发个软件UART代码吧

amigenius · 发表于 2016-2-17 17:17:03

看到有位仁兄发帖用软件延时来模拟UART，实在惨不忍睹，看有人感兴趣，贴上8年前项目用的软件UART吧。

#include <iom32v.h>
#include <macros.h>

#include <string.h>

#include "Vga_drv.h"
#include "uart.h"
#include "Key_Scan.h"
#include "bmp.h"
#include "Isr.h"

#include "ps2_driver.h"

#include "eeprom.h"
#include "global.h"

#include "CRC.h"

#define uint32 unsigned long

#define SC_RXD 6
#define SC_RXD_SET_INPUT() {DDRD&=(~BIT(SC_RXD));}
#define SC_RXD_GET() ((PIND&(BIT(SC_RXD))))

#define SC_TXD 7
#define SC_TXD_0() {PORTD&=(~BIT(SC_TXD));}
#define SC_TXD_1() {PORTD|=BIT(SC_TXD);}
#define SC_TXD_SET_OUTPUT() {DDRD|=BIT(SC_TXD);}

uint8 sc1_rxd_scan_ct=0;
uint8 sc1_rxd_scan_next_time=0;
uint8 sc1_rxd_scan_step=0;
uint8 sc1_rxd_dat;
uint8 sc1_rxd_ready=0;
uint8 sc1_rxd_tmpdat;

uint8 sc_txd_ready=0;//模拟串口变量
uint8 sc_txd_bit_pt=0;
uint8 sc_txd_data=0;
uint8 sc_txd_ct=0;

void SC_Recv_Pro(uint8 dat){

}

void SC_RxdSrv(void){

if(sc1_rxd_scan_step==0){
if(!SC_RXD_GET()){
sc1_rxd_scan_step=1;
return;
}
}
if(sc1_rxd_scan_step==1){
if(!SC_RXD_GET()){
sc1_rxd_scan_step=2; //rxd start bit ok,goto next step
sc1_rxd_scan_ct=0;
sc1_rxd_scan_next_time=3;
sc1_rxd_tmpdat=0;
return;
}
else{
sc1_rxd_scan_step=0; //rxd start bit is avalid
return;
}
}
if(sc1_rxd_scan_step>=2){
sc1_rxd_scan_ct++;
if(sc1_rxd_scan_ct<sc1_rxd_scan_next_time) return;
sc1_rxd_scan_ct=0;

if(sc1_rxd_scan_step<10){

sc1_rxd_tmpdat>>=1;
if(SC_RXD_GET()){
sc1_rxd_tmpdat|=0x80;
}
sc1_rxd_scan_step++;
return;
}
if(sc1_rxd_scan_step==10){
if(SC_RXD_GET()){
sc1_rxd_dat=sc1_rxd_tmpdat;
sc1_rxd_ready=1;

//Receive a byte OK
#if 0
   sc_txd_data=sc1_rxd_dat;
   sc_txd_ready=1;
   #endif
   #if 0
   Test_Uart1(sc1_rxd_dat);
   #endif

   SC_Recv_Pro(sc1_rxd_dat);
}
sc1_rxd_scan_step=0;
return;
}

}

}

void SC_TxdSrv(void){
sc_txd_ct++;
if(sc_txd_ct<3) return;
sc_txd_ct=0;
if(sc_txd_ready){ //Data Ready
if(sc_txd_bit_pt<10){
if(sc_txd_bit_pt==0){
SC_TXD_0(); //Start BIT

}
else{

if(sc_txd_bit_pt>=9){
SC_TXD_1(); //End BIT
}
else{ //数据位
if((sc_txd_data>>(sc_txd_bit_pt-1))&0x01){
SC_TXD_1();
}
else{
SC_TXD_0();
}
}
}
}
if(sc_txd_bit_pt>10){
sc_txd_bit_pt=0; //发送完后延时两个时钟，复位各标志
sc_txd_ready=0;
}
else{
sc_txd_bit_pt++; //位指针自加
}
}

}

void SC_send_char(uint8 b){
   sc_txd_data=b;
   sc_txd_ready=1;
   while(sc_txd_ready==1);

}
void SC_send_str(uint8 *str){
   while((*str)!=0){
     SC_send_char(*str);
str++;
   }

}

void init_SimComIO(void){
SC_TXD_SET_OUTPUT();
SC_TXD_1();

SC_RXD_SET_INPUT();
}

#pragma interrupt_handler ISR_T1:8
void ISR_T1(void)
{
//compare occured TCNT1=OCR1A

SC_RxdSrv();
SC_TxdSrv();
}

amigenius · 发表于 2016-2-17 17:19:56

把变量封装在结构体，在用结构体指针来访问，还可以无限扩展UART数量呢

amigenius · 发表于 2016-2-17 17:29:50

曾经那这个代码（经过结构体封装的）跑过10个串口，在AVR上，当然波特率不高，4800bps。

bangbangji · 发表于 2016-2-17 19:18:18

只用了一个定时器？

lrzxc · 发表于 2016-2-17 19:46:43

多谢分享了，先收藏

upli · 发表于 2016-2-17 20:23:14

SC_Recv_Pro函数是空的。楼主介绍下是如何设置定时，如何在主程序中调用的。打包个源工程，或者最简例程也好。期待中。

enddel2 · 发表于 2016-2-17 20:42:30

留个记号,还真有用得到的时候。谢谢!

amigenius · 发表于 2016-2-17 20:57:06

bangbangji 发表于 2016-2-17 19:18
只用了一个定时器？

对的，只用一个定时器，而且不影响定时器干其它事，波特率由定时中断的频率来决定，

amigenius · 发表于 2016-2-17 20:58:04

upli 发表于 2016-2-17 20:23
SC_Recv_Pro函数是空的。楼主介绍下是如何设置定时，如何在主程序中调用的。打包个源工程，或者最简例程也 ...

就是接收完一个字节后中断调用的回调函数啊，想干嘛就干嘛咯

amigenius · 发表于 2016-2-17 20:58:50

upli 发表于 2016-2-17 20:23
SC_Recv_Pro函数是空的。楼主介绍下是如何设置定时，如何在主程序中调用的。打包个源工程，或者最简例程也 ...

您就当它是串口的接收中断就得了

kation122 · 发表于 2016-2-17 21:01:15

感谢，很好的代码，这模拟UART 非常实用的程序。

zpywz · 发表于 2016-2-17 21:32:38

谢谢，正好在考虑要不要用软件模拟串口。

amigenius · 发表于 2016-2-17 23:19:45

顺便说明一下，为了提高接收的准确率和纠错性能，采用3倍采样率，定时中断的频率是波特率的3倍。例如：需要波特率9600bps的话，需要1/(9600*3)=34.72us的定时中断。

q457344370 · 发表于 2016-2-18 07:49:09

稳定性怎么样啊，曾经用过软件模拟，用的定时器中断模拟串口，飞思卡尔S12开两路CAN加两路LIN，在CAN100%负载率的时候模拟串口就容易出现错位，最后用输入捕捉和输出比较才解决的

zywh · 发表于 2016-2-18 08:14:10

mark....模拟串口。。。。。

yezhenke · 发表于 2016-2-18 08:20:46

mark下，休息时看看~~多谢楼主

amigenius · 发表于 2016-2-18 11:49:22

q457344370 发表于 2016-2-18 07:49
稳定性怎么样啊，曾经用过软件模拟，用的定时器中断模拟串口，飞思卡尔S12开两路CAN加两路LIN，在CAN100%负 ...

稳定性非常的好，因为是3倍采样率，只要保证定时中断不被长时间打断即可保证通讯的稳定性

q457344370 · 发表于 2016-2-18 12:45:22

关键就是被频繁打断，单片机主频16M，两路CAN100%负载率的时候每ms中断近10次，两路硬件串口每ms也要中断2次，另外还有个1ms的定时器中断，再加上一个捕捉中断

amigenius · 发表于 2016-2-18 14:30:14

q457344370 发表于 2016-2-18 12:45
关键就是被频繁打断，单片机主频16M，两路CAN100%负载率的时候每ms中断近10次，两路硬件串口每ms也要中断2 ...

AVR没有硬件中断优先级，会比较呛

M1379 · 发表于 2016-2-18 17:02:44

用这种对齐格/换行格式（好像有个专门的称呼，忘了。。。。）的都是异端！！！

非常凑巧的是，我也是这样对齐/换行。。。

dengxm2009 · 发表于 2016-2-18 19:02:32

优先级高的中断程序打断定时器中断，通讯是不是不能保证呀

q457344370 · 发表于 2016-2-18 21:35:44

amigenius 发表于 2016-2-18 14:30
AVR没有硬件中断优先级，会比较呛

刚看了下程序，只是为了稳定读起始位何必开3倍波特率呢，软件开销更大了

amigenius · 发表于 2016-2-19 09:45:55

q457344370 发表于 2016-2-18 21:35
刚看了下程序，只是为了稳定读起始位何必开3倍波特率呢，软件开销更大了 ...

因为UART是异步，找到起始位的中点是关键，保证有足够的时序容差和稳定性，故开3倍采样率。其实每次进中断执行的就几行程序，CPU开销很小的。

q457344370 · 发表于 2016-2-19 12:37:42

amigenius 发表于 2016-2-19 09:45
因为UART是异步，找到起始位的中点是关键，保证有足够的时序容差和稳定性，故开3倍采样率。其实每次进中 ...

这种方法做中断频繁的时候肯定没法用的，我刚开始用的是定时器中断加外部中断，进外部中断开1/2波特率定时器，关外部中断，定时中断到后检测是不是起始位，是就开1倍定时器中断接收数据。接收完一帧关定时器开外部中断，然后处理数据。所以在不收发数据时是不占用资源的。但是结果依然很容易被别的中断干扰，最后把方案换成用输入边沿捕捉接收，用输出比较发送。中断压力测试明显比定时器中断效果好

cenkey · 发表于 2016-2-19 12:57:04

留着备用，谢谢LZ。

kation122 · 发表于 2016-2-19 14:20:53

q457344370 发表于 2016-2-19 12:37
这种方法做中断频繁的时候肯定没法用的，我刚开始用的是定时器中断加外部中断，进外部中断开1/2波特率定 ...

这位大侠的方法也很好，请问能共享个参考代码吗。

amigenius · 发表于 2016-2-19 15:14:20

q457344370 发表于 2016-2-19 12:37
这种方法做中断频繁的时候肯定没法用的，我刚开始用的是定时器中断加外部中断，进外部中断开1/2波特率定 ...

没必要搞这么麻烦，软件串口占用中断的时间非常小，每次执行就几行程序，可以放在最高优先级中断。而且，我们设计程序结构时，占用时间长的程序段，是不会放在中断中处理的，这样才能保证中断的实时性，因为中断本来的意义就是处理需要实时响应的小段内容。如果您中断占用太多处理时间，那么您需要考虑您的程序结构了。

q457344370 · 发表于 2016-2-19 18:25:46

amigenius 发表于 2016-2-19 15:14
没必要搞这么麻烦，软件串口占用中断的时间非常小，每次执行就几行程序，可以放在最高优先级中断。而且， ...

在18楼已经说了，程序上万行，ROM使用近100K，用16M再加上频繁中断感觉任何构架都白搭

zwhzwh_11 · 发表于 2016-2-19 19:03:48

mark一下，以后细读

q457344370 · 发表于 2016-2-19 21:02:28

kation122 发表于 2016-2-19 14:20
这位大侠的方法也很好，请问能共享个参考代码吗。

程序在公司电脑上，没法外传，定时器中断的方法我已经说的很清楚了，捕捉中断原理就是先捕捉起始位（>=0.5Bit）然后把每次捕捉的时间四舍五入换算成nbit的0或1移进buff里，当检测移进去的位数大于等于接收1个字节需要的长度时说明接收完毕。大概就是这样，再把出错考虑进去就可以了

308594151 · 发表于 2016-2-19 21:57:49

mark一下

amigenius · 发表于 2016-2-20 09:16:03

q457344370 发表于 2016-2-19 18:25
在18楼已经说了，程序上万行，ROM使用近100K，用16M再加上频繁中断感觉任何构架都白搭 ...

那么用AVR就是一个错误。上万行的程序不算什么，我们程序经常是10多万行，4，5个UART，还要100Ｋ以上波特率，外加视频处理和图形界面，在７２Ｍ的STM３２跑的非常欢快，中断占用的时间非常小，当然，我们有硬件DMA。程序架构和优化非常的重要，别小看这个东西，我们以前有位女程序员，做个简单的空调程序，居然会吧中断用到阻塞，厉害吧。

gongngei · 发表于 2016-2-20 09:28:57

多谢分享，正想着做这个

q457344370 · 发表于 2016-2-20 18:43:10

amigenius 发表于 2016-2-20 09:16
那么用AVR就是一个错误。上万行的程序不算什么，我们程序经常是10多万行，4，5个UART，还要100Ｋ以上波特 ...

用的是飞思卡尔，再说芯片选型不是我能管的，ST达到汽车级的只有SPC

upli · 发表于 2016-3-2 19:34:59

我已经用楼主的代码在一个没有UART的51单片机上移植成功了，9600bps，运行流畅。特回头来答谢楼主！

amigenius · 发表于 2016-3-2 20:25:11

upli 发表于 2016-3-2 19:34
我已经用楼主的代码在一个没有UART的51单片机上移植成功了，9600bps，运行流畅。特回头来答谢楼主！ ...

恭喜！不客气。不过话说什么型号的51连个串口都没有这么寒酸

honger518 · 发表于 2016-3-2 21:16:06

谢谢楼主，正需要这方面的资料呢

upli · 发表于 2016-3-3 14:49:52

amigenius 发表于 2016-3-2 20:25
恭喜！不客气。不过话说什么型号的51连个串口都没有这么寒酸

自己公司开发的一个专用型MCU，纯粹为了测试验证的方便

didadida · 发表于 2016-9-21 15:16:42

谢谢楼主，之前模拟过接收，但是没有开启三倍采样~

guanglv2008 · 发表于 2016-9-23 08:19:34

好东西感谢楼主分享有机会试试

小溪 · 发表于 2016-9-23 09:02:21

学习一下，看看程序的完善程度是否可以借鉴一下

amigenius · 发表于 2016-9-23 09:32:31

小溪发表于 2016-9-23 09:02
学习一下，看看程序的完善程度是否可以借鉴一下

稳定度可媲美硬件串口，而且可以无限扩展，只要CPU速度够，来50个串口也无问题。

amigenius · 发表于 2016-9-23 09:33:37

要扩展多个的话，最好用结构体封装一下变量，访问时传递指针即可，程序会非常简洁。

shjw · 发表于 2016-10-24 16:24:23

本帖最后由 shjw 于 2016-10-24 16:30 编辑

三倍采样率，程序计时要乘以3？
怎么用结构体封装变量扩展串口

amigenius · 发表于 2016-10-24 17:27:53

shjw 发表于 2016-10-24 16:24
三倍采样率，程序计时要乘以3？
怎么用结构体封装变量扩展串口

typedef sim_uart_def{
uint8 sc1_rxd_scan_ct;
uint8 sc1_rxd_scan_next_time;
uint8 sc1_rxd_scan_step;
uint8 sc1_rxd_dat;
uint8 sc1_rxd_ready;
uint8 sc1_rxd_tmpdat;
uint8 sc_txd_ready;//模拟串口变量
uint8 sc_txd_bit_pt;
uint8 sc_txd_data;
uint8 sc_txd_ct;
}TYPE_SIM_UART_DEF;

TYPE_SIM_UART_DEF su1,su2,su3,su4,su5,su6;

void SC_RxdSrv(TYPE_SIM_UART_DEF *pSU);
void SC_TxdSrv(TYPE_SIM_UART_DEF *pSU);

end2000 · 发表于 2016-10-24 21:07:55

软UART，收藏备用。谢谢！

sup888 · 发表于 2016-10-24 21:59:33

收藏了，用在其他协议应该也可以

wkman · 发表于 2016-10-25 08:40:52

mcu内核够快才行！

myxiaonia · 发表于 2016-10-25 10:12:27

这个程序起始位搜索都没有使用中断捕获下降沿，直接用定时器中断来采样值，这样真的可以吗，两次采样低就是正确的起始位？？？如何理解

amigenius · 发表于 2016-10-25 15:01:08

本帖最后由 amigenius 于 2016-10-25 15:03 编辑

myxiaonia 发表于 2016-10-25 10:12
这个程序起始位搜索都没有使用中断捕获下降沿，直接用定时器中断来采样值，这样真的可以吗，两次采样低就是 ...

三倍采样，检测到第一个下降沿，然后以第二个中断时间点作为采样点，以保证异步串口的时序容差，所以稳定性极佳，而且可以无限扩展。

amigenius · 发表于 2016-10-25 15:07:02

外中断+定时器中断，优点是CPU占用相对少一点，但无办法用同样的硬件开销来扩展多个串口。而三倍采样，则无这个限制，以多一点点的CPU开销为代价（现在的CPU太快了，扩展十来个软件串口，毫无压力），换来无限的串口数。

amigenius · 发表于 2016-10-25 15:09:21

wkman 发表于 2016-10-25 08:40
mcu内核够快才行！

51跑得很欢快，AVR无压力，Cortex更加毫无压力。

myxiaonia · 发表于 2016-10-25 15:14:56

amigenius 发表于 2016-10-25 15:01
三倍采样，检测到第一个下降沿，然后以第二个中断时间点作为采样点，以保证异步串口的时序容差，所以稳定 ...

没看到啊，我看接收程序第一阶段先检测低电平，第二阶段如果还是低电平，认为是起始位，之后采样值就当作串口值，感觉好奇怪的样子
因为如果按照这之后采样值当串口位值看，这样采样率应该就是串口波特率，并没有3倍采样

从2次检测起始位的方法看，应该是认为完整的1位低电平时间就是起始位了，但是串口随时可以发送数据，不可能刚好就对齐到起始位的两个边界上，就算刚好对齐到完整1位的两个边界，也未必是起始位，也可能是刚好串口发送到某位是0值

amigenius · 发表于 2016-10-25 15:51:59

myxiaonia 发表于 2016-10-25 15:14
没看到啊，我看接收程序第一阶段先检测低电平，第二阶段如果还是低电平，认为是起始位，之后采样值就当作 ...

三倍采样的目的是准确找到起始位0的中点，然后以这个作为基准时间来采样往后的8位，以确保时序容差，避开各个位的交界点，使之准确接收数据而不产生误码。

huangqi412 · 发表于 2016-10-25 16:05:32

q457344370 发表于 2016-2-19 12:37
这种方法做中断频繁的时候肯定没法用的，我刚开始用的是定时器中断加外部中断，进外部中断开1/2波特率定 ...

捕捉肯定好些不过有些没捕捉功能就是。

myxiaonia · 发表于 2016-10-25 22:13:44

amigenius 发表于 2016-10-25 15:51
三倍采样的目的是准确找到起始位0的中点，然后以这个作为基准时间来采样往后的8位，以确保时序容差，避开 ...

终于看明白了，第一步搜索起始位中心点，这一步还是非常巧妙的

不过第二次确定的采样点如果非常接近下一个位起始点的话，相当于你的3倍采样无效了

amigenius · 发表于 2016-10-26 08:44:52

myxiaonia 发表于 2016-10-25 22:13
终于看明白了，第一步搜索起始位中心点，这一步还是非常巧妙的

不过第二次确定的采样点如果非常接近下一 ...

大哥您是一位非常严谨的人，敬佩！其实4倍采样可完全确保，不过CPU开销变大了，模拟的串口数不很多时可采用。实际使用时发现3倍采样，已经非常稳定，所以没做4倍采样。为了规避3倍采样踩到边界的风险，我以前做多串口时还加入了一个技巧，就是如果在多串口的时候，在扫描完各个串口IO之后，再回扫一次，是否有1到0的跳变，如果有，则置该串口的sc1_rxd_scan_step=1，这样采样点又回到位的中点了。

myhonour · 发表于 2016-10-26 14:22:05

标记以下

lnso · 发表于 2016-11-1 21:56:44

标记一下，最近在用模拟串口

gamep · 发表于 2016-11-2 08:52:16

模拟串口收藏

WM_CH · 发表于 2017-1-11 11:21:47

顶一下，用起来

amigenius · 发表于 2017-1-11 12:24:07

WM_CH 发表于 2017-1-11 11:21
顶一下，用起来

这个代码其实很好用的，反正我自己用在很多项目上，无任何问题

shooly · 发表于 2017-2-20 10:15:33

学习学习

ckhf · 发表于 2017-2-21 14:33:43

学习了，我一般就模拟一下IIC,SPI等

zzage · 发表于 2017-2-21 17:20:00

好好研究一下！感谢楼主分享。

JnzGoto · 发表于 2017-3-1 18:30:35

好帖不会沉！

circle_head · 发表于 2017-3-1 21:10:05

感谢分享

FireHe · 发表于 2017-11-7 19:51:43

谢谢楼主分享，非常好用的代码

zhangfeibao · 发表于 2018-1-3 15:48:53

这个好！！谢谢。用在产品中，非常稳定

cooltommy · 发表于 2018-1-21 16:45:49

又学习到了一个实用知识

isakura · 发表于 2018-1-21 23:02:59

amigenius 发表于 2016-2-20 09:16
那么用AVR就是一个错误。上万行的程序不算什么，我们程序经常是10多万行，4，5个UART，还要100Ｋ以上波特 ...

感觉你也是汽车电子行业的？用哪个STM32哪个芯片能做视频处理？能处理 RGB CVBS？

isakura · 发表于 2018-1-21 23:12:28

本帖最后由 isakura 于 2018-1-21 23:16 编辑

看到这个帖子想到了以前的一个想法

原来以前一直在找那种8脚甚至是更小的单片机，只需要具有串口功能的，一直没找到
发现很多小封装的都有SPI功能，可是没有串口功能，很奇怪

现在想起来可以模拟（原来觉得模拟的不稳定，就没多考虑），

最近也做了一个类似的定时器模拟通讯，不过用的是STM32F105，这个定时器牛逼，都做到了几us的通讯，而且挺稳定的

不过老款的小封装单片机，像飞思卡尔那些，容量一两K的，估计主频不高，不知道波特率能到多少

我是一个大白菜 · 发表于 2018-4-22 16:31:11

谢谢楼主无私分享，最近刚好要用到

3046613401 · 发表于 2018-4-22 16:54:36

软UART，收藏备用。谢谢！

way2888 · 发表于 2018-4-30 07:35:44

如果波特率用115200,能否稳定模拟3个UART?估计能模拟2个也很有难度

主楼一区401 · 发表于 2018-4-30 08:43:14

无限扩展，NB

liufabing · 发表于 2018-4-30 08:52:29

标记一下，备用

guantingwei · 发表于 2018-4-30 09:13:16

用外部中端+定时器，或捕捉+定时输出，对cpu的占用都相对较小。但是模拟最大的缺点是如果cpu halt掉比如擦写flash就挂了

dddddddwolf · 发表于 2018-4-30 16:57:21

标记！仔细学习一下

moouse · 发表于 2018-4-30 17:05:28

nb,学习了，多谢，正好需要

狂欢的青年 · 发表于 2019-5-9 23:35:02

收藏了多谢啊

kingaaa · 发表于 2019-5-10 08:04:24

收藏，mark下......

kinsno · 发表于 2019-5-10 10:07:30

amigenius 发表于 2016-2-17 23:19
顺便说明一下，为了提高接收的准确率和纠错性能，采用3倍采样率，定时中断的频率是波特率的3倍。例如：需要 ...

我是假装来学习的。。定时器是最宝贵的资源。。

发个软件UART代码吧

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