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实训Day04

2021-05-27

实训, UART

UART通信

0x01 什么是UART？

  • 通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器

    • 同步通信：发送方发出数据后，等接收方发回响应以后才发下一个数据包

    • 异步通信：发送方发出数据后，不等接收方发回响应，接着发送下个数据包的通讯方式

    • 总结

      • 同步通信是阻塞方式，异步通信是非阻塞方式
      • 常见通信总线协议中，I2C、CPI属于同步通信，UART属于异步通信

    • 注意

      • 同步通信的通信双方必须先建立同步，双方的时钟需要调整到同一个频率

      • 异步通信两个通信设备没有时钟信号，因此需要约定好波特率，常见的有4800，9600,115200等，土工室数据起始位和停止位必不可少

  • 一种常用也是最简单的串行数据传输协议。数据线只需要两根就可以实现全双工

    • Tx:发送数据线

    • Rx:接收数据线

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      RS-232标准:上位机和下位机串口通信时的接线方式,主要是接线需要接对

0x02 上位机和下位机

通信，通信，两台设备才能进行通信

  • 模块之间的通信,根据其在系统中的功能与作用可分为上位机 与 下位机
  • 上位机：处理性能强的计算机，数据的统一处理都在上位机完场
  • 下位机：数据采集和发送的终端，处理性能单一的计算机
  • 注意：一般一个上位机会对应多个下位机，这种模式可以使数据处理的更加全面，同时也大大降低成本。

0x03 UART数据帧

  • 在协议层(UART protocol 串口协议)，规定了数据包的内容，串口发送和接收的数据包都是以帧为单位，Frame

  • 数据包(帧Frame)内容组成：起始位(1bit)+数据位(5~9bit)+校验位(0/1bit)+停止位(0.5,1,1.5bit)

    • 起始位：一个周期的低电平

    • 数据位：5~9bits数据位，具体多少需要双方协商，并优先传送最低位(LSB)

    • 校验位

      • 0校验：校验位总为“0”

      • 1校验：校验位总为“1”

      • 奇校验：有效数据和校验位中“1”的个数为奇数

        譬如0101,2个1，为达到奇校验，校验位为“1”

      • 偶校验：有效数据和校验位中“1”的个数为偶数

        譬如0100,1个1，为达到偶校验，校验位为“1”

    • 停止位：高电平，1个停止位

  • 波特率(Baudrate):传输速率，即每一秒传输多少个bit为

    • 4800
    • 9600
    • 115200

0x04 串口配置

1.结构体halUARTCfg_t

  • halUARTCfg_t结构体是串口初始化的结构体，可以对串口的初始化进行相应设置
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typedef struct
{
    bool                configured;//是否设置串口
    uint8               baudRate; //波特率设置
    bool                flowControl;//控制流设置
    uint16              flowControlThreshold;//RX缓存安全字节数(了解)
    uint8               idleTimeout;//RX来数据超时时间(了解)
    halUARTBufControl_t rx;//接收数据长度
    halUARTBufControl_t tx;//发送数据长度
    bool                intEnable;//中断使能
    uint32              rxChRvdTime;//接收数据时间
    halUARTCBack_t      callBackFunc;//回调函数
}halUARTCfg_t;

2.串口初始化实例

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static void InitUart(void)
{
	halUARTCfg_t   uartConfig;       // 声明一个halUARTCfg_t结构体
	uartConfig.configured           = TRUE;  
	uartConfig.baudRate             = HAL_UART_BR_9600;  // 波特率直接修改数字
	uartConfig.flowControl          = FALSE;
	uartConfig.flowControlThreshold = 64; 
	uartConfig.rx.maxBufSize        = 128;  
	uartConfig.tx.maxBufSize        = 128;  
	uartConfig.idleTimeout          = 6;    
	uartConfig.intEnable            = TRUE;                
	uartConfig.callBackFunc         = SerialApp_CallBack;   
	HalUARTOpen (HAL_UART_PORT_0, &uartConfig);  // 初始化，将前面配置的uartConfig作为参数传递进去
}
  • 最后的HalUARTOpen函数，将串口初始化结构体作为参数对串口0进行初始化

3.串口读操作函数

  • 串口的读操作函数为HalUARTRead()，主要功能是读取上位机通过串口发送至设备节点的数据。

  • uint16 HalUARTRead(uint8 port, uint8 *buf, uint16 len)

    • @port：串口端口的设置，可以设置为串口0或串口1；

    • @buf：数据缓冲区；

    • @len：数据长度。

    • 返回值:实际成功读取的字节数

4.串口写操作函数

  • 串口的写操作函数为HalUARTWrite()，主要功能是实现向上位机或其他设备通过串口发送数据。

    • uint16 HalUARTWrite(uint8 port, uint8 *buf, uint16 len)

    • @port：串口端口的设置，可以设置为串口0或串口1；

    • @buf：数据缓冲区；

    • @len：数据长度。

    • 返回值:实际成功发送的字节数

0x05 DHT11温湿度传感器

只简单介绍使用过的部分，因为只是进行了简单的使用，并没有深入了解

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1.DHT11数据传输协议

  • DHT11通过DATA线与MCU实现半双工通讯。每次通讯时间4ms左右(听不懂)

  • 数据：小数部分和整数部分

  • 数据传输：一次完整的数据传输为40bit,高位先出

  • 数据格式

    40bits = 8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据

        +8bit温度整数数据+8bit温度小数数据
    +8bit**校验和**

  • 校验

    • 数据传送正确时，校验和数据 = 8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据所得结果的末8位。
    • 即校验和数据 =（ 8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据）% 256(2的8次方)

2.使用DHT11温湿度显示数据

1).P0_4引脚初始化

  • DHT11使用的是CC2530的P0_4引脚，初始化引脚的输入和输出模式
  • 在dht11.c中进行初始化，具体CPIO初始化可参考Day02记录
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void DATA_IO_input_Cfg(void)//设置为上拉输入模式
{
    P0SEL &= 0xEF; // 0001 0000把P0_4设置为普通模式
    P0DIR &= 0xEF; // 1110 1111把P0_4置为输入模式
    P1INP &= 0xEF; // 1110 1111 把P1_2设置为上下拉模式
    P2INP &= 0xDF; // 1101 1111 把P1设置为上拉模式
}

void DATA_IO_output_Cfg(void)//设置为输出模式
{
    P0SEL &= 0xEF; // 0001 0000把P0_4设置为普通模式
    P0DIR |= 0x10; // 0001 0000把P0_4置为输入模式
}

  • 因为数据采集和处理函数已经给我们准备好了，因此我们只要在Z-stack协议栈中创建事件进行调用即可

    数据采集和处理函数

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    int Start_DHT11(void)//开始采集数据
    {
      unsigned char buf[5];
      DATA_IO_output_Cfg();//设置为输出模式
      DATA = 0;//发送开始信号
      MicroWait(20000);//延时至少18ms
      DATA = 1;//拉高20~40us
      MicroWait(40);
      
      DATA_IO_input_Cfg();//设置为输入模式
      while(!(DATA ==0));//等DHT11回响应信号
      
      while(!(DATA ==1));//等DHT11把总线拉高，准备接收数据
      buf[0] = Read_Byte();
      buf[1] = Read_Byte();
      buf[2] = Read_Byte();
      buf[3] = Read_Byte();
      buf[4] = Read_Byte();

      if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])%256 == buf[4])
      {
        humidity = buf[0];
        temperature = buf[2];
        return 1;
      }
      return 0;
    }

步骤：为事件定义编码-宏–>添加提取事件类处理代码–调用事件设置函数

2).为事件定义编码-宏

在GenericApp.h中添加

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#define GENERICAPP_MY_EVT1       0x0004

3).添加提取事件类处理代码

GenericApp.c中的GenericApp_ProcessEvent()函数中最后部分添加

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if ( events & GENERICAPP_MY_EVT1 )
  {
    unsigned char temp[32];
    if(Start_DHT11() == 1) // 此处调用了dht11.c中的温湿度采集和处理程序
    {
      sprintf(temp,"temperature:%d,humidity:%d\r\n",temperature,humidity);
      HalUARTWrite(HAL_UART_PORT_0,temp,strlen((char *)temp));
    }
    else
    {
        HalUARTWrite(HAL_UART_PORT_0,"error\r\n",strlen("error\r\n"));
    }
    return (events ^ GENERICAPP_MY_EVT1); // 清零
  }

4).添加调用事件设置函数代码

GenericApp.c中的GenericApp_ProcessEvent()函数中switch中添加

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if (GenericApp_NwkState == DEV_ZB_COORD) // 网络状态变成协调器
{
    osal_set_event(GenericApp_TaskID,GENERICAPP_MY_EVT1);
}

附录

串口通信（UART）介绍