如何用使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形

一、题目要求


二、 串口协议和RS—232标准，RS232电平与TTL电平的区别，以及"USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理。


1、串口协议


什么是串口协议？
串口协议又指串口通信，串口通信指串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比特字节（byte）的串行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信协议是指规定了数据包的内容，内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。
设备之间的通信方式一般分为串行通信和并行通信。
按照通信方式，分为：同步通信和异步通信。
按照数据的传输方向，串口通信分为：单工、半双工、全双工。
常见串口通信接口：


（一）STM32串口通信


STM32的串口通信接口有两种，分别是：UART（通用异步收发器）和USART（通用同步异步收发器），对于大容量STM32F10x系列芯片，分别有3个USART和2个UART。
UART有4个pin（VCC, GND, RX, TX）, 用的TTL电平, 低电平为0(0V)，高电平为1（3.3V或以上）。如下图：

UART引脚连接方法：

芯片1的RxD连接芯片2的TXD，芯片2的RXD连接芯片1的TXD，GND接GND，然后这两个芯片之间就可以进行TTL电平通信了。

（二）RS-232


RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。
虽然PC机和芯片都有TXD和RXD引脚，但是通常PC机（或上位机）通常使用的都是RS232接口（通常为DB9封装），因此不能直接交叉连接。因此，要想使得芯片与PC机的RS232接口直接通信，需要也将芯片的输入输出端口也电平转换成rs232类型，再交叉连接。

芯片串口和rs232的电平标准：Rs232的电平标准：+15/+13 V表示0，-15/-13表示1；单片机的电平标准（TTL电平）：+5V表示1，0V表示0。
连接方式：在单片机串口与上位机给出的rs232口之间，通过电平转换威廉希尔官方网站 ，实现TTL电平与RS232电平之间的转换。
RS232接口：

通信过程中只有两个脚参与通信，所以在威廉希尔官方网站 连接时，我们只需要连接三个脚即可。2脚：电脑的输入RXD，3脚：电脑的输出TXD 通过2 ，3 脚就可以实现全双工(可同时收发)的串行异步通信，5脚：接地。
PC串口与单片机串口连接方式：
其中，DB91是在电脑上的 DB92是在单片机实验板上焊接着的。如果电脑没有rs232口，只有USB口，可以用串口转接线转出串口，在电脑上位机上需要安装驱动程序。

（三）TTL电平与RS—２３２电平的区别


TTL电平标准：输出 L： 《0.8V ； H：》2.4V；输入 L： 《1.2V ； H：》2.0V。TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。于是TTL电平的输入低电平的噪声容限就只有（0.8-0）/2=0.4V，高电平的噪声容限为（5-2.4）/2=1.3V。
。比TTL有更高的噪声容限。
RS232标准：逻辑1的电平为-3～-15V，逻辑0的电平为+3～+15V，注意电平的定义反相了一次。
TTL232：晶体管-晶体管逻辑集成威廉希尔官方网站 。
RS232：数据终端设备( DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准。
TTL：是以某个固定的速率去传输的，但是可以传输多个bit比特位。
RS232：以固定的某个速率（1200bps,9600bps,115200bps等），一次只能只传输一个bit比特位。

（四）USB／TTL转232（以CH３４０为例）

USB转串口模块可以使用5V、3V3电压供电，需要将跳线帽进行安装。可以对USB转串口模块进行测试，将USB的电压引脚用跳帽接上，然后将RXD和TXD两个引脚用跳帽或者杜邦线接上。然后打开串口终端，点击“手动发送”或者“自动发送”，如果在接收区可以接收到数据，说明USB转串口模块工作正常，否则需要检查接线是否正确、威廉希尔官方网站 板元器件是否损坏。
VCC接线是为了单片机供电，USB转串口的RXD引脚与单片机的TXD引脚相连，USB转串口的TXD引脚与单片机的RXD引脚相连，两者的GND引脚直接相连，如下图：


2、stm32的USART的串口通信（查询方式）

（一）内容

完成一个STM32的USART串口通讯程序（查询方式即可，暂不要求采用中断方式），要求：
1）设置波特率为115200，1位停止位，无校验位；
2）STM32系统给上位机（win10）连续发送“hello windows！”。win10采用“串口助手”工具接收。
3）在没有示波器条件下，可以使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形，更方便动态跟踪调试和定位代码故障点。 请用此功能观察串口输出波形，并分析其波形反映的时序状态正确与否，高低电平转换周期（LED闪烁周期）实际为多少。

（二）安装CH３４０驱动


安装已完成

在电脑设备管理器处查看有无com端口出现，有即可证明成功。


（三）代码建立工程

只需要修改下usart.c和test.c文件即可。
在SYSTEM组下双击usart.c，其中的uart_init函数，代码如下：

void uart_init(u32 pclk2,u32 bound)
{           
        float temp;
        u16 mantissa;
        u16 fraction;         
        temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);//得到USARTDIV
        mantissa=temp;                                 //得到整数部分
        fraction=(temp-mantissa)*16; //得到小数部分         
    mantissa<<=4;
        mantissa+=fraction;
        RCC->APB2ENR|=1<<2;   //使能PORTA口时钟  
        RCC->APB2ENR|=1<<14;  //使能串口时钟
        GPIOA->CRH&=0XFFFFF00F;//IO状态设置
        GPIOA->CRH|=0X000008B0;//IO状态设置
        RCC->APB2RSTR|=1<<14;   //复位串口1
        RCC->APB2RSTR&=~(1<<14);//停止复位                     
        //波特率设置
        USART1->BRR=mantissa; // 波特率设置         
        USART1->CR1|=0X200C;  //1位停止,无校验位.
#if EN_USART1_RX                  //如果使能了接收
        //使能接收中断
        USART1->CR1|=1<<5;    //接收缓冲区非空中断使能                  
        MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQn,2);//组2，最低优先级
#endif
}


在test.c中编写如下代码：

#include "sys.h"
#include "usart.h"               
#include "delay.h"         
int main(void)
{                                 
        u16 t; u16 len; u16 times=0;
        Stm32_Clock_Init(9);        //系统时钟设置
        delay_init(72);                          //延时初始化
        uart_init(72,115200);         //串口初始化为115200
          while(1)
        {
                if(USART_RX_STA&0x8000)
                {
                        len=USART_RX_STA&0x3FFF;//得到此次接收到的数据长度
                        printf("rn Hello Windows! rnrn");
                        for(t=0;t
                        {
                                USART1->DR=USART_RX_BUF[t];
                                while((USART1->SR&0X40)==0);//等待发送结束
                        }
                        printf("rnrn");//插入换行
                        USART_RX_STA=0;
                }else
                {
                        times++;
                        if(times%200==0)printf("Hello Windows!rn");
                        delay_ms(10);
                }
        }         
}



编译成功后烧录：


（四）串口助手观察输出


打开XCOM串口助手，弹出界面点击打开串口，即可以接收到C8T6发送的数据Hello Windows!


3、KEIL观察串口输出的波形


在没有示波器条件下，可以使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形，更方便动态跟踪调试和定位代码故障点。 用此功能观察串口输出波形，并分析其波形反映的时序状态正确与否，高低电平转换周期（LED闪烁周期）实际为多少。

我们可以看出PA9、PA10波形是一条直线，没有变化。

三、stm32CubeMX+Keil使用HAL库点灯,并使用逻辑分析仪观察周期


1、stm32CubeMX点亮LED灯


（一）内容


安装 stm32CubeMX，配合Keil，分别尝试使用寄存器地址方式（汇编或C，不限） 和HAL库这两种方式，完成下列任务：
1、重做上一个LED流水灯作业，即用GPIO端口完成3只LED红绿灯的周期闪烁。
2、在没有示波器条件下，可以使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形，更方便动态跟踪调试和定位代码故障点。 请用此功能观察3个GPIO端口的输出波形，并分析其波形反映的时序状态正确与否，高低电平转换周期（LED闪烁周期）实际为多少。

（二）准备工作

安装完成之后，点击help，下载依赖包

选择自己的芯片，选上前面的复选框就可以下载了，前面是绿色就代表已经下载好了。

包下载好之后就可以了，后面回到home界面，创建新项目。在part name那输入自己的芯片，这里以STMC8T6举例，然后在中间回出现一列信息，点击之后再点击start project就行了。

点击System Core，进入里面的SYS，在debug那里选择Serial Wire。

接下来就是配置时钟了，进入上面的rcc，有两个时钟，一个是hse和lse，我们要用是GPIO接口，而这些接口都在APB2里。
接下来观察时钟架构，APB2总线的时钟由hse控制，同时在这个界面得把PLLCLK右边选上。

所以我们将hse那里设为Crystal/Ceramic Resonator就行了。

接下来就是点击相应的引脚设置输出寄存器了，就是output那一项，一共选了三个，是PA7，PB9，PC15。设置还没完，点击System core里的GPIO，把点击引脚名，把输出等级改为high，其实这里不改也没什么，只是程序运行开始时初始状态不一样，mode不用改

点击project manager，配置好自己的路径和项目名，然后IDE那项改为MDK-ARM。

进入code generate界面，选择生成初始化.c/.h文件，后面点击generate code就行了。


（三）stm32CubeMX生成代码


进入对应文件夹，再打开MDK-ARM文件夹，通过keil打开刚刚生成的项目。

通过这个目录打开main.c文件，到主函数那一部分。

将下面代码放入主函数中（替代里面的内容）。

SystemClock_Config();//系统时钟初始化
  MX_GPIO_Init();//gpio初始化
  while (1)
  {               
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_RESET);//PA7亮灯
                HAL_Delay(500);//延时0.5s
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_SET);//PA7熄灯
                HAL_Delay(500);//延时0.5s               
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET);//PB9亮灯
                HAL_Delay(500);//延时0.5s
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET);//PB9熄灯
                HAL_Delay(500);//延时0.5s
               
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET);//PC15亮灯
                HAL_Delay(500);//延时0.5s
               
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET);//PC15熄灯
                HAL_Delay(500);//延时0.5s
               
  }


（四）编译、烧录



烧录



（五）结果


２、keil观察3个GPIO端口的输出波形


（一）仿真模式的设置


在使用仿真模式时，需要进行Debug模式设置，下图是Debug设置模式。


（二）逻辑分析仪


设置完成后，开启调试模式，打开逻辑分析仪。
直接以 PORTX 的形式输入，内容取决于代码中定义的管脚。


我们需要将Display Type处设置为Bit。
得到波形图：


四、实验总结


通过这次实验我们了解了什么是串口协议，串口协议和RS—232标准，RS232电平与TTL电平的区别。以及如何用使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形，在实验也遇到了很多的问题，但是经过网上查找资料，以及同学的帮助，完成了这次实验，还是挺有收获的，明白了要将理论运用到实践，这样也提高了我们的动手能力，也让我们学到更多的新知识。

一、题目要求


二、 串口协议和RS—232标准，RS232电平与TTL电平的区别，以及"USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理。


1、串口协议


什么是串口协议？
串口协议又指串口通信，串口通信指串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比特字节（byte）的串行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信协议是指规定了数据包的内容，内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。
设备之间的通信方式一般分为串行通信和并行通信。
按照通信方式，分为：同步通信和异步通信。
按照数据的传输方向，串口通信分为：单工、半双工、全双工。
常见串口通信接口：


（一）STM32串口通信


STM32的串口通信接口有两种，分别是：UART（通用异步收发器）和USART（通用同步异步收发器），对于大容量STM32F10x系列芯片，分别有3个USART和2个UART。
UART有4个pin（VCC, GND, RX, TX）, 用的TTL电平, 低电平为0(0V)，高电平为1（3.3V或以上）。如下图：

UART引脚连接方法：

芯片1的RxD连接芯片2的TXD，芯片2的RXD连接芯片1的TXD，GND接GND，然后这两个芯片之间就可以进行TTL电平通信了。

（二）RS-232


RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。
虽然PC机和芯片都有TXD和RXD引脚，但是通常PC机（或上位机）通常使用的都是RS232接口（通常为DB9封装），因此不能直接交叉连接。因此，要想使得芯片与PC机的RS232接口直接通信，需要也将芯片的输入输出端口也电平转换成rs232类型，再交叉连接。

芯片串口和rs232的电平标准：Rs232的电平标准：+15/+13 V表示0，-15/-13表示1；单片机的电平标准（TTL电平）：+5V表示1，0V表示0。
连接方式：在单片机串口与上位机给出的rs232口之间，通过电平转换威廉希尔官方网站 ，实现TTL电平与RS232电平之间的转换。
RS232接口：

通信过程中只有两个脚参与通信，所以在威廉希尔官方网站 连接时，我们只需要连接三个脚即可。2脚：电脑的输入RXD，3脚：电脑的输出TXD 通过2 ，3 脚就可以实现全双工(可同时收发)的串行异步通信，5脚：接地。
PC串口与单片机串口连接方式：
其中，DB91是在电脑上的 DB92是在单片机实验板上焊接着的。如果电脑没有rs232口，只有USB口，可以用串口转接线转出串口，在电脑上位机上需要安装驱动程序。

（三）TTL电平与RS—２３２电平的区别


TTL电平标准：输出 L： 《0.8V ； H：》2.4V；输入 L： 《1.2V ； H：》2.0V。TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入，低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。于是TTL电平的输入低电平的噪声容限就只有（0.8-0）/2=0.4V，高电平的噪声容限为（5-2.4）/2=1.3V。
。比TTL有更高的噪声容限。
RS232标准：逻辑1的电平为-3～-15V，逻辑0的电平为+3～+15V，注意电平的定义反相了一次。
TTL232：晶体管-晶体管逻辑集成威廉希尔官方网站 。
RS232：数据终端设备( DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准。
TTL：是以某个固定的速率去传输的，但是可以传输多个bit比特位。
RS232：以固定的某个速率（1200bps,9600bps,115200bps等），一次只能只传输一个bit比特位。

（四）USB／TTL转232（以CH３４０为例）

USB转串口模块可以使用5V、3V3电压供电，需要将跳线帽进行安装。可以对USB转串口模块进行测试，将USB的电压引脚用跳帽接上，然后将RXD和TXD两个引脚用跳帽或者杜邦线接上。然后打开串口终端，点击“手动发送”或者“自动发送”，如果在接收区可以接收到数据，说明USB转串口模块工作正常，否则需要检查接线是否正确、威廉希尔官方网站 板元器件是否损坏。
VCC接线是为了单片机供电，USB转串口的RXD引脚与单片机的TXD引脚相连，USB转串口的TXD引脚与单片机的RXD引脚相连，两者的GND引脚直接相连，如下图：


2、stm32的USART的串口通信（查询方式）

（一）内容

完成一个STM32的USART串口通讯程序（查询方式即可，暂不要求采用中断方式），要求：
1）设置波特率为115200，1位停止位，无校验位；
2）STM32系统给上位机（win10）连续发送“hello windows！”。win10采用“串口助手”工具接收。
3）在没有示波器条件下，可以使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形，更方便动态跟踪调试和定位代码故障点。 请用此功能观察串口输出波形，并分析其波形反映的时序状态正确与否，高低电平转换周期（LED闪烁周期）实际为多少。

（二）安装CH３４０驱动


安装已完成

在电脑设备管理器处查看有无com端口出现，有即可证明成功。


（三）代码建立工程

只需要修改下usart.c和test.c文件即可。
在SYSTEM组下双击usart.c，其中的uart_init函数，代码如下：

void uart_init(u32 pclk2,u32 bound)
{           
        float temp;
        u16 mantissa;
        u16 fraction;         
        temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);//得到USARTDIV
        mantissa=temp;                                 //得到整数部分
        fraction=(temp-mantissa)*16; //得到小数部分         
    mantissa<<=4;
        mantissa+=fraction;
        RCC->APB2ENR|=1<<2;   //使能PORTA口时钟  
        RCC->APB2ENR|=1<<14;  //使能串口时钟
        GPIOA->CRH&=0XFFFFF00F;//IO状态设置
        GPIOA->CRH|=0X000008B0;//IO状态设置
        RCC->APB2RSTR|=1<<14;   //复位串口1
        RCC->APB2RSTR&=~(1<<14);//停止复位                     
        //波特率设置
        USART1->BRR=mantissa; // 波特率设置         
        USART1->CR1|=0X200C;  //1位停止,无校验位.
#if EN_USART1_RX                  //如果使能了接收
        //使能接收中断
        USART1->CR1|=1<<5;    //接收缓冲区非空中断使能                  
        MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQn,2);//组2，最低优先级
#endif
}


在test.c中编写如下代码：

#include "sys.h"
#include "usart.h"               
#include "delay.h"         
int main(void)
{                                 
        u16 t; u16 len; u16 times=0;
        Stm32_Clock_Init(9);        //系统时钟设置
        delay_init(72);                          //延时初始化
        uart_init(72,115200);         //串口初始化为115200
          while(1)
        {
                if(USART_RX_STA&0x8000)
                {
                        len=USART_RX_STA&0x3FFF;//得到此次接收到的数据长度
                        printf("rn Hello Windows! rnrn");
                        for(t=0;t
                        {
                                USART1->DR=USART_RX_BUF[t];
                                while((USART1->SR&0X40)==0);//等待发送结束
                        }
                        printf("rnrn");//插入换行
                        USART_RX_STA=0;
                }else
                {
                        times++;
                        if(times%200==0)printf("Hello Windows!rn");
                        delay_ms(10);
                }
        }         
}



编译成功后烧录：


（四）串口助手观察输出


打开XCOM串口助手，弹出界面点击打开串口，即可以接收到C8T6发送的数据Hello Windows!


3、KEIL观察串口输出的波形


在没有示波器条件下，可以使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形，更方便动态跟踪调试和定位代码故障点。 用此功能观察串口输出波形，并分析其波形反映的时序状态正确与否，高低电平转换周期（LED闪烁周期）实际为多少。

我们可以看出PA9、PA10波形是一条直线，没有变化。

三、stm32CubeMX+Keil使用HAL库点灯,并使用逻辑分析仪观察周期


1、stm32CubeMX点亮LED灯


（一）内容


安装 stm32CubeMX，配合Keil，分别尝试使用寄存器地址方式（汇编或C，不限） 和HAL库这两种方式，完成下列任务：
1、重做上一个LED流水灯作业，即用GPIO端口完成3只LED红绿灯的周期闪烁。
2、在没有示波器条件下，可以使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形，更方便动态跟踪调试和定位代码故障点。 请用此功能观察3个GPIO端口的输出波形，并分析其波形反映的时序状态正确与否，高低电平转换周期（LED闪烁周期）实际为多少。

（二）准备工作

安装完成之后，点击help，下载依赖包

选择自己的芯片，选上前面的复选框就可以下载了，前面是绿色就代表已经下载好了。

包下载好之后就可以了，后面回到home界面，创建新项目。在part name那输入自己的芯片，这里以STMC8T6举例，然后在中间回出现一列信息，点击之后再点击start project就行了。

点击System Core，进入里面的SYS，在debug那里选择Serial Wire。

接下来就是配置时钟了，进入上面的rcc，有两个时钟，一个是hse和lse，我们要用是GPIO接口，而这些接口都在APB2里。
接下来观察时钟架构，APB2总线的时钟由hse控制，同时在这个界面得把PLLCLK右边选上。

所以我们将hse那里设为Crystal/Ceramic Resonator就行了。

接下来就是点击相应的引脚设置输出寄存器了，就是output那一项，一共选了三个，是PA7，PB9，PC15。设置还没完，点击System core里的GPIO，把点击引脚名，把输出等级改为high，其实这里不改也没什么，只是程序运行开始时初始状态不一样，mode不用改

点击project manager，配置好自己的路径和项目名，然后IDE那项改为MDK-ARM。

进入code generate界面，选择生成初始化.c/.h文件，后面点击generate code就行了。


（三）stm32CubeMX生成代码


进入对应文件夹，再打开MDK-ARM文件夹，通过keil打开刚刚生成的项目。

通过这个目录打开main.c文件，到主函数那一部分。

将下面代码放入主函数中（替代里面的内容）。

SystemClock_Config();//系统时钟初始化
  MX_GPIO_Init();//gpio初始化
  while (1)
  {               
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_RESET);//PA7亮灯
                HAL_Delay(500);//延时0.5s
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_7,GPIO_PIN_SET);//PA7熄灯
                HAL_Delay(500);//延时0.5s               
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET);//PB9亮灯
                HAL_Delay(500);//延时0.5s
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET);//PB9熄灯
                HAL_Delay(500);//延时0.5s
               
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET);//PC15亮灯
                HAL_Delay(500);//延时0.5s
               
                HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET);//PC15熄灯
                HAL_Delay(500);//延时0.5s
               
  }


（四）编译、烧录



烧录



（五）结果


２、keil观察3个GPIO端口的输出波形


（一）仿真模式的设置


在使用仿真模式时，需要进行Debug模式设置，下图是Debug设置模式。


（二）逻辑分析仪


设置完成后，开启调试模式，打开逻辑分析仪。
直接以 PORTX 的形式输入，内容取决于代码中定义的管脚。


我们需要将Display Type处设置为Bit。
得到波形图：


四、实验总结


通过这次实验我们了解了什么是串口协议，串口协议和RS—232标准，RS232电平与TTL电平的区别。以及如何用使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形，在实验也遇到了很多的问题，但是经过网上查找资料，以及同学的帮助，完成了这次实验，还是挺有收获的，明白了要将理论运用到实践，这样也提高了我们的动手能力，也让我们学到更多的新知识。

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