第四讲 串口通信之接收

上一讲我们讲解了串口的发送操作。这一讲我们继续讲解串口的接收。在学习这个串口接收的过程中，我们要巩固这个状态机的写法，也再熟悉熟悉前几讲讲解的内容。

首先回顾一下异步串口通信的数据格式：

由于在空闲状态时,传送线为逻辑“1”状态，而数据的传送总是以一个起始位“0”开始，所以当接收器检测到一个从“1”向“0”的跳变时，便视为可能的起始位（要排除干扰引起的跳变）；起始位被确认后,就知道发送器已开始发送，接收器就可以按这个数据通信格式接收后续的数据了；当检测到停止位“1”后就表明一帧字符数据已发送完毕。

关于接收器的设计最主要的一点是如何提高采样的准确率，最好是保证采样点处于被采样数据的时间中间点。所以，在接收采样时要用比数据波特率高n倍(n≥1)速率的时钟对数据进行采样。在本程序中用16倍波特率时钟进行采样。结合图示，我们讲解一下如何让采样时刻处于被采样数据的时间中间点：

1.在t1时刻若检测到低电平，就开始对这个低电平进行连续的检测

2.当检测了8个时钟周期后，到达t2，此刻，若前面的8个周期都是

低电平，则认为检测到了起始脉冲。否则就认为是干扰，重新检测。

3.在检测到起始位后，再计数16个采样时钟周期就到达了第一个数

据位的时间中间点t3,在此刻采样数据并进行保存。

4.然后再经过16个周期，就是第二个数据位的时间中间点，在此时

刻进行采样；然后，再经过16个周期，就是第三个数据位的时间中间点, 在此时刻进行采样…..一直这样采样，直到把所有的数据位采样完毕。

在理解完上面这个流程后，我们来按这个编制一下程序。

逐行解释：

11：bclk为波特率的16倍。这个同uart_t。

12：一帧数据接收完毕信号，可以通知顶层模块来提取数据。该信号在复位后为“0”，在接收完一帧数据后变高，然后直到下一次检测到起始位后，即下一帧数据到来时才复位到“0”。顶层模块可

通过检测该信号的上升沿来判断一帧数据是否已经接收完毕。19：用type声明一种枚举类型，用来表示接收状态机的状态。共有五状态：r_idle----空闲状态,r_sample_start_bit----采样起始位状态,r_sample_data_bit-----采样数据位状态,r_stop----采样停止位状态。

24-31：通过一个D触发器，先把串口的输入信号整形一下，这样可减少干扰引起的检测误判。D触发器的原理的工作机制大家应该

明白吧，这里就不再赘述了。

33-35：定义一些变量。count为时钟bclk的计数器，因为采用了16倍频的时钟，所以一个数据位会维持16个bclk时钟周期，需要

用count来计数。rcnt是对接收到的数据位进行计数。这个和串

口的发送程序有点类似的。

32-95：通过状态机来接收一帧数据。

37-41：系统复位。

38：复位后状态机设置为空闲状态。

39-40：清零计数器。

41：置r_ready为0，表示数据还没接收完毕。

42-93：系统正常工作，通过状态机的变化实现一帧数据的接收，用case语句实现状态转变。

44-53：描述空闲状态时的执行动作。

45-49：若传送线上检测到低电平则立即转入

r_sample_start_bit状态，并清零计数器。反之，若没

有检测到低电平，则还是使系统处于r_idle状态，还

需要不断的去检测传送线的状态。

55-68：描述采样到起始位后执行的动作。

56-68：假设在44-53句中检测到的低电平是起始位，则这个低电平应该持续16个时钟（因为是16倍频采样

的）。在这16个时钟周期内，若是干扰，则可能会

在这16个时钟的时间内检测到高电平。若有，那么

状态机就回到x_idle 状态，否则就认为已经检测到

了起始位。

57-64：在检测到起始位后的8个时钟里总线若一直是低电平，则认为是检测到了起始位，状态机切换至

r_sample_data_bit，并初始化一些计数器，准备开

始采样数据位。

70-85：描述采样数据位时执行的动作。

71-73：连续计数16个bclk时钟

74-85：当计数到16个bclk后，就开始采样传送线的电平状态。

75-78：在检测传送线数据前首先判断是否已经接收完数据位，若是就使状态机转入r_stop 状态，并清零计数

器。

79-83：若数据位还没有接收完毕，则80句，保持状态机处于r_sample_data_bit状态，并清零count。82句，把

当前传送线的电平状态送入到接收缓冲器rbufs，并

通过83句将接收到的数据位计数器加1。

86-89：描述采样停止位时执行的动作。在本程序中，我们省略了对停止位的采样，这样做对功能本身不会产生影

响。

87：置r_ready为1，通知外部数据接收完毕

88：更新数据输出缓冲器

89：使状态机重新会到x_idle状态，开始下一轮的接收检测。

90-91：描述状态机处于其它状态时的动作（假如状态机跑飞）。

在其它状态时，将状态机置为x_idle,使状态机正常工

作。

以上只是编写了一个串口接收的元件，现在编写一个顶层调用模块，调用这个接收元件来接收PC机上通过“串口调试助手”发送的数据，并根据接收到的数据点亮不同的LED。

代码如下：

程序代码比较简单，就不再赘述了，大家可以自己去体会。若有什么不明白的，请联系我们（qq:1438801646）。

还是按串口发送中所说的那样连接好串口线，选中串口调试助手的“按十六进制发送”。（否则在发送框里填入的是ASCII码，无法与程序中的case条件匹配上）。板子上电，复位后，发送一些数值，看看板子上的LED是否按程序变化。

串口的发送和接收都已经讲解完毕了，大伙可以编写一个顶层模块，将收发模块同时调用，并与计算机进行通信。我们也准备了一个