基于MM32F013x上实现UART极性取反的方案设计

本文是针对在MM32F013x上实现UART极性取反的功能应用。

在嵌入式领域，通常默认串口的电平是高电平为逻辑1，低电平为逻辑0，而在MM32的UART特性中是可以将高电平设置为逻辑0，低电平设置为逻辑1的，UART极性取反虽然不常用，但还是在特殊情况下是需要这个功能，比如硬件设计已经导致必须使用极性取反，否则电路就要改板或者增加反相电路。例如下图的UART隔离电路就需要UART发送极性取反功能。

图1 UART隔离电路

01、UART极性取反简介

UART极性取反下的电平与正常模式下的电平是相反的，正常情况下，UART空闲时电平是高，起始位是空闲状态下变成低电平，bit为1时电平也高。在UART极性取反状态下，空闲电平是低电平，起始位是高，bit为1时电平是低。

在数据接收发送寄存器中，数据也是可以反转的，原来的0变为1，原来的1变为0，这和电平极性反转是类似。需要特别注意的是，在极性反转的时候，起始位和结束位也都反转了，所有的信号电平都反转；而在数据寄存器中只反转了数据位，其中也包含了校验位，没有反转信号的起始位和结束位的极性。

图2 UART极性取反波形

上图是用逻辑分析仪抓取的UART极性取反的逻辑波形。红色字体：“IDLE”部分是空闲状态，“START”是起始位，后面“0~7”是数据的bit0~bit7，“STOP” 是停止位，“IDLE”是空闲（注意，逻辑分析仪设置反向，不然只能抓到波形，无法解析出数据）。

图3 UART极性取反控制位

UART->GCR寄存器描述

设置寄存器 TX_TOG位来使能UART发送极性取反功能。

如果UART接收极性也需要取反，则设置RX_TOG位来使能UART接收极性取反功能。

除了设置上述2个位外，其他部分的设置跟普通模式一模一样。

02、初始化UART1

从官网上下载MM32F013x例程，里面有UART普通模式的配置，主要是增加了UART->GCR的TX_TOG和RX_TOG位设置，如下：

void uart_nvic_init(u32 bound)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    UART_InitTypeDef UART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_UART1, ENABLE);
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_1);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_1);

    //UART1 NVIC
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = UART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPriority = 3;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    //Baud rate
    UART_StructInit(&UART_InitStructure);
    UART_InitStructure.BaudRate = bound;
    //The word length is in 8-bit data format.
    UART_InitStructure.WordLength = UART_WordLength_8b;
    UART_InitStructure.StopBits = UART_StopBits_1;
    //No even check bit.
    UART_InitStructure.Parity = UART_Parity_No;
    //No hardware data flow control.
    UART_InitStructure.HWFlowControl = UART_HWFlowControl_None;
    UART_InitStructure.Mode = UART_Mode_Rx | UART_Mode_Tx;

    UART_Init(UART1, &UART_InitStructure);

    UART_ITConfig(UART1,UART_IT_RXIEN,ENABLE);

    UART1->GCR |= UART_GCR_TXTOG; //发送取反位
    UART1->GCR |= UART_GCR_RXTOG; //接收取反位

    UART_Cmd(UART1, ENABLE);

    //UART1_TX   GPIOA.9
    GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    //UART1_RX    GPIOA.10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

03、功能测试

UART极性取反测试可以自发自收，需要将PA9和PA10短接，需要注意的是收发都需要配置成极性取反功能。在main函数所在.c文件里面，定义一个u8型全局变量UART_SendValue，UART_SendValue每隔500ms自加1，然后通过UART发送出去，依次循环。

u8 UART_SendValue = 0;
s32 main(void)
{
    DELAY_Init();
    LED_Init();
    uart_nvic_init(9600);
    while(1) {        
                 UartSendByte(++UART_SendValue);
                 DELAY_Ms(500);
             }
} 

在UART的中断服务函数里面，将接收到的数据存放在printBuf，这样可以在仿真界面下的watch窗口观看printBuf的值是否每隔500ms增加一次并且和UART_SendValue的值一致。

void UART1_IRQHandler(void)
{
    if (UART_GetITStatus(UART1, UART_ISR_RX) != RESET) 
    {
         UART_ClearITPendingBit(UART1, UART_ISR_RX);
        printBuf = UART_ReceiveData(UART1);
    }
}

下图仿真界面下可以看到printBuf和UART_SendValue的值是一致的。

图4 UART仿真watch窗口数据对比

下图逻辑分析仪抓取的逻辑波形，可以看到电平和分析到的数据都是一致的。

图5 UART极性0x09取反波形
编辑：hfy