05-筆記：LPC1788-串口

概述

LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 具有 5 個符合 16C550 工業標准的異步串行口 UART0、 UART1、UART2、UART3 和 UART4。

其中，各串行口的區別是：UART1 比 UART0、2、3 增 加了 Modem 接口；

UART4 較 UART0、2、3 增加了 IrDA 接口和符合 ISO7816-3 的智能卡接口， 其余都基本相同。

注：默認情況下， UART2 、 UART3 和 UART4 都被關閉，以節省功耗。若需使用 UART2 、 UART3 和 UART4 ， 請設置 PCONP 寄存器的相關位。此外，在不啟用 Modem 、 IrDA 等模式時， UART1 和 UART4 也可以和 UART0 、 2 、 3 一樣，當普通 UART 來用。

 

特性

 數據大小為 5、6、7、8 位；

 奇偶發生和校驗：奇、偶標記，空格或沒有；

 1 個或 2 個停止位；

 16 字節收發 FIFO；

 內置波特率發生器，包括小數波特率分頻器用於各種功能；

 支持 DMA 發送和接收；

 自動波特率功能；

 間隔發生和檢測；

 多處理器尋址模式；

 UART1 包含標准 Modem 接口信號（CTS、DCD、DTS、DTR、RI、RTS）；

 UART4 包含支持紅外通信的 IrDA 模式；

 UART0/2/3/4 支持軟件流控制；

 UART0/2/3/4 支持 RS-458/EIA-485，其中 UART4 支持 9-位模式和輸出使能；

 UART4 支持可選擇的同步發送或接收模式；

 UART4 支持可選擇的遵循 ISO 7816-3 規范的智能卡接口。

 

引腳描述

[1] 當 UARTn 的兩根或兩根以上 RXDn 腳啟用時，僅引腳編號最小的那根 RXD 腳有效，而成為 UARTn 的數據輸入引腳。此時，其它被復用為 RXD 的引腳對 UARTn 輸入沒有影響。例如 RXD3 對應的四根 引腳 P0.1 、 P0.3 、 P0.26 、 P4.29 若同時啟用為 UART 數據接收腳，那么，僅 P0.1 腳能有效接收數據。

[2] 當 UARTn 的 TXDn 腳全部啟用時，所有 TXDn 引腳都會彼此獨立地輸出相同信號。

只有 UART1 才具有 Modem 接口，因此 UART0、UART2、UART3 和 UART4 不具有 CTS1、

DCD1、DSR1、RI1、DTR1 和 RTS1 引腳。

只有 UART4 支持同步模式，因此 UART0、UART1、UART2 和 UART3 不具有 SCLK 引腳。

 

 

UART0 和 UART1、UART2、UART3、UART4 各有一個獨立波特率發生器，它們的功能

都是相同的，我們以 UART0 波特率發生器（U0BRG）為例進行說明。

U0BRG 產生 UART0 發送模塊所需的時鍾。UART0 波特率發生器時鍾源為 APB 時鍾

（PCLK）。 時鍾源與 U0DLL 和 U0DLM 寄存器所確定的除數相除得到 UART0 Tx 模塊所需時

鍾，該時鍾必須為目標波特率的 16 倍。

 

LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 UART 部分的寄存器結構如圖 5.16 所示。其中，UART1 具

有 Modem 模塊，UART4 具有 IrDA 模塊和智能卡接口模塊，UART0/2/3/4 具有 485 模塊。

 

 

LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 的五個 UART， 均具有 16 字節的收發 FIFO，內置波特率發

生器，五個串口具有基本相同的寄存器，其中 UART1 帶有完全的調制解調器控制握手接口。

在大多數異步串行通訊的應用中，並不需要完整的 Modem 接口信號(輔助控制信號)，而只使用

TXD、RXD 和 GND 信號即可。

 

UART 中斷

LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 UART 接口具有中斷功能，而且由嵌套向量中斷控制器

（NVIC）管理，UART0、UART1、UART2、UART3 和 UART4 中斷分別位於 NVIC 中斷通道

21、通道 22、通道 23、通道 24 和通道 51。

以 UART0 為例，UART0 接口中斷與嵌套向量中斷 控制器（NVIC）的關系如圖 5.24 所示。

UART0 中斷占用 NVIC 的通道 21，中斷使能寄存器 ISER 用來控制 NIVC 通道的中斷使能。

當 ISER0[5]=1 時，通道 21 中斷使能，即 UART0 中斷使能。

中斷優先級寄存器 IPR 用來設定 NIVC 通道中斷的優先級。IPR1[15:11]用來設定通道 21

的優先級，即 UART0 中斷的優先級。具體的設定方法可參考“嵌套向量中斷控制器（NVIC）”

一節。

當 UART0 接口的優先級設定且中斷使能后，若觸發條件滿足時，則會觸發中斷。當處理

器響應中斷后將自動定位到中斷向量表，並根據中斷號從向量表中找出 UART0 中斷處理的入

口地址，然后 PC 指針跳轉到該地址處執行中斷服務函數。因此，用戶需要在中斷發生前將

UART0 的中斷服務函數地址（UART0_IRQHandler）保存到向量表中。

UART 中斷主要分為 5 類 ：接收中斷、發送中斷、接收線狀態中斷、Modem 中斷和自動波

特率中斷，如圖 5.25 所示。其中， 接收線狀態中斷指接收過程中發生了錯誤，即接收錯誤中斷。

只有 UART1 接口具有 Modem 中斷，其它 UART 接口由於沒有 Modem 功能，所以沒有 Modem

中斷。自動波特率中斷包括自動波特率結束中斷和超時中斷。

UARTn 中斷標志寄存器（UnIIR，n = 0~4）

UnIIR 提供狀態碼用於指示掛起中斷 [1] 的中斷源 和優先級，5 個 UART 的 IIR 寄存器之概況如表 5.29

所列。其中，只有 UART1 具有 Modem 中斷。 [1] “掛起中斷”是指產生了但是未被響應的中斷請求。

在訪問 UnIIR 過程中，中斷被凍結。若訪問 UnIIR 時產生了中斷，該中斷將被記錄，下次訪問 UnIIR 時

便可將其讀出。UART 中斷標志寄存器描述如表 5.30 所列。

中斷的處理見表 5.31。給定了 UnIIR[3:0]的狀態，中斷處理程序就能確定中斷源以及如何 清除激活的中斷

（1）UART 接收線狀態中斷（RLS 中斷）

接收線狀態（UnIIR[3:1]=011）是最高優先級中斷。只要 UARTn 在接收數據時產生下面 4

個錯誤中的任意一個，UnIIR 將產生相應的中斷標志。

 溢出錯誤（OE）；

 奇偶錯誤（PE）；

 幀錯誤（FE）；

 間隔中斷（BI）。

具體錯誤類型可通過查看 UnLSR[4:1]得到。 當讀取 UnLSR 寄存器時，自動清除該中斷標志。

（2）UART 接收數據可用中斷（RDA 中斷）

接收數據可用中斷（UnIIR[3:1]=010）與字符超時中斷（UnIIR[3:1]=110）共用第二優先級。

當 UARTn 接收 FIFO 達到 UnFCR[7:6]所定義觸發點時，RDA 中斷被激活。當 UARTn Rx FIFO

的深度低於觸發點時，RDA 中斷復位。當接收數據可用中斷激活時，CPU 可讀出由觸發點所

定義長度的數據塊。

（3）UART 字符超時中斷（CTI 中斷）

字符超時中斷（UnIIR[3:1]=110）為第二優先級中斷。當接收 FIFO 中的有效數據個數少於

觸發個數時（至少有一個），如果經過了一段時間 [1] 沒有數據到達，將觸發字符超時中斷，此時

CPU 就認為一個完整的字符串已經結束，然后將接收 FIFO 中的剩余數據。

[1] 這個觸發時間為：接收 3.5 到 4.5 個字符的時間。“ 3.5 ～ 4.5 個字符的時間”，其意思是在當前波特率下， 發送 3.5 ～ 4.5 個字節所需要的時間。

產生字符超時中斷后，對接收 FIFO 的以下操作都會清除該中斷標志：

 從接收 FIFO 中讀取數據，即，讀取 UnRBR 寄存器；

 有新的數據送入接收 FIFO，即，接收到新數據。

需要注意的是： 當接收 FIFO 中存在多個數據，從 UnRBR 讀取數據，但是沒有讀完所有數

據，那么在經過 3.5～4.5 個字節的時間后將再次觸發字符超時中斷；

例如，一個外設向 LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 發送 85 個字符，而接收觸發值為 8 個字

符，那么前 80 個字符將使 CPU 接收 10 個接收數據可用中斷，而剩下的 5 個字符使 CPU 接收

1～5 個字符超時中斷（取決於服務程序）。

 

 

接收中斷

對於 UART 接口來說，有兩種情況可以觸發 UART 接收中斷：

接收字節數達到接收 FIFO 的觸發點（RDA）、接收超時（CTI）。

 

接收字節數達到接收 FIFO 中的觸發點（RDA）

LPC178x/177x系列Cortex-M3 UART接口 具有 16 字節的接收 FIFO，接收觸發點可以設

置為 1、4、8、14 字節， 當接收到的字節數達 到接收觸發點時，便會觸發中斷。

如圖 5.26 所示，通過 UART FIFO 控制寄 存器 UnFCR，將接收觸發點設置為“8 字節觸

發”。那么當 UART 接收 8 個字節時，便會觸 發 RDA 中斷（注：在接收中斷使能的前提下）。

 

接收超時

當接收 FIFO 中的有效數據個數少於觸發個數 時（注：接收 FIFO 中至少有一個字節），如果長時

間沒有數據到達，將觸發 CTI 中斷。這個時間為： 3.5 到 4.5 個字符的時間。

接收線狀態中斷

在 UART 接收數據時，如果出現溢出錯誤（OE）、奇偶錯誤（PE）、幀錯誤（FE）和間隔中斷（BI）中的任意一個 錯誤時，都會觸發接收線狀態中斷。具體的錯誤標志可以通

過讀取 UART 狀態寄存器 UnLSR[4：1]得到。 當讀取 UnLSR寄存器時，會清除該中斷標志。

 

 

 

 

初始化

設置 UART 通信波特率，就是設置寄存器 UnDLL 和 UnDLM 的值，UnDLL 和 UnDLM 寄

存器是波特率發生器的除數鎖存寄存器，用於設置合適的串口波特率。

上面已經講過，寄存器

UnDLL 與 UnRBR/UnTHR、UnDLM 與 UnIER 具有同樣的地址，如果要訪問 UnDLL、UnDLM，

除數訪問位 DLAB 必須為 1。在不使用小數分頻器時，寄存器 UnDLL 和 UnDLM 的計算如下：

設置 UART 的 工作模式，如：字長度選擇、停止位個數、奇偶校驗位等。此外，還要根據實際情況設置中斷。

UART0 初始化示例，程序將串口波特率設置為 UART_BPS（如 115200）， 8 位數據長度，1 位停止位，無奇偶校驗。

#define UART_BPS 115200  /*  定義通訊波特率 */
/**********************************************************************************************
**  函數名稱： UART0_Ini
**  函數功能：初始化串口 0 。設置為 8 位數據位， 1 位停止位，無奇偶校驗，波特率為 115200
**********************************************************************************************/
void UART0_Ini(void)
{
	uint32_t Fdiv = 0;
	U0LCR = 0x83;  /* DLAB = 1 ，可設置波特率 */
	Fdiv = (Fpclk / 16) / UART_BPS; /*  設置波特率 */
	U0DLM = Fdiv / 256;
	U0DLL = Fdiv % 256; 
	U0LCR = 0x03;  /* 鎖定除數訪問 */
	U0FCR  = 0x07;  /* 使能並復位 FIFO */
}

 

UART 發送數據

LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 含有一個 16 字節的發送 FIFO，在發送數據的過程中，發送

FIFO 是一直使能的，即，UART 發送的數據首先保存到發送 FIFO 中，發送移位寄存器會從發

送 FIFO 中獲取數據，並通過 TXD 引腳發送出去，如圖 5.36 所示。

上面講過，寄存器 UnRBR 與 UnTHR 是同一地址，但物理上是分開的，讀操作時為 UnRBR，

而寫操作時為 UnTHR。

在寄存器 UnLSR 中，有兩個位可以用在 UART 發送過程中，UnLSR[5]和 UnLSR[6]

（1）UnLSR[5]——THRE

當發送 FIFO 為空時，THRE 置位。從上面的描述可知，當發送 FIFO 變空時，發送 FIFO

中的數據已經保存到了發送移位寄存器中，因此，移位寄存器此時正開始傳輸一個新的數據。

當再次向 UnTHR 寄存器中寫入數據時，THRE 位會自動清零。

（2）UnLSR[6]——TEMT

當發送 FIFO 和移位寄存器都為空時，TEMT 置位。由於所有發送的數據都是從移位寄存

器中發送出去的，因此，當 TEMT 置位時，表示 UART 數據已經發送完畢，而且，此時發送

FIFO 也已經沒有數據了。當再次向 UnTHR 寄存器中寫入數據時，TEMT 位會自動清零。

只要 TEMT 位置位，則 THRE 位也一定會置位的。

UART 接口發送操作可以采用兩種方式：中斷方式和查詢方式。如表 5.66 所示。

采用查詢方式發送一字節數據

/**********************************************************************************************
**  函數名稱： UART0_SendByte
**  函數功能：向串口發送字節數據，並等待發送完畢
**  入口參數： data  要發送的數據
**  出口參數：無
**********************************************************************************************/
void UART0_SendByte(uint8 data)
{
U0THR = data; /*  發送數據 */
while ( (U0LSR&0x40)==0 );  /*  等待數據發送完畢 */
}

 

 

 

UART 接收數據

寄存器 UnRBR 與 UnTHR 是同一地址，但物理上是分開的，讀操作時為 UnRBR，

而寫操作時為 UnTHR。

LPC178x/177x 系列 Cortex-M3 的四個 UART，各含有一個 16 字節的 FIFO，用來作為接收

緩沖區，緩沖區中的數據只能夠通過寄存器 UnRBR 來獲取。UnRBR 是 UARTn 接收 FIFO 的

最高字節，它包含了最早接收到的字符。每讀取一次 UnRBR，接收 FIFO 便丟掉一個字符。

可見，只要接收 FIFO 中含有數據，則寄存器 UnRBR 便不會為空，就會包含有效數據，即，

UnLSR[0] = 1。

UART 接收數據時，可以使用查詢方式接收，也可以使用中斷方式接收，如表 5.67 所示。

采用查詢方式接收一字節數據

/**********************************************************************************************
**  函數名稱： UART0_RcvByte
**  函數功能：從串口接收一個字節的數據。使用查詢方式
**  入口參數：無
**  出口參數：返回接收到的數據
**********************************************************************************************/
uint8 UART0_RcvByte(void)
{
uint8 rcv_data;
while ((U0LSR&0x01) == 0); /*  查詢數據是否接收完畢 */
rcv_data = U0RBR;
return (rcv_data);
}

 

 

使用中斷方式接收數據時，如果發生 RDA 中斷，則循環從 UnRBR 中讀取數據即可。如果

發生了字符超時中斷——CTI，可以通過 UnLSR[0]來判斷 FIFO 中是否含有有效數據，如圖 5.43

所示。

/**********************************************************************************************
**  函數名稱： UART_Exception
**  函數功能：串口中斷服務程序
**********************************************************************************************/
void UART_Exception(void)
{
……
switch(U0IIR & 0x0f)
{
case 0x04 ： /*  發生 RDA 中斷 */
/*
**  從接收 FIFO 中讀取數據
*/
break;
case 0x0c ： /*  發生字符超時中斷 ——CTI  */
while((U0LSR & 0x01) == 1) { 
/*
**  如果接收 FIFO 中含有有效數據，就讀取 UnRBR 寄存器
*/
RcvData[i++] = U0RBR;
break;
    ……
default ：
break;
}
……
}

 

 

注：徹底清除 UART 中斷標志后才可退出中斷服務程序，否則會導致處理器反復陷入中斷。

 

綜上所述，UARTn 的基本操作方法：

 設置 I/O 連接到 UARTn；

 設置串口波特率(UnDLM、UnDLL)；

 設置串口工作模式(UnLCR、UnFCR)；

 發送或接收數據(UnTHR、UnRBR)；

 檢查串口狀態字或等待串口中斷(UnLSR)。

 

 

 

 

#ifndef __DEBUGSERIAL_H_
#define __DEBUGSERIAL_H_

#include "sys.h"
#include "stdio.h"

extern u8 serialBuffer[256];
extern u16 serialStatus;

void Debug_Serial_Init(u32 baud);
void Debug_Serial_Send_Byte(u8 dat);
void Debug_Serial_Send_Buffer(u8 length,u8* buffer);

#endif

 

 
 
#include "debugSerial.h"

//加入printf支持
#pragma import(__use_no_semihosting)                            
struct __FILE
{
    int handle;
    /* Whatever you require here. If the only file you are using is */
    /* standard output using printf() for debugging, no file handling */
    /* is required. */
};

FILE __stdout;      

_sys_exit(int x)
{
    x = x;
} 

int fputc(int ch, FILE *f)
{     
    while(!((LPC_UART0->LSR) & 0x20));      //等待判斷LSR[5](即THRE)是否是1,1時表示THR中為空     
    LPC_UART0->THR = (u8)ch;                    //發送數據    
    return ch;
}



//定義一個256字節的緩沖區用於存放接收到的串口數據信息
//定義一個16位數據同時保存接收數據長度以及接收數據的狀態
u8 serialBuffer[256] = {0};
u16 serialStatus = 0;

//16字節的狀態
//低八位為當前存儲的有效數據長度
//15位為接收完成等待處理標志
//8位表示當前已經接受到回車符\r
//第9到十四位表示在等待處理期間系統冗余發送的數據量
//用於后期通訊系統的負載自適應
 
void TransSerialsCommand(u8 res)
{
    u8 lostCount;
    u8 receiveCount;

    //接收數據處理
    if(serialStatus & (1<<15))//已經接收完成,這個數據被拋棄
    {
        lostCount = ((u8)(serialStatus>>9))&0x3f;//漏掉的數據計數
        if(lostCount < 0x3f)lostCount++;
        serialStatus &= ~(0x3f<<9);
        serialStatus |= (lostCount<<9);
    }
    else//上一個命令沒有接收完
    {
        if(serialStatus & (1<<8))//接收到\r
        {
            //等待接收\N
            if(res == '\n')
            {
                //接收完成
                serialStatus |= 0x8000;
            }
            else//不是\n,這一次命令作廢
            {
                serialStatus = 0;
            }
        }
        else//沒收到\r
        {
            if(res == '\r')
            {
                serialStatus |= 0x0100;
            }
            else
            {
                receiveCount = (u8)(serialStatus&0xff);
                if(receiveCount < 255)
                {
                    serialBuffer[receiveCount] = res;
                    receiveCount++;
                    serialStatus &= 0xff00;
                    serialStatus |= receiveCount;
                }
                else
                {
                    //數據溢出,清空
                    serialStatus = 0;
                }
            }
        }
    }
}


void UART0_IRQHandler(void)
{
    u8 status = 0;
    u8 res = 0;
	
    //清除串口中斷掛起
    NVIC_ClearPendingIRQ(GPIO_IRQn);
    //清除串口接收中斷
    if(!(LPC_UART0->IIR & 0x01))//確認有中斷發生
    {
        status = LPC_UART0->IIR & 0x0e;
        if(status == 0x04)//確認是RDA中斷
        {
            //讀取串口接收值
            res = (LPC_UART0->RBR&0xff);
            //處理串口接收值
            TransSerialsCommand(res);
        }
    }
}


void Debug_Serial_Init(u32 baud)
{
    LPC_SC->PCONP |= (1<<3)|(1<<15);                //打開時鍾
	
    //配置io口
    LPC_IOCON->P0_2 = 0x00;                         //選擇TXD功能,禁止遲滯 不反向 正常推挽
    LPC_IOCON->P0_2 |= (1<<0)|(2<<3);               //上拉
    LPC_IOCON->P0_3 = 0x00;                         //選擇RXD功能,禁止遲滯 不反向 正常推挽
    LPC_IOCON->P0_3 |= (1<<0)|(2<<3);               //上拉
    LPC_UART0->LCR = 0x83;                          //設置串口數據格式，8位字符長度，1個停止位，無校驗，使能除數訪問
    LPC_UART0->DLM = ((ApbClock/16)/baud) / 256;    //除數高八位  ， 沒有小數情況
    LPC_UART0->DLL = ((ApbClock/16)/baud) % 256;    //除數第八位
    LPC_UART0->LCR = 0x03;                          //禁止訪問除數鎖存器，鎖定波特率
    LPC_UART0->FCR  = 0x00;                         //禁止FIFO
    LPC_UART0->IER = 0x01;                          //使能接收中斷RDA

    NVIC_EnableIRQ(UART0_IRQn);                     //打開IRQ中斷
}

void Debug_Serial_Send_Byte(u8 dat)
{
    //當檢測到UARTn THR已空時，THRE就會立即被設置。寫UnTHR會清零THRE
    //0  -  UnTHR包含有效字符
    //1  -  UnTHR為空
    while(!((LPC_UART0->LSR) & 0x20));      //等待判斷LSR[5](即THRE)是否是1,1時表示THR中為空     
    LPC_UART0->THR = dat;                   //發送數據
}

void Debug_Serial_Send_Buffer(u8 length,u8* buffer)
{
    u8 i = 0;
	
    for(i = 0; i < length; i++)
    {
        Debug_Serial_Send_Byte(buffer[i]);
    }
    printf("\r\n");
}