TC37XX之UART：微控制器串行通信的核心组件

引言

在嵌入式系统开发中，串行通信是设备间数据交换的基础方式之一。UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）作为一种经典的异步串行通信协议，因其简单高效而被广泛应用于各类微控制器中。TC37XX系列微控制器作为高性能嵌入式解决方案的代表，其内置的UART模块不仅支持标准通信协议，还集成了丰富的增强功能，为开发者提供了灵活多样的通信选项。本文将深入探讨TC37XX之UART模块的特性、配置方法及应用实例，帮助开发者高效利用这一关键组件。

UART模块概述

功能特性

TC37XX的UART模块设计用于实现全双工异步串行通信，支持多种数据格式（如8位、9位数据位，1位、1.5位或2位停止位）和可配置的波特率，能够适应不同的通信需求。此外，该模块还具备以下高级特性：

• 硬件流控：支持RTS（Request To Send）和CTS（Clear To Send）信号，有效管理数据流，防止数据丢失。
• 错误检测：内置奇偶校验、帧错误和溢出错误检测机制，确保数据传输的准确性。
• 中断驱动：提供多种中断源，如接收完成、发送完成、错误中断等，便于实现事件驱动的编程模型。
• DMA支持：与DMA（Direct Memory Access）控制器集成，实现高速数据传输，减轻CPU负担。

硬件架构

TC37XX的UART模块通常由发送器（TX）、接收器（RX）、波特率发生器、控制寄存器和状态寄存器等部分组成。发送器负责将并行数据转换为串行信号并发送，接收器则执行相反的过程。波特率发生器根据系统时钟和预设的分频系数生成所需的波特率。控制寄存器用于配置UART的工作模式，而状态寄存器则反映当前的通信状态。

寄存器配置详解

控制寄存器（UART_CR）

控制寄存器是配置UART功能的核心，包括使能/禁用UART、设置数据格式、流控模式等。例如，通过设置UARTEN位可以启用或禁用UART模块；WLEN字段用于选择数据位长度（8位或9位）；STOP字段则配置停止位的数量。

波特率发生器配置

波特率的准确设置对于UART通信至关重要。TC37XX通过UART_IBRD（整数波特率除数）和UART_FBRD（小数波特率除数）寄存器共同决定实际的波特率。计算公式通常为：

实际波特率 = 系统时钟 / (16 * (IBRD + FBRD/64))

开发者需根据目标波特率和系统时钟频率计算合适的IBRD和FBRD值。

中断配置

为了高效处理UART事件，TC37XX允许通过UART_IM（中断掩码寄存器）配置哪些事件触发中断。例如，设置RXIM位可使能接收完成中断，当接收缓冲区有数据时，CPU会立即响应。

编程实现示例

初始化UART

以下是一个基于C语言的UART初始化示例，假设系统时钟为100MHz，目标波特率为115200：

#include "tc37xx.h" // 假设的头文件，包含寄存器定义
#define SYSTEM_CLOCK 100000000UL
#define TARGET_BAUD 115200UL
void UART_Init(void) {
    // 计算IBRD和FBRD
    uint32_t ibrd = SYSTEM_CLOCK / (16 * TARGET_BAUD);
    uint32_t fbrd = ((SYSTEM_CLOCK % (16 * TARGET_BAUD)) * 64 + (16 * TARGET_BAUD / 2)) / (16 * TARGET_BAUD);
    // 配置波特率发生器
    UART_IBRD = ibrd;
    UART_FBRD = fbrd;
    // 设置数据格式：8位数据，1位停止位，无奇偶校验
    UART_LCRH = (0x3 << 5) | (0x0 << 3) | (0x0 << 1); // WLEN=8, STOP=1, PEN=0
    // 启用UART，无流控
    UART_CR = (1 << 0) | (0 << 9) | (0 << 8); // UARTEN=1, RTSEN=0, CTSEN=0
    // 可选：配置中断
    // UART_IM = (1 << 4); // 使能接收完成中断
}

数据发送与接收

// 发送单个字符
void UART_SendChar(char c) {
    while (!(UART_FR & (1 << 5))); // 等待发送缓冲区空
    UART_DR = c;
}
// 接收单个字符
char UART_ReceiveChar(void) {
    while (!(UART_FR & (1 << 4))); // 等待接收数据
    return UART_DR & 0xFF;
}

优化策略与应用实例

优化波特率设置

在实际应用中，由于系统时钟和目标波特率可能不是整数倍关系，通过调整FBRD值可以实现更精确的波特率设置。此外，考虑使用PLL（Phase-Locked Loop）调整系统时钟频率，以获得更理想的波特率匹配。

中断驱动通信

对于高速或实时性要求高的应用，采用中断驱动的通信方式可以显著提高系统效率。例如，在接收中断服务程序中处理接收到的数据，可以避免轮询等待，减少CPU空闲时间。

DMA集成

当需要传输大量数据时，结合DMA控制器可以实现数据的高效传输。配置DMA通道自动从内存读取数据发送到UART，或从UART接收数据到内存，无需CPU干预，大幅提升数据传输速率。

结论

TC37XX微控制器中的UART模块以其丰富的功能和灵活的配置选项，为嵌入式系统开发提供了强大的串行通信能力。通过深入理解其硬件架构、寄存器配置及编程实现，开发者能够充分利用UART模块的优势，实现高效、可靠的数据通信。无论是简单的字符传输还是复杂的数据流管理，TC37XX之UART都能提供满意的解决方案。