用GPIO口模拟串口通信，它真的来了

落日映苍穹つ 2022-08-29 00:22 250阅读 0赞

你是否遇到过某个MCU串口不够的情况？ 这时我们可以考虑用GPIO去模拟，如何具体实现呢？

首选我们需要了解串口的传输协议，

UART使用异步模式工作，不需要时钟信号，其一般格式为：**起始位+数据位+校验位+停止位**。其中起始位1位，数据位5~8位，校验位0或1位，停止位1、1.5或2位。不过最常用的格式是**1位起始位、8位数据位、没有奇偶校验、1位停止位，简记为8/N/1**。

8/N/1格式的时序图如下：

![364156beb3df896a98372e0a7ea903a3.png][]

空闲时数据线上规定为逻辑1。

开始传输数据时先发送起始位，规定为逻辑0，接收端会检测这个下降沿，以便之后开始采样接收数据。

起始位之后是数据位，规定**先发送最低位，即LSB First**。因为UART没有时钟信号，故使用**波特率**来确定每一位的长度，不过为保证检测的准确性，实际采样频率会高于波特率，一般每一位会进行若干次采样，取中间的采样值作为这一位的结果。

奇偶校验位一般不使用。

停止位一般使用1位，规定为逻辑1，除了表示传输结束外，停止位还可以起到时钟同步的作用。

需要注意的是，这里的逻辑0并不一定是0V，这与使用的电平标准有关。**对于TTL电平而言，逻辑0是0V，逻辑1是高电平（一般为3.3V或5V）；对于RS-232电平而言，逻辑0是3V~15V，逻辑1是-3~-15V。**

除了TX、RX、GND信号外，UART中还会有诸如RTS、CTS等流控信号，因为用得不是很多，此处就不总结了。

以发送0x23（无奇偶校验）为例来说明，传输时序如下：

![0eaaa4d941c5f2f21917941fe4d32718.png][]

注意是LSB First，也就是最低位先传输哦。

0x23，二进制表示为00100011，传输顺序为1->1->0->0->0->1->0->0

掌握清楚这个时序那么也就好用GPIO模拟了，除了需要两个GPIO，还需要两个定时器（分别用于接收和发送时序控制），另外需要说明的是，为方便起见，采样频率这里就设置成了波特率。

1） 对于接收，当RX引脚检测到下降沿时，进入GPIO中断，然后开启一个定时器，第一次定时器周期设置为1/波特率的一半(目的是为了在中心处判断是否为低电平，以表示是否为起始位)，再之后就可以设置定时器周期为1/波特率，每隔此周期在定时器中断里去采样RX引脚电平，将数据接收完毕

2）对于发送，首先发送一个起始位，之后以1/波特率为周期，在定时器中断里去发送比特位即可。

我在NXP的MCU上做了实现，经过测试波特率可以达到38400. 有需要代码的添加管理员微信获取(见本文最后二维码)。

以下是对程序的简单说明：

1）gpio\_uart\_demo\_init() 里可以配置UART的相关参数，如波特率，奇偶校验，数据位长度

2）void gpio\_uart\_read(uint8\_t \*bufptr, uint32\_t size, void (\*rx\_callback)(void)) 这个函数为uart 接收函数，第一个参数为数据存放buffer，第二个数据为接收长度，第三个参数为callback函数。注意目前的实现是调用此函数后，当接收完指定长度数据后，会停止接收数据。 如果之后要继续接收，需要再次调用这个函数。

3）void gpio\_uart\_write(uint8\_t \*databuf, uint32\_t num,void (\*tx\_callback)(void))这个函数为uart发送函数，第一个参数为发送数据buffer，第二个数据为发送长度，第三个参数为callback函数。

4）移植到其他不同平台非常容易，只需要修改下GPIO和定时器配置即可。

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