MCU串口不够，可以用GPIO去模拟?

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：

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：

注意是LSB First，也就是最低位先传输哦。

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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6.没有串口，你会如何打印调试日志? 串口在我们日常的开发中不可或缺，但是有的板子的板载资源有限，如stm32f1c8t6只有三个串口，如果你想要留下一个串口打印调试信息的话，你仅仅只剩下了两个串口可以用于模块的驱动，这在很多时候是明显不够用的。下面，我将介绍如何使用普通的GPIO按照串口通信的协议来模拟一个硬件串口，可以使用它来驱动模块。

串口不像其它的一些协议，有自己的数据线(SDA)与时钟线(CLK)，通信双方可以按照时钟线上升或下降的不同状态来进行数据的收发。串口的通信全靠内部的一个波特率发生器来指挥数据的运输。这里可能会有人有疑问：为什么不在接收方的接收寄存器接收到八位数据(寄存器满)就直接中断呢，一旦我收到了八位数据我直接中断就好了啊，这样不就可以不用统一波特率了吗。试想一种情况：发送方发送的速度是接收方的接收速度的八倍(发送方1秒发送1个bit，接受方8秒接收一个bit并将接收寄存器移动一位)。开始通信8秒后，此时发送方已经将8bit数据发送完了，但是，接收方仅仅只读出数据了1bit数据并移入了接收寄存器，但是你会发现，也就是说，接收方并不能够正确接收这段时间内发送方发送的数据。还有一种情况是接收方的波特率大于发送方，你们可以按照上面的方法去推导会发生什么错误(速度同样是八倍的情况下，发送方仅仅发送了1bit,接收方接收了8bit，发送了一个bit位1,接收会认为是1111 1111 (0xFF))。所以出现0xFF，0x00,或其它乱码情况，极有可能是波特率(其它协议可以叫收发速率)不匹配导致的。