变之后的系统时钟开始的，因此位时间与 16 分频计数器是同步的，与对 SBUF 的写操作不同步。起始位首先在 TXD 引脚上移出，然后是 9 位数据。在发送转换寄存器中的所有 9 位数据都发送完后，停止位在 TXD 引脚上移出，在停止位开始发送时TI 标志置位。

　　只有REN置位时才允许接收。当RXD引脚检测到下降沿时串行口开始接收串行数据。为此，CPU对RXD不断采样，采样速率为波特率的16倍。当检测下降沿时，16分频计数器立即复位。这有助于16分频计数器与RXD引脚上的串行数据位同步。16分频计数器把每一位的时间分为16个状态，在第7、8、9状态时，位检测器对RXD端的电平进行采样。为抑制噪声，在这3个状态采样中至少有2次采样值一致数据才被接收。如果所接收的第一位不是0，说明这位不是一帧数据的起始位，该位被忽略，接收电路被复位，等待RXD引脚上另一个下降沿的到来。若起始位有效，则移入移位寄存器，并接着移入其它位到移位寄存器。9个数据位移入之后，移位寄存器的内容被分别装入SBUF和RB8中，但必须满足下列条件：

(1) RI = 0 

(2) SM2 = 0或者接收的第9位= 1

　　如果这些条件被满足，那么第9位移入RB8，8位数据移入SBUF。但还需要检测停止位，只有停止位为1，才能置位RI，如果停止位为0，则RI不会置位。

三、波特率

UART 自带一个波特率发生器，它实质上就是一个 16 位递增计数器。波特率公式如下：

Baud = Fcpu/16 / (65536−SBRT) ，SBRT = [SBRTH : SBRTL]

例如：设置SBRT = [SBRTH : SBRTL] = 0xFFE6，系统Fcpu=4M模式下

那么波特率 = Fcpu/16/(65536−SBRT)=4000000/16/(65536-65510)=9615约等于9600。

四、收发数据过程中可能遇到的错误

1、帧出错检测

3个错误标志位被置位后，只能通过软件清零，尽管后续接收的帧没有任何错误也不会自动清零。

2、发送冲突

如果在一个发送正在进行时，用户软件写数据到SBUF寄存器时，发送冲突位（TXCOL位）置1。如果发生了冲突，新数据会被忽略，不能被写入发送缓冲器（即不影响传送）。

3、接收溢出

RI置1，接收缓冲器中的数据未被读取，RI被清0，又开始新的数据接收，若在新的数据接收完成前（RI置1）还未读取之前接收缓冲区中的数据，在那么接收溢出位（RXROV位）置位。如果发生了接收溢出，接收缓冲器中原来的数据不影响，后面的数据则丢失。

4、帧出错

如果检测到一个无效（低）停止位，那么帧出错位（FE位）置1。

五、和UART有关的寄存器

1、控制寄存器 SCON、SCON2

1.1 SCON

1.2 SCON2

2、数据缓冲寄存器 SBUF

3、波特率发生器 BRTL、BRTH

六、针对不同封装的芯片，UART用管脚设置

对于TSSOP20脚封装的HC18M003，

可以被使用的管脚如下：

TX： PB6，PA0，PC0，PD4

RX： PB7，PA7，PC2

我们在使用IIC时，已经预定使用PC0和PC2，所以，测试UART时，准备使用PB6和PB7作为串口的通讯管脚。

设置管脚时，需要使用特殊寄存器：端口通讯端口映射寄存器UARTMAP和端口映射寄存器 INTMAP。

1、端口通讯端口映射寄存器UARTMAP

注意：（1）、TXD 映射部分寄存器位于 INTMAP 寄存器之B5、B4位。

　　 （2）、配置完成映射后，需要用户手动配置 IO 状态。

2、端口映射寄存器 INTMAP

串口测试程序