你是否遇到過某個MCU串口不夠的情況? 這時我們可以考慮用GPIO去模擬，如何具體實現(xiàn)呢?

首選我們需要了解串口的傳輸協(xié)議，

UART使用異步模式工作，不需要時鐘信號，其一般格式為： 起始位+數(shù)據(jù)位+校驗位+停止位。其中起始位1位，數(shù)據(jù)位5~8位，校驗位0或1位，停止位1、1.5或2位。不過最常用的格式是 1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、沒有奇偶校驗、1位停止位，簡記為8/N/1。

8/N/1格式的時序圖如下：

空閑時數(shù)據(jù)線上規(guī)定為邏輯1。

開始傳輸數(shù)據(jù)時先發(fā)送起始位，規(guī)定為邏輯0，接收端會檢測這個下降沿，以便之后開始采樣接收數(shù)據(jù)。

起始位之后是數(shù)據(jù)位，規(guī)定 先發(fā)送最低位，即LSB First。因為UART沒有時鐘信號，故使用 波特率來確定每一位的長度，不過為保證檢測的準確性，實際采樣頻率會高于波特率，一般每一位會進行若干次采樣，取中間的采樣值作為這一位的結(jié)果。

奇偶校驗位一般不使用。

停止位一般使用1位，規(guī)定為邏輯1，除了表示傳輸結(jié)束外，停止位還可以起到時鐘同步的作用。

需要注意的是，這里的邏輯0并不一定是0V，這與使用的電平標準有關(guān)。 對于TTL電平而言，邏輯0是0V，邏輯1是高電平(一般為3.3V或5V);對于RS-232電平而言，邏輯0是3V~15V，邏輯1是-3~-15V。

除了TX、RX、GND信號外，UART中還會有諸如RTS、CTS等流控信號，因為用得不是很多，此處就不總結(jié)了。

以發(fā)送0x23(無奇偶校驗)為例來說明，傳輸時序如下：

注意是LSB First，也就是最低位先傳輸哦。

掌握清楚這個時序那么也就好用GPIO模擬了，除了需要兩個GPIO，還需要兩個定時器(分別用于接收和發(fā)送時序控制)，另外需要說明的是，為方便起見，采樣頻率這里就設(shè)置成了波特率。

1) 對于接收，當RX引腳檢測到下降沿時，進入GPIO中斷，然后開啟一個定時器，第一次定時器周期設(shè)置為1/波特率的一半(目的是為了在中心處判斷是否為低電平，以表示是否為起始位)，再之后就可以設(shè)置定時器周期為1/波特率，每隔此周期在定時器中斷里去采樣RX引腳電平，將數(shù)據(jù)接收完畢

2)對于發(fā)送，首先發(fā)送一個起始位，之后以1/波特率為周期，在定時器中斷里去發(fā)送比特位即可。

我在NXP的MCU上做了實現(xiàn)， 經(jīng)過測試波特率可以達到38400. 有需要代碼的添加管理員微信獲取(見本文最后二維碼)。

以下是對程序的簡單說明：

1)gpio_uart_demo_init 里可以配置UART的相關(guān)參數(shù)，如波特率，奇偶校驗，數(shù)據(jù)位長度

2)void gpio_uart_read(uint8_t *bufptr, uint32_t size, void (*rx_callback)(void)) 這個函數(shù)為uart 接收函數(shù)，第一個參數(shù)為數(shù)據(jù)存放buffer，第二個數(shù)據(jù)為接收長度，第三個參數(shù)為callback函數(shù)。注意目前的實現(xiàn)是調(diào)用此函數(shù)后，當接收完指定長度數(shù)據(jù)后，會停止接收數(shù)據(jù)。 如果之后要繼續(xù)接收，需要再次調(diào)用這個函數(shù)。

3)void gpio_uart_write(uint8_t *databuf, uint32_t num,void (*tx_callback)(void))這個函數(shù)為uart發(fā)送函數(shù)， 第一個參數(shù)為發(fā)送數(shù)據(jù)buffer，第二個數(shù)據(jù)為發(fā)送長度，第三個參數(shù)為callback函數(shù)。

4)移植到其他不同平臺非常容易，只需要修改下GPIO和定時器配置即可。

1.一起迎接開源創(chuàng)新的工業(yè)操作系統(tǒng)新時代~

2.何小慶老師嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)課程視頻專輯更新啦!

3.十年經(jīng)驗的大神談如何學(xué)STM32嵌入式開發(fā)

4.OpenHarmony編譯構(gòu)建詳解(windows版)

5.實用 | 10分鐘搭建一個嵌入式web服務(wù)器

6.沒有串口，你會如何打印調(diào)試日志? 串口在我們?nèi)粘５拈_發(fā)中不可或缺，但是有的板子的板載資源有限，如stm32f1c8t6只有三個串口，如果你想要留下一個串口打印調(diào)試信息的話，你僅僅只剩下了兩個串口可以用于模塊的驅(qū)動，這在很多時候是明顯不夠用的。下面，我將介紹如何使用普通的GPIO按照串口通信的協(xié)議來模擬一個硬件串口，可以使用它來驅(qū)動模塊。

串口不像其它的一些協(xié)議，有自己的數(shù)據(jù)線(SDA)與時鐘線(CLK)，通信雙方可以按照時鐘線上升或下降的不同狀態(tài)來進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。串口的通信全靠內(nèi)部的一個波特率發(fā)生器來指揮數(shù)據(jù)的運輸。這里可能會有人有疑問：為什么不在接收方的接收寄存器接收到八位數(shù)據(jù)(寄存器滿)就直接中斷呢，一旦我收到了八位數(shù)據(jù)我直接中斷就好了啊，這樣不就可以不用統(tǒng)一波特率了嗎。試想一種情況：發(fā)送方發(fā)送的速度是接收方的接收速度的八倍(發(fā)送方1秒發(fā)送1個bit，接受方8秒接收一個bit并將接收寄存器移動一位)。開始通信8秒后，此時發(fā)送方已經(jīng)將8bit數(shù)據(jù)發(fā)送完了，但是，接收方僅僅只讀出數(shù)據(jù)了1bit數(shù)據(jù)并移入了接收寄存器，但是你會發(fā)現(xiàn)，也就是說，接收方并不能夠正確接收這段時間內(nèi)發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)。還有一種情況是接收方的波特率大于發(fā)送方，你們可以按照上面的方法去推導(dǎo)會發(fā)生什么錯誤(速度同樣是八倍的情況下，發(fā)送方僅僅發(fā)送了1bit,接收方接收了8bit，發(fā)送了一個bit位1,接收會認為是1111 1111 (0xFF))。所以出現(xiàn)0xFF，0x00,或其它亂碼情況，極有可能是波特率(其它協(xié)議可以叫收發(fā)速率)不匹配導(dǎo)致的。