【经验】灵动微电子低功耗系列MM32L0130微控制器LPUART应用例程

LPUART（Low power universal asynchronous receiver transmitter，低功耗通用异步收发器），相比标准的UART，其功耗极低，支持在低功耗模式下运行，并且可以将MCU从低功耗模式唤醒。

本文介绍灵动微电子MM32全新低功耗系列MM32L0130的LPUART外设，实现基本UART收发通信、通过UART中断使MCU从低功耗模式中唤醒。以及LPUART的高级应用，实现DMA收发实验、使用数据匹配寄存器匹配到指定字符后唤醒MCU。

1、LPUART 简介

1.1  LPUART功能框图

1.2  LPUART功能特征

• 支持UART帧格式的全双工异步数据收发。

• 支持输入任意频率的时钟源，可配置为LSE/LSI/PCLK。

• 支持可编程的波特率数据传输，发送和接收时可采用3、4分频交替，防止累计误差。

• 可配置奇偶校验位、停止位。

• 可配置收发数据信号取反。

2、LPUART时钟配置

LPUART时钟源配置寄存器在RCC_CFGR2中的位0和位1，可配置LSE、LSI、PCLK作为时钟源。

3、LPUART中断与唤醒

支持的中断源：

• 接收缓冲溢出

• 帧错误

• 奇偶校验错误

• 接收器检测到起始位

• 接收器检测到下降沿

• 接收器完整接收 1byte 数据

• 接收器完整接收数据且与预设数据匹配

• 发送器数据完成发送

• 发送器缓冲空

支持低功耗模式下的唤醒源：

• 接收器检测到下降沿唤醒

• 接收器检测到起始位唤醒

• 接收器1字节接收完成唤醒

• 接收器1字节数据接收并匹配唤醒

4、接收和发送时序

由于LPUART工作时钟不是波特率的整数倍，采用固定分频系数的话会引入累计误差，所以在接收和发送的时候采用3、4分频交替进行接收和发送，每个bit采样一次，每个bit采用3分频还是4分频由MCTL寄存器控制，接收和发送时序图如下：

当LPUART工作时钟配置为标准的32.768KHz时，软件可配置BREN为0，然后根据通信波特率调整调制寄存器MCTL，建议配置参数如下表：

5、LPUART寄存器概览

6、LPUART实现普通UART功能配置步骤

1、开启LPUART所选时钟源

2、配置RCC_CFGR2寄存器选择LPUART时钟

3、配置 LPUBAUD 寄存器决定波特率

4、根据波特率选择合适的调制参数，配置 MCTL 寄存器

5、配置 LPUCON 寄存器，选择帧格式、极性、中断参数等

6、配置 LPUEN 寄存器打开发送、接收使能

7、发送和接收数据

发送数据：

将待发送的数据写入LPUTXD，当发送完成时，LPUSTA的TXE标志位会被硬件置起，表示数据已传入移位寄存器，发送 buffer为空。此时可往LPUTXD写入下一个数据。软件向发送buffer写数据时TXE标志位自动清零。

接收数据：

当接收一个完整帧时，LPUSTA的RXF标志位置起，表示已完整接收数据，此时软件可读取LPURXD读出接收到的数据。软件读LPUDATA寄存器时，RXF标志位自动清零。

8、LPUART功能实现代码

首先编写基础UART的代码，通过轮询的方式发送和接收数据。然后添加中断代码，实现通过LPUART将MCU从低功耗模式唤醒。

8.1  基于LSE时钟的基础UART功能实现代码

a.开启BKP、LSE时钟，待LSE时钟稳定，使能LPUART时钟：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_BKP, ENABLE);
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);
DELAY_Ms(100);
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET) {;}
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_LPUART1, ENABLE);

b.配置LPUART的LPUART_InitTypeDef结构体参数：

LPUART_InitTypeDef init_struct;
init_struct.LPUART_Clock_Source = 0; //时钟源选择
init_struct.LPUART_BaudRate = LPUART_Baudrate_9600; //波特率选择9600
init_struct.LPUART_WordLength = LPUART_WordLength_8b; //8位数据位
init_struct.LPUART_StopBits = LPUART_StopBits_1; //1位停止位
init_struct.LPUART_Parity = LPUART_Parity_No; //没有校验位
init_struct.LPUART_MDU_Value = 0x952; //波特率调制控制寄存器
init_struct.LPUART_NEDET_Source = LPUART_NegativeDectect_Source2;//下降沿采样使能
init_struct.LPUART_RecvEventCfg = LPUART_RecvEvent_Start_Bit;//中断检测模式
LPUART_Init(LPUART1, &init_struct);
LPUART_Cmd(LPUART1, ENABLE);

c.设置LPUART引脚复用，例程复用到PA4、PA5：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
RCC_GPIO_ClockCmd(GPIOA, ENABLE);

GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource4, GPIO_AF_3);
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_3);

//LPUART1_TX   GPIOA.4
GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

//LPUART1_RX    GPIOA.5
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

d.编写发送函数：

void Output_Byte(LPUART_TypeDef* lpuart, uint8_t dat)
{
    LPUART_SendData(lpuart, dat);
    while(!LPUART_GetFlagStatus(lpuart, LPUART_LPUSTA_TXE));
}

e.编写轮询接收函数：

uint8_t Input_Byte(LPUART_TypeDef* lpuart)
{
    uint8_t temp;
    while(1) {
        if(LPUART_GetFlagStatus(lpuart, LPUART_LPUSTA_RXF)) {
            //read LPUART_LPUSTA_RXF bit and clear
            temp = (uint8_t)LPUART_ReceiveData(lpuart);
            break;
        }
    }
    if(temp == 0xd) {
        return 0;
    }
    return temp;
}

f.

编写实验样例：

void LPUART_TxRx_Test(void)
{
    uint8_t temp, i;
    char string[] = "LPUART polling test!\r\n";

    for(i = 0; i < strlen(string); i++)
    {
        Output_Byte(LPUART1, string[i]);
    }
    while(1)
    {
        temp = Input_Byte(LPUART1);
        if(temp != 0)
        {
            Output_Byte(LPUART1, temp);
        }
    }
}

g.在main函数中配置好LPUART后，调用LPUART_TxRx_Test函数，可得到如下实验结果：

8.2  在上述基本LPUART配置的基础上增加中断配置代码，实现唤醒低功耗模式中的MCU

a.开启SYSCFG、PWR时钟：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_SYSCFG, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_PWR, ENABLE);

b.EXTI模块可以产生中断请求，用来唤醒低功耗模式中的MCU，LPUART连接到EXTI22，使能EXTI22：

EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
EXTI_StructInit(&EXTI_InitStruct);
EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line22;
EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);

c.配置NVIC：

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = LPUART1_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPriority = 1;
NVIC_Init( &NVIC_InitStruct);

d.清除接收标志并打开接收中断：

LPUART_ClearITPendingBit(LPUART1, LPUART_LPUIF_RXIF);
LPUART_ITConfig(LPUART1, LPUART_LPUCON_RXIE, ENABLE);

e.定义RX缓存，然后编写中断服务函数：

char rxDataBuf[10], cnt = 0;
uint8_t cnt_flag = 0;
void LPUART1_IRQHandler()
{
    if(LPUART_GetFlagStatus(LPUART1, LPUART_LPUSTA_START))
    {
        LPUART_ClearFlagStatus(LPUART1, LPUART_LPUSTA_START);

    }
    if(LPUART_GetITStatus(LPUART1, LPUART_LPUIF_RXIF) == SET)
    {
        LPUART_ClearITPendingBit(LPUART1, LPUART_LPUIF_RXIF);
        rxDataBuf[cnt] = LPUART_ReceiveData(LPUART1);
        if(++cnt >= 10)
        {
            cnt_flag = 1;
            cnt = 0;
        }
    }
}

f.编写实验样例：

void LPUART_Wakeup_Test(void)
{
    uint8_t temp, i;
    char string1[] = "LPUART wakeup mcu test!\r\n";
    char string2[] = "mcu stop!\r\n";
    char string3[] = "mcu wakeup!\r\n";

    for(i = 0; i < strlen(string1); i++)
    {
        Output_Byte(LPUART1, string1[i]);
    }
    DELAY_Ms(20);
    for(i = 0; i < strlen(string2); i++)
    {
        Output_Byte(LPUART1, string2[i]);
    }
    PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);//休眠
    for(i = 0; i < strlen(string3); i++)
    {
        Output_Byte(LPUART1, string3[i]);
    }

    while(1)
    {

    }
}

g.在main函数中配置好LPUART后，调用实验函数LPUART_Wakeup_Test，可以的到如下结果：

9、LPUART使用DMA

LPUART可以使用DMA来搬运数据，实现无需CPU参与的快速自动数据传输。硬件发出DMA请求与对应的DMA通道直连，也可以通过软件配置寄存器的方式触发DMA通道请求。LPUART的控制寄存器有对应的DMA使能位，如下图所示：

9.1  DMA中断

DMA的每个通道都有三种中断事件标志：DMA半传输、DMA传输完成和DMA传输出错。各通道单独的中断请求由这3种事件标志逻辑或起来。可以配置寄存器的对应位来使能这些中断：

9.2  LPUART使用DMA的配置步骤

1、根据基本UART配置步骤配置LPUART

2、使能LPUEN的DMAR与DMAT位激活DMA模式

3、使能DMA时钟

4、发送需要配置DMA的源地址（存储器地址）和目的地址（LPUTXD），传输的数据量以及DMA通道

5、配置完发送后，只要TXFIFO为空，就会请求DMA发送

6、接收需要配置DMA的源地址（LPURXD）和目的地址（存储器地址），传输的数据量以及DMA通道

7、配置完接收后，只要RXFIFO有数据，即不为空，就会请求DMA接收

9.3  功能代码实现

下面例程实现了使用DMA发送和接收LPUART数据，发送和接收完成后进入中断，例程在基本UART收发实验的基础上完成。

a.申请例程所用到的TX和RX缓存、TX和RX完成标志：

uint8_t TX_Buffer[16], RX_Buffer[16];
uint8_t TX_Complete = 0, RX_Complete = 0;

b.配置NVIC：

NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStruct;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel2_3_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPriority = 2;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

c.配置DMA通道2为LPUART_TX：

void LPUART_DMA_TX_Init(void)
{
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct;

    RCC_DMA_ClockCmd(DMA1, ENABLE);
    DMA_DeInit(DMA1_Channel2);
    DMA_StructInit(&DMA_InitStruct);
    //DMA transfer peripheral address
    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&LPUART1->LPUTXD;
    //DMA transfer memory address
    DMA_InitStruct.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)TX_Buffer;
    //DMA transfer direction from peripheral to memory
    DMA_InitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;
    //DMA cache size
    DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = 16;
    //The peripheral address is forbidden to move backward
    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    //The memory address is shifted backward
    DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    //Define the peripheral data width to 8 bits
    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
    DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;
    //M2M mode is disabled
    DMA_InitStruct.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
    DMA_InitStruct.DMA_Auto_reload = DMA_Auto_Reload_Disable;
    DMA_Init(DMA1_Channel2, &DMA_InitStruct);
    DMA_SetChannelMuxSource(DMA1_Channel2, DMA1_MUX_LPUART1_TX);
    //Enable LPUART_DMA1_Channel Transfer complete interrupt
    DMA_ITConfig(DMA1_Channel2, DMA_IT_TC, ENABLE);
    LPUART_TX_DMACmd(LPUART1, ENABLE);
    while((LPUART1->LPUEN & LPUART_LPUEN_DMAT) == 0);
    //LPUART_DMA1_Channel enable
    DMA_Cmd(DMA1_Channel2, ENABLE);
}

d.配置DMA通道3为LPUART_RX：

void LPUART_DMA_RX_Init(void)
{
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct;

    RCC_DMA_ClockCmd(DMA1, ENABLE);

    DMA_DeInit(DMA1_Channel3);
    DMA_StructInit(&DMA_InitStruct);
    //DMA transfer peripheral address
    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&LPUART1->LPURXD;
    //DMA transfer memory address
    DMA_InitStruct.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)RX_Buffer;
    //DMA transfer direction from peripheral to memory
    DMA_InitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
    //DMA cache size
    DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = 16;
    //The peripheral address is forbidden to move backward
    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    //The memory address is shifted backward
    DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    //Define the peripheral data width to 8 bits
    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
    DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;
    //M2M mode is disabled
    DMA_InitStruct.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
    DMA_InitStruct.DMA_Auto_reload = DMA_Auto_Reload_Disable;
    DMA_Init(DMA1_Channel3, &DMA_InitStruct);
    DMA_SetChannelMuxSource(DMA1_Channel3, DMA1_MUX_LPUART1_RX);
    //Enable LPUART_DMA1_Channel Transfer complete interrupt
    DMA_ITConfig(DMA1_Channel3, DMA_IT_TC, ENABLE);
    LPUART_RX_DMACmd(LPUART1, ENABLE);
    while((LPUART1->LPUEN & LPUART_LPUEN_DMAR) == 0);
    //LPUART_DMA1_Channel enable
    DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE);
}

e.编写中断服务函数：

void DMA1_Channel2_3_IRQHandler(void)
{
    if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC2))
    {
        DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC2);
        TX_Complete = 1;
    }
    if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC3))
    {
        DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC3);
        RX_Complete = 1;
    }
}

f.编写实验样例：

void LPUART_RxTx_DMA_Test(void)
{
    uint8_t i;

    for(i = 0; i < 16; i++)
    {
        TX_Buffer[i] = i;
    }
    LPUART_DMA_TX_Init();
    LPUART_DMA_RX_Init();

    while(1)
    {
        if(TX_Complete == 1)
        {
            TX_Complete = 0;
            DMA1_Channel3->CMAR = (uint32_t)RX_Buffer;
            DMA1_Channel3->CNDTR = 16;
            DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE);
        }
        if(RX_Complete == 1)
        {
            RX_Complete = 0;
            memcpy((void *)TX_Buffer, (void *)RX_Buffer, 16);
            DMA1_Channel2->CMAR = (uint32_t)TX_Buffer;
            DMA1_Channel2->CNDTR = 16;
            DMA_Cmd(DMA1_Channel2, ENABLE);
        }
    }
}

g.在main函数中配置好LPUART和DMA后，调用实验函数LPUART_RxTx_DMA_Test，可以得到如下结果：

10、使用数据匹配寄存器匹配到指定字符后唤醒MCU

为进一步降低系统功耗，MM32L0130系列的LPUART提供了一种接收到指定字符才能唤醒低功耗状态的MCU的功能。用于唤醒的指定字符，由数据匹配寄存器确定：

10.1  接收中断配置寄存器

可以通过LPUART的LPUCON.RXEV寄存器配置唤醒事件为START位、一帧接收完成、一帧数据匹配或者RXD下降沿唤醒。

10.2  功能代码实现

匹配指定字符唤醒MCU功能，需要在上期讲解的LPUART唤醒低功耗模式中的MCU基础上修改中断事件配置、指定唤醒字符，具体代码如下：

a.配置LPUART接收中断事件为接收数据匹配成功：

LPUART_InitTypeDef init_struct;

init_struct.LPUART_Clock_Source = 0;
init_struct.LPUART_BaudRate = LPUART_Baudrate_9600;
init_struct.LPUART_WordLength = LPUART_WordLength_8b;
init_struct.LPUART_StopBits = LPUART_StopBits_1;
init_struct.LPUART_Parity = LPUART_Parity_No;
init_struct.LPUART_MDU_Value = 0x952;
init_struct.LPUART_NEDET_Source = LPUART_NegativeDectect_Source2;
init_struct.LPUART_RecvEventCfg = LPUART_RecvEvent_RecvData_Mactched;
LPUART_Init(LPUART1, &init_struct);

b.配置特定的唤醒字符：

LPUART_SetMatchData(LPUART1, ‘5’); //指定字符’5’为唤醒字符

c.编写中断服务程序，判断接收匹配事件并清除标志：

void LPUART1_IRQHandler()
{
    if(LPUART_GetFlagStatus(LPUART1, LPUART_LPUSTA_START))
    {
        LPUART_ClearFlagStatus(LPUART1, LPUART_LPUSTA_START);
    }
    if(LPUART_GetFlagStatus(LPUART1, LPUART_LPUSTA_MATCH))
    {//判断接收中断匹配事件
        LPUART_ClearFlagStatus(LPUART1, LPUART_LPUSTA_MATCH);

    }
    if(LPUART_GetITStatus(LPUART1, LPUART_LPUIF_RXIF) == SET) {
        LPUART_ClearITPendingBit(LPUART1, LPUART_LPUIF_RXIF);
        rxDataBuf[cnt] = LPUART_ReceiveData(LPUART1);
        if(++cnt >= 10)
            cnt_flag = 1;
    }
    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line22);
}

d.编写试验样例：

void LPUART_Wakeup_Test(void)
{
    uint8_t temp, i;
    char string1[] = "LPUART wakeup mcu test!\r\n";
    char string2[] = "mcu stop!\r\n";
    char string3[] = "mcu wakeup!\r\n";

    for(i = 0; i < strlen(string1); i++)
    {
        Output_Byte(LPUART1, string1[i]);
    }
    DELAY_Ms(20);
    for(i = 0; i < strlen(string2); i++)
    {
        Output_Byte(LPUART1, string2[i]);
    }
    PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);//休眠
    for(i = 0; i < strlen(string3); i++)
    {
        Output_Byte(LPUART1, string3[i]);
    }

    while(1)
    {

    }
}

e.在main函数配置好LPUART后，调用实验函数LPUART_Wakeup_Test，可以得到如下结果：