/** * @brief Clock sync transmit && receive data in polling mode. * @param [in] USARTx Pointer to USART instance register base * This parameter can be one of the following values: * @arg CM_USARTx: USART unit instance register base * @param [in] au8Buf The pointer to data transmitted buffer * @param [in] u32Len Amount of data to be transmitted. * @param [in] u32Timeout Timeout duration(Max value @ref USART_Max_Timeout) * @retval int32_t: * - LL_OK: No errors occurred. * - LL_ERR_TIMEOUT: Communicate timeout. * - LL_ERR_INVD_PARAM: u32Len value is 0 or the pointer au8Buf value is NULL. * @note Block checking flag if u32Timeout value is USART_MAX_TIMEOUT */ int32_t USART_ClockSync_Trans(CM_USART_TypeDef *USARTx, const uint8_t au8Buf[], uint32_t u32Len, uint32_t u32Timeout) { uint32_t i; int32_t i32Ret = LL_ERR_INVD_PARAM; DDL_ASSERT(IS_USART_UNIT(USARTx)); if ((NULL != au8Buf) && (u32Len > 0UL)) { for (i = 0UL; i < u32Len; i++) { /* Wait TX buffer empty. */ i32Ret = USART_WaitStatus(USARTx, USART_FLAG_TX_EMPTY, SET, u32Timeout); //等待发送缓冲区清空 if (LL_OK == i32Ret) { USART_WriteData(USARTx, au8Buf[i]); //发送缓冲区清空后 if (READ_REG32_BIT(USARTx->CR1, USART_RX) != 0UL) { //如果接收端使能 i32Ret = USART_WaitStatus(USARTx, USART_FLAG_RX_FULL, SET, u32Timeout); if (LL_OK == i32Ret) { (void)USART_ReadData(USARTx); } } } if (LL_OK != i32Ret) { break; } } if (LL_OK == i32Ret) { i32Ret = USART_WaitStatus(USARTx, USART_FLAG_TX_CPLT, SET, u32Timeout); } }

<think>我们正在讨论USART（通用同步异步收发器）在时钟同步模式下的轮询实现代码。用户要求理解或调试相关代码。 首先，我们需要明确USART的时钟同步模式（也称为同步模式）与异步模式的主要区别： - 同步模式需要额外的时钟信号（如SCLK）来同步数据传输，发送器和接收器共享同一个时钟源。 - 异步模式则不需要时钟线，而是依靠双方约定的波特率进行通信。 在同步模式下，USART通常作为SPI主设备或从设备使用，或者用于其他需要同步时钟的协议。 轮询模式（Polling Mode）意味着程序将不断查询状态寄存器（如USART_SR）中的标志位来判断数据发送完成或接收到新数据，而不是使用中断或DMA。 我们将分两部分解释：发送和接收。 假设我们使用的MCU是STM32（因为USART是STM32中常见的外设），但原理类似。 步骤： 1. 配置USART为同步模式（通常通过设置控制寄存器中的CLKEN位）。 2. 设置波特率、数据位、时钟极性、相位等。 3. 发送数据：将数据写入数据寄存器（DR），然后轮询状态寄存器中的发送完成标志（TC）或发送缓冲器空标志（TXE）。 4. 接收数据：轮询状态寄存器中的接收标志（RXNE），然后读取数据寄存器（DR）。 注意：在同步模式下，发送时钟会同时驱动接收端，因此发送和接收是同时进行的（全双工）。但轮询方式通常用于简单的半双工操作（先发送后接收，或反之），或者需要同时监控发送和接收状态。 下面给出一个示例代码（基于STM32标准外设库）并解释： 首先，配置USART（以USART1为例）为同步模式： ```c void USART1_Init(void) { // 1. 使能USART1和GPIO时钟（略） // 2. 配置USART1引脚：TX(PA9), RX(PA10), CK(PA8) 等 // 3. 配置USART1为同步模式 USART_InitTypeDef USART_InitStructure; USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; // 使能发送和接收 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 同步模式需要设置时钟控制 USART_InitStructure.USART_Clock = USART_Clock_Enable; // 使能时钟输出 USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); // 配置时钟的极性和相位（可选） USART_ClockInitTypeDef USART_ClockInitStructure; USART_ClockInitStructure.USART_Clock = USART_Clock_Enable; USART_ClockInitStructure.USART_CPOL = USART_CPOL_Low; // 时钟空闲时为低电平 USART_ClockInitStructure.USART_CPHA = USART_CPHA_1Edge; // 在第一个边沿捕获数据 USART_ClockInitStructure.USART_LastBit = USART_LastBit_Disable; // 最后一位数据的时钟脉冲是否输出 USART_ClockInit(USART1, &USART_ClockInitStructure); // 使能USART1 USART_Cmd(USART1, ENABLE); } ``` 发送数据（轮询方式）： ```c void USART1_SendByte(uint8_t data) { // 等待发送缓冲区为空（TXE标志置位） while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); // 写入数据寄存器 USART_SendData(USART1, data); // 注意：在同步模式下，发送数据的同时会生成时钟，接收方也会同时接收。 // 如果需要等待发送完成（即移位寄存器发送完），可以等待TC标志。 while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET); } ``` 接收数据（轮询方式）： ```c uint8_t USART1_ReceiveByte(void) { // 等待接收到数据（RXNE标志置位） while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET); return USART_ReceiveData(USART1); } ``` 但是，在同步模式下，发送和接收可以同时进行（全双工）。因此，如果我们在发送的同时也想接收，可以同时监控两个标志。但轮询方式难以同时处理两个事件，通常的做法是： - 在发送一个字节后，紧接着检查接收标志（因为发送的时钟也会驱动接收移位寄存器，所以发送的同时也会接收一个字节）。 - 因此，在同步模式下，发送和接收是同时发生的。如果只发送而不想接收，可以忽略接收的数据；如果只接收而不发送，需要发送一个哑数据（dummy）来产生时钟。 全双工同步传输示例（发送一个字节并同时接收一个字节）： ```c uint8_t USART1_SendReceiveByte(uint8_t txData) { // 等待发送缓冲区为空 while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); // 写入要发送的数据 USART_SendData(USART1, txData); // 等待接收完成（注意：在发送的同时，时钟也在驱动接收，所以会接收到一个字节） while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET); // 读取接收到的数据 return USART_ReceiveData(USART1); } ``` 调试要点： 1. 确保USART配置正确，特别是时钟输出使能（USART_Clock_Enable）和时钟极性、相位。 2. 检查硬件连接：时钟线（CK）、数据线（TX和RX）是否正确连接。 3. 在同步模式下，通常需要主设备产生时钟。因此，如果MCU作为主设备，则它需要发送数据（或哑数据）来产生时钟，以便从设备发送数据。 4. 轮询方式会阻塞CPU，因此要注意超时处理，避免死循环。 常见问题： - 死循环：如果标志位一直不置位，程序会卡住。可以加入超时机制。 - 数据错误：检查波特率（在同步模式下，实际上是时钟频率，由波特率发生器产生）是否匹配，以及时钟极性和相位是否与从设备一致。 超时改进示例（发送）： ```c #define TIMEOUT_VALUE 0xFFFF uint8_t USART1_SendByte_Timeout(uint8_t data) { uint32_t timeout = TIMEOUT_VALUE; // 等待发送缓冲区为空 while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET) { if (timeout-- == 0) { // 超时处理，例如返回错误码 return 1; // 错误 } } USART_SendData(USART1, data); timeout = TIMEOUT_VALUE; while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET) { if (timeout-- == 0) { return 1; // 错误 } } return 0; // 成功 } ``` 总结：同步模式下的轮询操作需要正确配置时钟，并在发送和接收时注意标志位的轮询。同时，由于同步模式是全双工的，发送和接收同时进行，因此设计程序时要考虑这一点。 注意：以上代码基于STM32的标准外设库。如果使用HAL库或其他MCU，函数和寄存器名称可能不同，但原理相似。 如果需要更具体的调试帮助，请提供实际代码和硬件平台信息。 生成相关问题：</think>### USART 时钟同步模式轮询实现详解 USART（通用同步异步收发器）在时钟同步模式下的数据传输需要精确的时序控制。以下是关键实现步骤和代码解释： #### 1. **USART 同步模式配置** ```c // 配置USART为同步模式 USART_InitTypeDef USART_InitStruct; USART_InitStruct.USART_BaudRate = 9600; USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; // 使能发送和接收 USART_InitStruct.USART_Clock = USART_Clock_Enable; // 关键：启用同步时钟 USART_InitStruct.USART_CPOL = USART_CPOL_Low; // 时钟极性 USART_InitStruct.USART_CPHA = USART_CPHA_1Edge; // 时钟相位 USART_InitStruct.USART_LastBit = USART_LastBit_Disable; // 最后一位时钟脉冲 USART_Init(USART1, &USART_InitStruct); ``` - **时钟极性 (CPOL)**：空闲时时钟电平（Low/High） - **时钟相位 (CPHA)**：数据采样边沿（第1/2个时钟边沿） - **同步模式关键**：`USART_Clock_Enable` 启用SCLK引脚输出时钟信号[^1] #### 2. **数据发送（轮询模式）** ```c void USART_SendDataSync(uint8_t data) { // 等待发送缓冲区空 while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); // 写入数据寄存器启动传输 USART_SendData(USART1, data); // 等待传输完成 while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET); } ``` - **TXE标志**：发送数据寄存器空（可写入新数据） - **TC标志**：传输完成（包括停止位） - 物理层时序：SCLK每个周期移位1位数据 #### 3. **数据接收（轮询模式）** ```c uint8_t USART_ReceiveDataSync(void) { // 等待接收到数据 while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET); // 读取数据寄存器 return USART_ReceiveData(USART1); } ``` - **RXNE标志**：接收数据寄存器非空（有数据可读） - 同步特性：接收器使用SCLK采样数据，与发送器严格同步 #### 4. **时钟同步原理 在同步模式下： $$ \text{SCLK频率} = \frac{\text{USART时钟源}}{\text{波特率分频}} $$ 数据传输时序： ``` ____ ____ ____ ____ SCLK |_1__|_2__|_3__|_4__|_... // 由CPOL/CPHA配置 DATA ----D0--D1--D2--D3----... // 每个SCLK边沿移位1位 ``` #### 5. 调试要点 1. **时钟配置检查** - 确认SCLK引脚有信号输出（示波器检测） - 验证波特率分频值：$$ \text{分频值} = \frac{\text{系统时钟}}{\text{波特率}} $$ 2. **信号完整性** - SCLK与数据线长度匹配（避免时序偏移） - 上升/下降时间满足器件要求（通常 < 10ns） 3. **超时处理（防死锁）** ```c #define TIMEOUT 100000 uint32_t waitCount = 0; while(USART_GetFlagStatus(...) == RESET) { if(waitCount++ > TIMEOUT) { // 错误处理 break; } } ``` 4. **状态标志误判** - 读取USART_SR寄存器后立即清除错误标志 ```c if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_ORE)) { USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_ORE); } ``` ### 典型问题排查 | 现象 | 可能原因 | 解决方案 | |------|----------|----------| | 无SCLK输出 | 时钟配置错误 | 检查`USART_Clock`使能位 | | 接收数据错位 | CPHA/CPOL不匹配 | 调整主从设备相位配置 | | 仅首字节正确 | 未等待TC标志 | 添加TC等待循环 | | 高字节错误 | 时钟抖动过大 | 降低波特率或缩短连线 |