18.4

UART波特率計算

決定串口波特率的寄存器有BRR（Bite Rate Rigister），SEMR（Serial Extended Mode Rigister）和MDDR（Modulation Duty Register）。波特率與寄存器的值的公式如圖19_8 所示。N表示BRR寄存器的值，B是波特率，PCLK 是外設(shè)時鐘的頻率（單位：MHz）。BGDM（Baud Rate Generator Double-Speed Mode Select）在RA6M5中，SCI掛載在PHBIU（Peripheral High Speed Bus Interface Unit）總線上，使用時鐘PCLKA，該時鐘默認頻率為100MHz。

圖19-8 波特率和誤差的計算公式

表1：波特率計算的相關(guān)參數(shù)描述

由于N存放的是整數(shù)，故只能將公式計算出來的值進行四舍五入，這樣肯定會存在誤差（Error）。例如，我們要配置當(dāng)前波特率為115200bps。當(dāng) PCLK=100MHz，BGDM=0，ABCS=0,ABCSE=0，n=1，按照圖19_8公式，當(dāng)前N為：

則當(dāng)前誤差Error為：

由于N是四舍五入取得的，故Error有可能是負數(shù)，因此這里取絕對值。

大多數(shù)時候會有多組參數(shù)符合波特率要求，由于誤差越大，收發(fā)出錯的可能性越大，雖然可以用奇偶校驗避免這個問題，但奇偶校驗無法解決丟包問題，因此我們一般會選擇誤差最小的那組參數(shù)。例如：同樣是要求波特率為115200bps，但此時BGDM=1，ABCS=0，ABCSE=0，n=0，則此時的N為：

當(dāng)前誤差Error為：

很明顯這組參數(shù)的誤差0.47%要小于上一組參數(shù)的 3.12%，因此我們會選擇這一組參數(shù)。

因為可選參數(shù)有很多組，所以我們需要遍歷所有可選的參數(shù)組合來尋找誤差小的那組參數(shù)，毫無疑問的對用戶來說是相當(dāng)繁瑣的。瑞薩官方當(dāng)然也想到了這一點，因此讀者在實際開發(fā)的過程中，可以直接使用FSP庫的R_SCI_UART_BaudCalculate函數(shù)來計算出適當(dāng)?shù)膮?shù)組。在通過Smart Configuration配置串口的時候，Smart Configuration也會將適當(dāng)?shù)膮?shù)組計算出來，存放到hal_data.c當(dāng)中，用戶可以直接調(diào)用。

如果我們需要更小的誤差，則需要在SEMR的BRME位（Bit Rate Modulation Enable）寫1，使能比特率調(diào)制功能。此時波特率和寄存器之間的公式見圖19_9。

圖19-9 使用比特率調(diào)制功能時的波特率和誤差的計算公式

該公式與未使用比特率調(diào)制功能時的公式大同小異，不管是BRR setting還是Error，都只是在分母添加了個系數(shù)（256/M），M是8位寄存器MDDR的值，取值范圍（128~256），這極大的降低了波特率的誤差。例如：

同樣是要求波特率為115200bps，但此時 BGDM=1，ABCS=0，ABCSE=0，n=0，M=184，則此時N為：

當(dāng)前誤差Error為：

對比未使用波特率調(diào)制器時誤差為0.47%，使用后為0.014%，誤差降低到了原來的3%，效果可以說是相當(dāng)?shù)暮茫菍ふ倚Ч罴训腗的值也是很繁瑣的。讀者只需調(diào)用FSP庫的R_SCI_UART_BaudCalculate函數(shù)，就能找到最適合的參數(shù)組。這個函數(shù)的源碼在r_sci_uart.c，如果讀者對其實現(xiàn)過程感興趣，可以翻看這個函數(shù)的源碼。

18.5

實驗1：UART收發(fā)回顯

UART只需兩根信號線即可完成雙向通信，對硬件要求低，使得很多模塊都預(yù)留UART接口來實現(xiàn)與其他模塊或者控制器進行數(shù)據(jù)傳輸，比如GSM模塊，WIFI模塊、藍牙模塊等等。在硬件設(shè)計時，注意還需要一根“共地線”。

我們經(jīng)常使用UART來實現(xiàn)控制器與電腦之間的數(shù)據(jù)傳輸。這使得我們調(diào)試程序非常方便，比如我們可以把一些變量的值、函數(shù)的返回值、寄存器標(biāo)志位等等通過UART發(fā)送到串口調(diào)試助手，這樣我們可以非常清楚程序的運行狀態(tài)，當(dāng)我們正式發(fā)布程序時再把這些調(diào)試信息去除即可。

我們不僅僅可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到串口調(diào)試助手，我們還可以在串口調(diào)試助手發(fā)送數(shù)據(jù)給控制器，控制器程序根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行下一步工作。

首先，我們來編寫一個程序?qū)崿F(xiàn)開發(fā)板與電腦通信，在開發(fā)板上電時通過UART發(fā)送一串字符串給電腦，然后開發(fā)板進入中斷接收等待狀態(tài)，如果電腦有發(fā)送數(shù)據(jù)過來，開發(fā)板就會產(chǎn)生中斷，我們在中斷服務(wù)函數(shù)接收數(shù)據(jù)，并馬上把數(shù)據(jù)返回發(fā)送給電腦。

18.5.1

硬件設(shè)計

為利用UART實現(xiàn)開發(fā)板與電腦通信，需要用到一個USB轉(zhuǎn)串口（UART）的芯片：CH340G。CH340G是一個USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，實現(xiàn)USB轉(zhuǎn) UART、USB轉(zhuǎn)lrDA紅外或者USB轉(zhuǎn)打印機接口，我們使用其USB轉(zhuǎn)UART功能。具體電路設(shè)計見圖19_10a、圖19_10b、圖19_10c。

在下面的三塊開發(fā)板的電路圖中，CH340G的TXD 引腳與MCU芯片UART的RXD引腳連接，CH340G 的RXD引腳與MCU芯片UART的TXD引腳連接。CH340G芯片集成在開發(fā)板上，其地線（GND）已與控制器的GND連通。

圖19-10a 啟明6M5開發(fā)板：USB轉(zhuǎn)串口硬件設(shè)計

圖19-10b 啟明4M2開發(fā)板：USB轉(zhuǎn)串口硬件設(shè)計

圖19-10c 啟明2L1開發(fā)板：USB轉(zhuǎn)串口硬件設(shè)計

表2：調(diào)試串口引腳分配