UART通信协议(三)GPIO模拟串口

前言：上一篇文章中说到了UART的数据帧格式以及它的几种工作模式，在实际应用场合中，UART协议大多通过集成在MCU模块中的硬件逻辑来实现。为了更好的理解UART,在这里写篇文章用软件模拟串口通信，加深印象。

一、模拟前的准备

1.工作模式的选择

• 这里选择最常见异步全双工模式，无校验位，即TX和RX分别用于收发数据，可同时进行。因为这种模式相比其他的最具有代表性，也比较容易模拟，毕竟学东西都是由易到难的模式 ：）

2.数据的格式

• 这里设定的数据帧格式为1位起始位+8位数据位+1位停止位 = 10位数据位。

3.波特率的选择

• 这里的波特率选择4800Bd/s，之前说过UART下，码元的状态只有0或1两种，所以此时波特率=比特率，即此时比特率为4800bps。

4.传输时间的计算

• 按上述所说，1s可以传输4800个bit,所以传输一个Bit的时间是1/4800s = 208us。

5.程序模式的设计

• 为了便于理解和模拟，这里采用定时器计数轮询的方法，只要含有定时器的可编程芯片都能轻易实现。

6.数据结构的设计

• 1)状态控制

uint8_t UART_SCON;  //模拟控制寄存器，可控制UART是否有效
#define RIEN (1<<0)
#define TIEN (1<<1)

uint8_t UART_ISR; //模拟状态寄存器
#define RI_Bit (1<<0) //标志传送或接收一个字节的过程中
#define TI_Bit (1<<1)
#define RI_Byte (1<<2) //标志传送或接收一个字节完成
#define TI_Byte (1<<3)

#define UART_TXD_Port M0P_GPIO->P3OUT  //定义传送或接收引脚
#define UART_RXD_Port M0P_GPIO->P3IN
#define UART_TXD_Pin  1<<5
#define UART_RXD_Pin  1<<6

#define UART_BitNum   10  //1bit起始位+8bit数据位+1bit停止位 = 10
#define UART_BitCnt   13 //7 9600 //52 1200 //13 4800

注：上述代码中的UART_BitCnt是传送一个Bit需要多少个计数周期。笔者使用的定时器为16us定时器，4800的波特率，计算方法为1/4800*1000000/16 = 13，表示传送一个Bit需要的13个16us的时间。

• 2)发送数据

typedef struct{
   
   
 uint8_t BitNum;  //用于计数传送了第几个Bit
 uint8_t BitCnt;  //用于计数每个Bit传送需要时间
 uint16_t BitSndBuf; //存储要传送的Bit，包括起始位、数据位和停止位
 uint8_t SBUF;  //要发送的一个字节数据的缓存
}UART_Tran;

• 3)接收数据

typedef struct{
   
   
 uint8_t BitNum;  //计数接受的Bit数
 uint8_t BitCnt