《DNK210使用指南 -CanMV版 V1.0》第二十一章 machine.UART类实验

第二十一章 machine.UART类实验

1）实验平台：正点原子DNK210开发板

2）章节摘自【正点原子】DNK210使用指南 - CanMV版 V1.0

3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?&id=782801398750

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/k210/ATK-DNK210.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）正点原子K210技术交流企鹅群:605557868

本章将介绍machine模块中的UART类。通过本章的学习，读者将学习到machine模块中UART类的使用。
本章分为如下几个小节：
21.1 machine.UART类介绍
21.2 硬件设计
21.3 程序设计
21.4 运行验证

21.1 machine.UART类介绍

machine.UART类是machine模块内提供的类，该类用于访问和控制Kendryte K210硬件上的UART和UARTHS控制器。Kendryte K210硬件上有3个UART控制器和1个UARTHS控制器，它们能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换。
UART一共有3个，其特点如下所示：

• 1. 可编程收发波特率
• 2. 3个UART的发送FIFO以及接收FIFO共享1024*8bit RAM全双工异步通信
• 3. 支持输出信号波特率自动检测功能
• 4. 支持5、6、7、8位数据长度
• 5. 支持1、1.5、2、3、4位停止位长度
• 6. 支持奇偶校验位
• 7. 支持RS485协议
• 8. 支持IrDA协议
• 9. 支持DMA高速数据通信
• 10. 支持UART唤醒模式
• 11. 支持软件流控和硬件流控

UARTHS一共有1个，其特点如下所示：

• 1. 通讯速率可达5Mbps
• 2. 8字节接收和发送FIFO
• 3. 可编程中断模式
• 4. 不支持硬件流控或者其他调制解调控制信号，或异步串行数据转换器

machine.UART提供了UART构造函数，用于创建一个UART对象，UART构造函数如下所示：

class UART(id, baudrate=115200, bitwidth=8, parity=None, stop=None, timeout=1000, 
timeout_char=10, read_buf_len=2048, ide=False, from_ide=True)

通过UART构造函数可以通过指定参数创建并初始化一个UART对象。
id指的是UART编号，可以是UART.UART1~UART.UART3和UART.UARTHS，分别对应了Kendryte K210硬件上的UART1~UART3和UARTHS。
baudrate指的是UART通信的波特率。
bitwidth指的是UART数据宽度，可以是5、6、7、8位。
parity指的是UART校验位，可以是None、UART. PARITY_ODD和UART. PARITY_EVEN，分别对应无校验位、奇校验和偶校验。
stop指的是UART停止位，可以是1、1.5、2位。
timeout指的是UART接收超时时间。
timeout_char指的是UART作为数据流被读取时，等待一个字节的最长超时时间。
read_buf_len指的是UART接收缓冲区的长度，UART通过中断来接收数据，如果缓冲区满了，则将自动停止数据接收。
ide和from_ide这两个参数，在大多数情况下是在与CanMV IDE软件连接时才使用到的。
UART构造函数的使用示例如下所示：

from board import board_info
from fpioa_manager import fm
from machine import UART

fm.register(board_info.EX_UART1_TX, fm.fpioa.UART1_TX)
fm.register(board_info.EX_UART1_RX, fm.fpioa.UART1_RX)

uart1 = UART(UART.UART1, 115200)

machine.UART类为UART对象提供了any()方法，用于获取UART对象的接收缓冲区已有的数据量，any()方法如下所示：

UART.any()

any()方法用于获取UART对象接收缓冲区中已有的数据量，当UART对象还没有接收到数据，或接收到的数据均已被读出，则any()方法将返回0。
any()方法的使用示例如下所示：

from board import board_info
from fpioa_manager import fm
from machine import UART

fm.register(board_info.EX_UART1_TX, fm.fpioa.UART1_TX)
fm.register(board_info.EX_UART1_RX, fm.fpioa.UART1_RX)

uart1 = UART(UART.UART1, 115200)

while True:
    if uart1.any() != 0:
        print("Data received!")

machine.UART类为UART对象提供了readchar ()方法，用于从UART对象的接收缓冲区中读取一个字节数据，readchar()方法如下所示：

UART.readchar()

readchar()方法用于读取UART对象的接收缓冲区中的一个数据，若UART对象的接收缓冲区中没有可用的数据，则readchar()方法将返回-1。
readchar()方法的使用示例如下所示：

from board import board_info
from fpioa_manager import fm
from machine import UART

fm.register(board_info.EX_UART1_TX, fm.fpioa.UART1_TX)
fm.register(board_info.EX_UART1_RX, fm.fpioa.UART1_RX)

uart1 = UART(UART.UART1, 115200)

while True:
    data = uart1.readchar()
    if data != -1:
        print(data, end='')

machine.UART类为UART对象提供了read()方法，用于从UART对象的接收缓冲区中读取数据，read()方法如下所示：

UART.read(num)

read()方法用于从UART对象的接收缓冲区中读取数据。
num指的是读取数据的字节数，一般情况下可以填入UART对象接收缓冲区的大小，如果接收缓冲区的有效数据没有那么多，read()方法将只返回有效的数据。
read()方法的使用示例如下所示：

from board import board_info
from fpioa_manager import fm
from machine import UART

fm.register(board_info.EX_UART1_TX, fm.fpioa.UART1_TX)
fm.register(board_info.EX_UART1_RX, fm.fpioa.UART1_RX)

uart1 = UART(UART.UART1, 115200)

print(uart1.read(2048))

machine.UART类为UART对象提供了readline()方法，用于从UART对象的接收缓冲区中读取以行为单位的数据，readline()方法如下所示：

UART.readline(num)

readline()方法用于从UART对象的接收缓冲区中读取以行为单位的数据，readline()方法会以“\n”字符作为行与行之间的分隔。
num指的是要读取的行数。
readline()方法的使用示例如下所示：

from board import board_info
from fpioa_manager import fm
from machine import UART

fm.register(board_info.EX_UART1_TX, fm.fpioa.UART1_TX)
fm.register(board_info.EX_UART1_RX, fm.fpioa.UART1_RX)

uart1 = UART(UART.UART1, 115200)

print(uart1.readline(1))

machine.UART类为UART对象提供了write()方法，用于使用UART对象发送数据，write()方法如下所示：

UART.write(buf)

write()方法用于使用UART对象通过UART发送数据。
buf指的是待发送的数据。
write()方法的使用示例如下所示：

from board import board_info
from fpioa_manager import fm
from machine import UART

fm.register(board_info.EX_UART1_TX, fm.fpioa.UART1_TX)
fm.register(board_info.EX_UART1_RX, fm.fpioa.UART1_RX)

uart1 = UART(UART.UART1, 115200)

uart1.write("Hello, World!")

21.2 硬件设计

21.2.1 例程功能

• 1. 创建两个UART对象，两个UART对象除了UART编号使用相同的配置参数。
• 2. 当KEY0按键被按下后，使用UART1往UART2发送数据，并将UART2接收到的数据通过print()打印输出。
• 3. 当KEY1按键被按下后，使用UATY2往UART1发送数据，并将UART1接收到的数据通过printf()打印输出。

21.2.2 硬件资源

1. 扩展串口接口1
   UART1_TXD - IO7
   UART1_RXD - IO9
2. 扩展串口接口2
   UART2_TXD - IO6
   UART2_RXD - IO8

21.2.3 原理图
本章实验内容，需要使用到板载的扩展串口接口1和扩展串口接口2，正点原子DNK210开发板上的扩展串口接口连接原理图，如下图所示：

图21.2.3.1 扩展串口接口连接原理图

由于需要让这两个串口扩展接口相互通信，因此需要使用杜邦线或其他线材从物理上连接这这两个接口，连接时需要注意串口线路的连接需要将TXD信号和RXD信号交叉连接。

21.3 程序设计

21.3.1 machine.UART类
有关machine.UART类的介绍，请见第21.1小节《machine.UART类介绍》。

21.3.2 程序流程图

图21.3.2.1 machine.UART类实验流程图

21.3.3 main.py代码
main.py中的脚本代码如下所示：

from board import board_info
from fpioa_manager import fm
from maix import GPIO
import time
from machine import UART

fm.register(board_info.KEY0, fm.fpioa.GPIOHS0)
fm.register(board_info.KEY1, fm.fpioa.GPIOHS1)
key0 = GPIO(GPIO.GPIOHS0, GPIO.IN, GPIO.PULL_UP)
key1 = GPIO(GPIO.GPIOHS1, GPIO.IN, GPIO.PULL_UP)

fm.register(board_info.EX_UART1_TX, fm.fpioa.UART1_TX)
fm.register(board_info.EX_UART1_RX, fm.fpioa.UART1_RX)
fm.register(board_info.EX_UART2_TX, fm.fpioa.UART2_TX)
fm.register(board_info.EX_UART2_RX, fm.fpioa.UART2_RX)

# 构造UART对象
uart1 = UART(UART.UART1, 115200)
uart2 = UART(UART.UART2, 115200)

while True:
    if key0.value() == 0:
        time.sleep_ms(20)
        if key0.value() == 0:
            # UART发送数据
            uart1.write("From UART1!")
            while key0.value() == 0:
                pass
    elif key1.value() == 0:
        time.sleep_ms(20)
        if key1.value() == 0:
            # UART发送数据
            uart2.write("From UART2!")
            while key1.value() == 0:
                pass
    if uart1.any() != 0:
        # UART接收数据
        data = uart1.read()
        print("UART1 get data:", data.decode())
    if uart2.any() != 0:
        # UART接收数据
        data = uart2.read()
        print("UART2 get data:", data.decode())

可以看到首先就是构造了两个UART对象，并且配置了相同的通信波特率。
接着便在一个循环中读取按键状态和两个UART的数据接收状态，如果KEY0按键被按下，则通过UART1对象发送“From UART1！”的数据，如果KEY1按键被按下，则通过UART2对象发送“From UART2！”的数据，如果UART1对象或UART2对象接收到数据，并将接收到的数据加上UART对象编号后通过print()打印输出。
由于本章实验要求板载的两个扩展串口接口通过线材进行连接，因此当KEY0按键被按下后，UART1对象发出的数据将被UART2对象接收，并会被通过print()打印输出，当KEY1按键被按下后，UART2对象发出的数据将被UART1对象接收，并会通过print()打印输出。

21.4 运行验证

将DNK210开发板连接CanMV IDE，并点击CanMV IDE上的“开始(运行脚本)”按钮后，同时将板载的两个扩展串口接口通过线材按照要求进行相互连接。
此时，若分别按下KEY0按键和KEY1按键，CanMV IDE软件的“串行中断”将依次输出UART2对象和UART1对象接收到的数据，如下图所示：

图21.4.1 “串行终端”窗口打印输出

可以看到，首先UART2对象接收到了来自UART1对象发送的数据，然后UART1对象接收到了来自UART2发送的数据，这与理论推断的结果一致。