隨著單片機的使用日益頻繁，用其作前置機進(jìn)行采集和通信也常見于各種應(yīng)用，一般是利用前置機采集各種終端數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理、存儲，再主動或被動上報給管理站。這種情況下下，采集會需要一個串口，上報又需要另一個串口，這就要求單片機具有雙串口的功能，但我們知道一般的單片機只提供一個串口，那么另一個串口只能靠程序模擬。

　　1、串口傳輸協(xié)議

　　首先，必須要知道串口通訊時數(shù)據(jù)是怎樣傳輸?shù)模窟@里以異步傳輸字符為例子，如下圖所示：

　　一般字符傳輸都采用：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，沒有校驗位 的形式傳輸，其他形式的這里不講。串口異步傳輸在空閑狀態(tài)時都必須是高電平。第一位傳輸?shù)氖瞧鹗嘉?，起始位會將原來空閑時的高電平拉成低電平，起始位用來來標(biāo)識數(shù)據(jù)開始傳輸，提示接收方準(zhǔn)備開始接收數(shù)據(jù)；當(dāng)接收方第一次檢測到一個下降沿時，就表示接收到了起始位。起始位后就是8位的數(shù)據(jù)位，接收方在接收每一位數(shù)據(jù)的時候會采集幾十次，如果結(jié)果都是低電平，則接收到的數(shù)據(jù)位0，如果結(jié)果都是高電平，則棘手到的數(shù)據(jù)位是1。1位停止位會將電平拉成高電平，以為接收下一個數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。

　　2、IO模擬串口發(fā)送程序

　　IO口模擬串口發(fā)送數(shù)據(jù)，必須嚴(yán)格按照上面的異步傳輸協(xié)議。我們用偽代碼實現(xiàn)這一過程：

　　void VirtualCOM_ByteSend（u8 val）

　　{

　　u8 i;

　　IO_LOW（）; //起始位，拉低電平

　　Delay（sometime）;

　　for（i = 0; i 《 8; i++） //8位數(shù)據(jù)位

　　{

　　if（val & 0x01）

　　IO_HIGH（）;

　　else

　　IO_LOW（）;

　　Dealy（sometime）;

　　val 》》= 1;

　　}

　　IO_HIGH（）; //停止位，拉高電平

　　Delay（sometime）;

　　}

　　代碼很簡單，思路也很清晰，完全是按照異步傳輸?shù)倪^程寫的。這里最重要的是Delay（sometime），sometime的延時時間就決定了傳輸?shù)乃俣?，sometime去取某些值才可以設(shè)置程序標(biāo)準(zhǔn)的串口波特率（1200、2400、9600、38400、115200等等）。

　　下面，我采用STM32開發(fā)板實現(xiàn)IO模擬串口發(fā)送。

　　（1）選擇IO引腳設(shè)置為虛擬串口TX引腳

　　我選擇PA4引腳來模擬串口的TX引腳，所以需要配置下PA4這個引腳為推挽輸出：

　　#define COM_TX_PORT GPIOA

　　#define COM_TX_PIN GPIO_Pin_4

　　void VirtualCOM_TX_GPIOConfig（void）

　　{

　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

　　/* PA4最為數(shù)據(jù)輸出口，模擬TX */

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = COM_TX_PIN;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

　　GPIO_Init（COM_TX_PORT， &GPIO_InitStructure）;

　　GPIO_SetBits（COM_TX_PORT， COM_TX_PIN）;}

　　這里需要說明的是，在配置完引腳后，需要將PA4引腳拉高，這樣做是為了防止在發(fā)送數(shù)據(jù)起始位時，由于原來引腳是低電平而導(dǎo)致沒有產(chǎn)生一個下降沿信號。

　?。?）IO模擬串口發(fā)送一個字節(jié)

　　遵循串口異步傳輸協(xié)議，編寫了STM32上面的相應(yīng)代碼：

　　#define COM_TX_PORT GPIOA

　　#define COM_TX_PIN GPIO_Pin_4

　　#define COM_DATA_HIGH（） GPIO_SetBits（COM_TX_PORT， COM_TX_PIN） //高電平

　　#define COM_DATA_LOW（） GPIO_ResetBits（COM_TX_PORT， COM_TX_PIN） //低電平

　　u32 delayTime;

　　void VirtualCOM_ByteSend（u8 val）

　　{

　　u8 i = 0;

　　COM_DATA_LOW（）; //起始位

　　Delay_us（delayTime）;

　　for（i = 0; i 《 8; i++） //8位數(shù)據(jù)位

　　{

　　if（val & 0x01） COM_DATA_HIGH（）;

　　else

　　COM_DATA_LOW（）;

　　Delay_us（delayTime）;

　　val 》》= 1;

　　}

　　COM_DATA_HIGH（）; //停止位

　　Delay_us（delayTime）;

　　}

　　（3）IO模擬串口發(fā)送字符串

　　既然發(fā)送一個字節(jié)的函數(shù)已將實現(xiàn)了，那么發(fā)送字符串函數(shù)就簡單了：

　　void VirtualCOM_StringSend（u8 *str）

　　{

　　while（*str ！= 0）

　　{

　　VirtualCOM_ByteSend（*str）;

　　str++;

　　}

　　}

　　3、IO模擬接收程序

　　接收的代碼比發(fā)送的代碼復(fù)雜些。先講講怎么IO口接收數(shù)據(jù)的思路。為了接收數(shù)據(jù)，IO引腳必須可以檢測到傳輸數(shù)據(jù)的起始位，檢測起始位其實相當(dāng)于與要檢測一個下降沿信號，那么引腳只要配置成外部中斷模式就可以檢測到這個起始信號。然后根據(jù)傳輸速率配置一個相應(yīng)時間定時的定時器。當(dāng)檢測到起始信號后，打開該定時器，每隔一定時間就會進(jìn)入定時器中斷，檢測當(dāng)前的IO引腳高低電平，從而決定接收到的數(shù)據(jù)是‘1’還是‘0’。當(dāng)?shù)诰糯芜M(jìn)入定時器中斷服務(wù)程序時，說明已經(jīng)收到了一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，此時關(guān)閉定時器。

　　下面在講講怎么在STM32開發(fā)板上實現(xiàn)這一過程。

　?。?）選擇IO引腳模擬串口接收引腳RX

　　我選擇PA5來模擬串口的接收引腳RX，所以需要配置PA5為輸入模式，同時打開它的外部中斷。

　　#define COM_RX_PORT GPIOA

　　#define COM_RX_PIN GPIO_Pin_5v

　　oid VirtualCOM_RX_GPIOConfig（void）

　　{

　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

　　EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;

　　NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

　　/* PA5最為數(shù)據(jù)輸入，模擬RX */

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = COM_RX_PIN;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;

　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

　　GPIO_Init（COM_RX_PORT， &GPIO_InitStructure）;

　　EXTI_InitStruct.EXTI_Line=EXTI_Line5;

　　EXTI_InitStruct.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;

　　EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Falling;//下降沿都中斷

　　EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd=ENABLE;

　　EXTI_Init（&EXTI_InitStruct）;

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI9_5_IRQn; //外部中斷，邊沿觸發(fā)

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;

　　NVIC_Init（&NVIC_InitStructure）;

　　}

　?。?）配置一個定時器用來定時接收數(shù)據(jù)

　　我配置TIM2定時器為一定的定時周期，在它的中斷服務(wù)程序中讀取串口發(fā)送過來數(shù)據(jù)。定時器配置代碼如下：

　　void TIM2_Configuration（u16 period）

　　{

　　TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

　　NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

　　RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM2， ENABLE）;//使能TIM2的時鐘

　　TIM_DeInit（TIM2）; //復(fù)位TIM2定時器

　　TIM_InternalClockConfig（TIM2）; //采用內(nèi)部時鐘給TIM2提供時鐘源

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; //預(yù)分頻系數(shù)為72，這樣計數(shù)器時鐘為72MHz/72 = 1MHz

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //設(shè)置時鐘分頻

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//設(shè)置計數(shù)器模式為向上計數(shù)模式

　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = period - 1; //設(shè)置計數(shù)溢出大小，每計period個數(shù)就產(chǎn)生一個更新事件

　　TIM_TimeBaseInit（TIM2，&TIM_TimeBaseStructure）; //將配置應(yīng)用到TIM2中

　　TIM_ClearFlag（TIM2， TIM_FLAG_Update）; //清除溢出中斷標(biāo)志

　　TIM_ITConfig（TIM2，TIM_IT_Update，ENABLE）; //開啟TIM2的中斷

　　TIM_Cmd（TIM2，DISABLE）; //關(guān)閉定時器

　　TIM2 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; //通道設(shè)置為TIM2中斷

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//響應(yīng)式中斷優(yōu)先級0

　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //打開中斷

　　NVIC_Init（&NVIC_InitStructure）;

　　}

　?。?）IO口模擬串口接收功能的實現(xiàn)

　　IO口接收串口數(shù)據(jù)的功能是通過PA5引腳的外部中斷服務(wù)程序與定時器的中斷服務(wù)程序相互配合實現(xiàn)的。首先需要為數(shù)據(jù)定一些狀態(tài)機，方便標(biāo)識接收到數(shù)據(jù)的狀態(tài)：

　　enum{

　　COM_START_BIT， //停止位

　　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};

　　定義好了狀態(tài)機，還需要一個變量，來保存這些狀態(tài)機的變化，并定義它的初始狀態(tài)為COM_STOP_BIT：

　　u8 recvStat = COM_STOP_BIT; //定義狀態(tài)機

　　下面是PA5的外部中斷服務(wù)程序，它的主要任務(wù)是檢測起始位，當(dāng)他第一次檢測到下降沿，則說明數(shù)據(jù)即將到來，這時只要打開定時器就可以了：

　　#define COM_RX_STAT GPIO_ReadInputDataBit（COM_RX_PORT， COM_RX_PIN）void EXTI9_5_IRQHandler（void）

　　{

　　if（EXTI_GetITStatus（EXTI_Line5）！=RESET）

　　{

　　if（！COM_RX_STAT） //檢測引腳高低電平，如果是低電平，則說明檢測到下升沿

　　{

　　if（recvStat == COM_STOP_BIT） //狀態(tài)為停止位

　　{

　　recvStat = COM_START_BIT; //接收到開始位

　　Delay（1000）; //延時一定時間

　　TIM_Cmd（TIM2， ENABLE）; //打開定時器，接收數(shù)據(jù)

　　}

　　}

　　EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line5）; //清除EXTI_Line1中斷掛起標(biāo)志位

　　}

　　}

　　上面代碼中，檢測到下降沿并設(shè)置了狀態(tài)之后，延時了一定的時候，才打開定時器，這樣做的原因是讓定時器每次在信號的中間檢測，而不要在信號邊沿檢測。正如下面圖所示：

　　下面就是定時器的中斷服務(wù)程序，它主要是接收串口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，在它之前我們需要線定義一個變量用來保存接收到的數(shù)據(jù)：

　　u8 recvData;

　　然后，定時器中斷中，每收到1位數(shù)據(jù)就改變下狀態(tài)機并同時寫入這個recvData對應(yīng)的數(shù)據(jù)位中，當(dāng)收到8為數(shù)據(jù)后，然后關(guān)閉定時器定時，以等待新的數(shù)據(jù)到來：

　　void TIM2_IRQHandler（void）

　　{

　　if（TIM_GetITStatus（TIM2， TIM_IT_Update） ！= RESET） //檢測是否發(fā)生溢出更新事件

　　{

　　TIM_ClearITPendingBit（TIM2 ， TIM_FLAG_Update）;//清除中斷標(biāo)志

　　recvStat++; //改變狀態(tài)機

　　if（recvStat == COM_STOP_BIT） //收到停止位

　　{

　　TIM_Cmd（TIM2， DISABLE）; //關(guān)閉定時器 return; //并返回

　　}

　　if（COM_RX_STAT） //‘1’

　　{

　　recvData |= （1 《《 （recvStat - 1））;

　　}

　　else //‘0’ { recvData &= ~（1 《《（recvStat - 1））;

　　}

　　}

　　}

　　4、一些精確延時與不精確延時的實現(xiàn)

　　上面代碼中，需要定義一個不精確定時與兩個精確定時，分別用在檢測到下降沿后延時一段時間在打開定時器和控制傳輸速率中：

　　void Delay（u32 t）{ while（t--）;

　　}

　　void Delay_us（u32 nus）

　　{

　　SysTick-》LOAD=nus*9; //時間加載

　　SysTick-》CTRL|=0x01; //開始倒數(shù)

　　while（?。⊿ysTick-》CTRL&（1《《16）））;//等待時間到達(dá)

　　SysTick-》CTRL=0X00000000; //關(guān)閉計數(shù)器

　　SysTick-》VAL=0X00000000; //清空計數(shù)器

　　}

　　void Delay_ms（u16 nms）

　　{

　　SysTick-》LOAD=（u32）nms*9000; //給重裝載寄存器賦值，9000時，將產(chǎn)生1ms的時基

　　SysTick-》CTRL|=0x01; //開始倒數(shù) while（?。⊿ysTick-》CTRL&（1《《16）））; //等待時間到達(dá)

　　SysTick-》CTRL=0X00000000; //關(guān)閉計數(shù)器 SysTick-》VAL=0X00000000; //清空計數(shù)器

　　}

　　5、編寫一個配置波特率的函數(shù)

　　這里能配置的只有300、600、1200三種波特率，其他的波特率我不想弄，也沒有必要弄。下面編寫一個初始化IO模擬的串口，包括引腳配置、波特率設(shè)置、定時時間設(shè)置等：

　　#define _300BuadRate 3150

　　#define _600BuadRate 1700

　　#define _1200BuadRate 800void

　　VirtualCOM_Config（u16 baudRate）

　　{

　　u32 period; VirtualCOM_TX_GPIOConfig（）;

　　VirtualCOM_RX_GPIOConfig（）;

　　if（baudRate == _300BuadRate） //波特率300 period = _300BuadRate + 250;

　　else if （baudRate == _600BuadRate） //波特率600 period = _600BuadRate + 50;

　　else if （baudRate == _1200BuadRate） //波特率1200 period = _1200BuadRate + 50;

　　TIM2_Configuration（period）; //設(shè)置對應(yīng)模特率的定時器的定時時間

　　delayTime = baudRate; //設(shè)置IO串口發(fā)送的速率

　　}

　　要問上面的那些數(shù)字是怎么得來的，實話說：我是試出來，但是是有根據(jù)地試出來的。我以波特率為1200為例：IO串口發(fā)送函數(shù)VirtualCOM_ByteSend（）中，我們用Delay_us（delayTime）來控制傳輸?shù)乃俾剩绻ㄌ芈试O(shè)為1200，則1/1200=830us相當(dāng)于沒830us傳輸1bit數(shù)據(jù)，所以在delayTime理論上應(yīng)該設(shè)為830才能保證以波特率1200的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，但是由于發(fā)送是由代碼實現(xiàn)，有一定的延時，而不像真正串口通過移位寄存器發(fā)送那樣快速，所以需要將delayTime的值在830附近調(diào)整，最后我試出來delayTime=800時，正好實現(xiàn)了波特率為1200的速率發(fā)送。

　　同樣的，在IO串口接收時，需要設(shè)定定時周期，這個周期也是試出來的，但是也是有依據(jù)的。還是以1200波特率接收為例：理論上應(yīng)該設(shè)置定時時間為1/1200=830us，則需要的定時值為72000000/（1/830us）=72*830，這里設(shè)置定時器的預(yù)分頻為72，則周期值應(yīng)該為830，所以上面代碼中period的理論上應(yīng)該等于830，但是接收是由代碼寫成的，有一定的延時，而不像真正串口一樣全部有硬件完成那樣快速，所以需要將period的值在830附近調(diào)整，最后試出來period=850時，可以正常接收串口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。

　　6、其他函數(shù)的編寫

　　首先需要編寫的BSP_Init（）函數(shù)，來初始化板子的其他一些外設(shè)的的初始化：

　　void BSP_Init（void）

　　{

　　static volatile ErrorStatus HSEStartUpStatus = SUCCESS;

　　RCC_DeInit（）; //默認(rèn)配置SYSCLK， HCLK， PCLK2， PCLK1， 復(fù)位后就是該配置

　　RCC_HSEConfig（RCC_HSE_ON）; //使能外部高速晶振

　　HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp（）;//等待外部高速穩(wěn)定

　　if（HSEStartUpStatus == SUCCESS）

　　{

　　FLASH_PrefetchBufferCmd（FLASH_PrefetchBuffer_Enable）;//使能flash預(yù)讀取緩沖區(qū)

　　FLASH_SetLatency（FLASH_Latency_2）; //令Flash處于等待狀態(tài)，2是針對高頻時鐘的

　　RCC_HCLKConfig（RCC_SYSCLK_Div1）; //HCLK = SYSCLK 設(shè)置高速總線時鐘=系統(tǒng)時鐘

　　RCC_PCLK2Config（RCC_HCLK_Div1）; //PCLK2 = HCLK 設(shè)置低速總線2時鐘=高速總線時鐘

　　RCC_PCLK1Config（RCC_HCLK_Div2）; //PCLK1 = HCLK/2 設(shè)置低速總線1的時鐘=高速時鐘的二分頻

　　RCC_PLLConfig（RCC_PLLSource_HSE_Div1，

　　RCC_PLLMul_9）; //PLLCLK = 8MHz * 9 = 72 MHz 利用鎖相環(huán)講外部8Mhz晶振9倍頻到72Mhz

　　RCC_PLLCmd（ENABLE）; //使能PLL鎖相環(huán) while（RCC_GetFlagStatus（RCC_FLAG_PLLRDY） == RESET）{} //等待鎖相環(huán)輸出穩(wěn)定 RCC_SYSCLKConfig（RCC_SYSCLKSource_PLLCLK）;//將鎖相環(huán)輸出設(shè)置為系統(tǒng)時鐘 while（RCC_GetSYSCLKSource（） ！= 0x08）{} //等待校驗成功 } //使能GPIO口所使用的時鐘 RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIOD|RCC_APB2Periph_GPIOE|RCC_APB2Periph_GPIOF|RCC_APB2Periph_GPIOG， ENABLE）;

　　最后是main函數(shù)，main函數(shù)很簡單，只要調(diào)用配置IO串口的配置函數(shù)就可以了：

　　extern u8 recvData;int main（void）{ BSP_Init（）; VirtualCOM_Config（_600BuadRate）; //配置IO模擬串口的波特率為600 VirtualCOM_StringSend（“HelloWorld！\r\n”）; //發(fā)送“HelloWorld！”字符串 while（1） { VirtualCOM_ByteSend（recvData）; Delay（5000000）; }}

　　7、現(xiàn)象

　　首先。我們需要用TTL轉(zhuǎn)USB的串口線，連接到電腦，打開串口調(diào)試工具，設(shè)置波特率為600，1位停止位，然后就可以收到IO模擬串口發(fā)過來的“HelloWorld”，然后，我們發(fā)送一個字符‘a(chǎn)’過去，然后就會每間隔一段時間打印出該字符。如下圖所示：