LPC111X、LPC13XX 軟件化的全雙工UART
該文檔描述了運行在LPC111X/LPC13XX 處理器上的軟件如何實現(xiàn)標準的通用異步收發(fā)（UART）
1．簡介
LPC111X、LPC13XX 系列微控制器提供了豐富的通訊接口。每一個微控制器都包含一 個片上UART（通用異步收發(fā)）。而實際上，很多實際應(yīng)用需要更多的UART。在這種情況 下，可以考慮增加一個外部獨立的UART 芯片，軟件化的UART 不僅可以減少物料成本， 而且又不占用額外的PCB 空間。這樣，設(shè)計人員就可以滿足小型化的要求，達到降低成本 的目的。該文檔描述了全雙工UART 軟件化的實現(xiàn)方法。
LPC111X/LPC13XX 的軟件UART 是從LPC2000 移值而來。軟件UART 的實現(xiàn)原理的 細節(jié)，請參考AN10689-LPC2000 software UART。該文檔使用Artists’ LPCXpresso 1114 Rev A ，LPCXpresso Base Board Rev A evaluation kits 和Code Red LPCXpresso 3.3.4。值得注意 的是，請確保開發(fā)板（the Base Board）上的跳線處于正確的位置，特別是熱敏元件不是連 接到P1.5,電位計不是連接到P0.11。
須知，示例軟件包并不是最優(yōu)的。當增加軟件UART 功能時，可能需要1KB 的額外空間， 在優(yōu)化代碼密度時請注意。在某一特定應(yīng)用中，如果全雙工操作不是必需的，可以裁減沒用 的UART 功能達到減小代碼體積的目的。
2．實現(xiàn)
該方案依賴一個通用32 位定時器（timer），定時器可以在觸發(fā)一個指定的pin 的同時， 監(jiān)聽另一個pin 的狀態(tài)。當啟動定時器的捕獲和觸發(fā)功能時，接收程序還要使用定時器的一 個匹配寄存器。每一個定時器都有4 個匹配寄存器，表1 指明了它們的配置。在本文檔中， 使用的是Timer32_0。示例代碼中的轉(zhuǎn)換格式見表2。
| 表1 匹配寄存器的使用 | |
| Timer MRn | Function |
| MR0 | RX |
| MR1 | RX |
| MR2 | Available to user |
| MR3 | TX |
該軟件方案采用深度可變的先入先出的形式（variable depth FIFOs）作為發(fā)送和接收的緩 沖。請注意，UART 的波特率以及發(fā)送器、接收器的FIFO 深度，是在編譯過程中配置的，并且 在運行時無法改變。
| 表2 | |
| Parameter | Value |
| Start Bits | 1 |
| Data Bits | 8 |
| Stop Bits | 1 |
| Parity | None |
演示源代碼利用了LPC111X 和LPC13XX 的引腳兼容性的優(yōu)點，在目標平臺之間只需 要做最少量的修改。表3 列出了源代碼使用的引腳功能。本文檔中使用的兩個目標評估模塊 配備了硬件電路以轉(zhuǎn)換外圍的UART 信號到RS232 或者USB。軟件UART 引腳必須與這些 信號相連接才能與PC 通信。因為LPC111X/LPC13XX 的引腳默認使用上拉電阻，P1.6 和 P1.7 必須設(shè)置為閑置模式（inactive mode）避免與軟件UART 信號發(fā)生沖突。
3．軟件環(huán)境
本文檔中包含了幾個版本的示例軟件工程。這些工程在表4 所列明的環(huán)境中進行測試。示例 工程的默認大小（沒有優(yōu)化）列在表5 中。
4．硬件配置——IAR LPC1114 SK
圖1 所示為一個連線的例子。請注意，跳線連接P0.11 和P1.7,使用20pin 標準連接器 進行調(diào)試。這樣的話不會影響JLink 調(diào)試，但是仍然需要一個外部的調(diào)試器，例如Keil ULINK2，使用10pin SWD 頭。
5．硬件配置——LPC1114 LPCXpresso
圖2 所示為軟件UART 信號與USB 轉(zhuǎn)換芯片的連接方法。
6．操作
LPC13XX 系列演示代碼在以下幾種條件下進行測試：1，沒有使用系統(tǒng)的PLL，連接 外部12MHz 晶振；2，使用系統(tǒng)的PLL 分別產(chǎn)生24MHz，60MHz，72MHz 系統(tǒng)時鐘。LPC111X 系列在以下環(huán)境中測試：1，外部12MHz 晶振；2，使用PLL 分別產(chǎn)生24MHz 和48MHz 系統(tǒng)時鐘。
請注意，UART 的波特率依賴于系統(tǒng)時鐘頻率。因此，系統(tǒng)使用一個不同于示例代碼中 的48MHz/72MHz 的時鐘頻率時，必須在工程源代碼中更新BIT_LENGTH 的定義。例如， 在12MHz 的系統(tǒng)中傳送串行數(shù)據(jù)的速率為9600bit/s ， 則BIT_LENGTH 為： 12000000/9600=1250 。如果系統(tǒng)時鐘變?yōu)?8MHz ， BIT_LENGTH 應(yīng)該改為： 48000000/9600=5000。
演示程序先發(fā)出一個用戶提示信息，然后進入一個永恒循環(huán)，把接收到的字符回傳給用戶， 如圖3 所示。
7．結(jié)果
信號線的示波圖（The oscilloscope screenshots）在調(diào)試過程中很有幫助。這些類似于LPC2000 軟件UART，細節(jié)請參考AN10689。表6 和表7 所示為，演示程序在不同的系統(tǒng)時鐘頻率 下，波特率最大的速率。
| 表6 LPC111X測試結(jié)果 | ||
| System clock(MHz) | Max.transmit(bit/s) | Max.receive(bit/s) |
| 12 | 9600 | 4800 |
| 24 | 38400 | 9600 |
| 48 | 57600 | 19200 |
| 表7 LPC13XX測試結(jié)果 | ||
| System Clock(MHz) | Max.transmit(bit/s) | Max.reveive(bit/s) |
| 12 | 9600 | 4800 |
| 24 | 38400 | 9600 |
| 60 | 115200 | 19200 |
| 72 | 115200 | 38400 |
8．結(jié)論
盡管部分LPC11XX/LPC13XX 只配置了單一的UART，通過這個例程，設(shè)計人員使用 額外的軟件UART 通道，可以增強產(chǎn)品的性能。采用這種軟件化方案，不必在PCB 上增加 額外的IC，這樣既節(jié)省了空間，又降低了生產(chǎn)的成本。
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