单片机入门学习十 STM32单片机学习七串口通讯

喜欢ヅ旅行 2022-06-01 03:09 324阅读 0赞

在[单片机入门学习三 51单片机学习二][51] 中已经说了串口通讯的基本原理，本篇主要记录stm32中的串口通讯。

### 1、串口通讯基础简单回顾 ###

#### 1）串口通讯通讯方式 ####

*  同步通信：带时钟同步信号传输。SPI，I²C通信接口
 *  异步通信：不带时钟同步信号。UART(通用异步收发器),单总线

#### 2）串行通讯接口 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">通讯标准</th> 
   <th align="left">引脚说明</th> 
   <th align="center">通信方式</th> 
   <th align="center">通信方向</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">UART<br>（通用一步收发器）</td> 
   <td align="left">TXD：发送端<br>RXD接收端<br>GND公共地</td> 
   <td align="center">异步通讯</td> 
   <td align="center">全双工</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">单总线<br>（1-wire）</td> 
   <td align="left">DQ：发送/接收端</td> 
   <td align="center">异步通讯</td> 
   <td align="center">半双工</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">SPI</td> 
   <td align="left">SCK：同步时钟<br>MISO：主机输入，从机输出<br>MOSI：主机输出，从机输入</td> 
   <td align="center">同步通讯</td> 
   <td align="center">全双工</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">I²C</td> 
   <td align="left">SCL：同步时钟<br>SDA：数据输入/输出端</td> 
   <td align="center">同步通讯</td> 
   <td align="center">半双工</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

stm32的串口通信接口（stm32f10x系列芯片，包含3个USART、2个UART）

*  UART:通用异步收发器
 *  USART:通用同步异步收发器

#### 3）UART引脚连接方法 ####

① 单片机连接单片机  
![UART][]  
② 单片机连接PC  
![UART][UART 1]  
PC机使用的是RS232电平标准，而单片机采用的是 TTL电平，所以需要 连接一个RS232转换器 将TTL电平转换成 PC可以识别的RS232电平

#### 4）UART异步通信特点 ####

*  全双工异步通信。
 *  分数波特率发生器系统，提供精确的波特率。发送和接受共用的可编程波特率，最高可达4.5Mbits/s
 *  可编程的数据字长度（8位或者9位）；
 *  可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；
 *  可配置的使用DMA多缓冲器通信。
 *  单独的发送器和接收器使能位。
 *  检测标志：① 接受缓冲器 ②发送缓冲器空 ③传输结束标志
 *  多个带标志的中断源。触发中断。

### 5)串口通信过程 ###

① 数据接收过程  
外部设备将数据发送到 串行输入移位寄存器，串行输入移位寄存器在将数据传送到输入数据缓冲器，MCU在从输入数据缓冲器中读出数据  
![接收][SouthEast]  
② 数据发送过程  
MCU将要发送的数据写入输出数据缓冲器，输出数据缓冲器在将数据写入串行输出移位寄存器，串行移位寄存器在将数据输出到外部设备  
![发送][SouthEast 1]

#### 6）USART概述 ####

通用同步异步收发器(USART)提供了一种灵活的方法与使用工业标准NRZ异步串行数据格式的外部设备之间进行全双工数据交换。USART利用分数波特率发生器提供宽范围的波特率选择。  
它支持同步单向通信和半双工单线通信，也支持LIN(局部互连网)，智能卡协议和IrDA(红外数据组织)SIR ENDEC规范，以及调制解调器(CTS/RTS)操作。它还允许多处理器通信。  
使用多缓冲器配置的DMA方式，可以实现高速数据通信。

任何USART双向通信至少需要两个脚：接收数据输入(RX)和发送数据输出(TX)。  
RX：接收数据串行输。通过过采样技术来区别数据和噪音，从而恢复数据。  
TX：发送数据输出。当发送器被禁止时，输出引脚恢复到它的I/O端口配置。当发送器被激活，并且不发送数据时，TX引脚处于高电平。在单线和智能卡模式里，此I/O口被同时用于数据的发送和接收。  
● 总线在发送或接收前应处于空闲状态  
● 一个起始位  
● 一个数据字(8或9位)，最低有效位在前  
● 0.5，1.5，2个的停止位，由此表明数据帧的结束  
● 使用分数波特率发生器 —— 12位整数和4位小数的表示方法。  
● 一个状态寄存器(USART\_SR)  
● 数据寄存器(USART\_DR)  
● 一个波特率寄存器(USART\_BRR)，12位的整数和4位小数  
● 一个智能卡模式下的保护时间寄存器(USART\_GTPR)

下图是USART通讯的示意图  
![USART框图][USART]

下图是STM32串口异步通信需要定义的参数  
STM32异步通信参数：  
①起始位  
②数据位（8位或者9位）  
③奇偶校验位（第9位）  
④停止位（1,15,2位）  
⑤波特率设置  
![参数][SouthEast 2]

上图中红色的线表示 芯片读取 PC端发送的信息，绿色的线表示 发送数据到PC，枚红色的线表示 时钟线。

#### 7）USART常用数据寄存器 ####

USART\_SR状态寄存器  
![USART\_SR][USART_SR]  
USART\_DR数据寄存器  
![DR][]  
USART\_BRR波特率寄存器  
![BRR][]  
波特率计算方法：

> ![波特率计算][SouthEast 3]

#### 8）串口操作相关库函数 ####

void USART\_Init(USART\_TypeDef\* USARTx, USART\_InitTypeDef\* USART\_InitStruct);//串口初始化：波特率，数据字长，奇偶校验，硬件流控以及收发使能  
void USART\_Cmd();//使能串口  
void USART\_ITConfig();//使能相关中断

void USART\_SendData(USART\_TypeDef\* USARTx, uint16\_t Data);//发送数据到串口，DR  
uint16\_t uint16\_t USART\_ReceiveData(USART\_TypeDef\* USARTx);//接受数据，从DR读取接受到的数据

FlagStatus USART\_GetFlagStatus(USART\_TypeDef\* USARTx, uint16\_t USART\_FLAG);//获取状态标志位 读取的是USART\_SR寄存器  
void USART\_ClearFlag();//清除状态标志位  
ITStatus USART\_GetITStatus();//获取中断状态标志位  
void USART\_ClearITPendingBit();//清除中断状态标志位

#### 9）串口配置一般步骤 ####

①串口时钟使能，GPIO时钟使能:RCC\_APB2PeriphClockCmd();  
②串口复位:USART\_DeInit(); 这一步不是必须的  
③GPIO端口模式设置:GPIO\_Init(); 模式设置为GPIO\_Mode\_AF\_PP（RX）,GPIO\_Mode\_AF\_Float（TX）  
④串口参数初始化：USART\_Init();  
⑤开启中断并且初始化NVIC（如果需要开启中断才需要这个步骤）  
NVIC\_Init();  
USART\_ITConfig();  
⑥使能串口:USART\_Cmd();  
⑦编写中断处理函数：USARTx\_IRQHandler();  
⑧串口数据收发：  
void USART\_SendData();//发送数据到串口，DR  
uint16\_t USART\_ReceiveData();//接受数据，从DR读取接受到的数据  
⑨串口传输状态获取：  
FlagStatus USART\_GetFlagStatus(USART\_TypeDef\* USARTx, uint16\_t USART\_FLAG);  
void USART\_ClearITPendingBit(USART\_TypeDef\* USARTx, uint16\_t USART\_IT);

### 2、串口编程 ###

下面是所学的串口实现课程的源码  
`usart.c`

//串口1中断服务程序
    u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];     //接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.
    //接收状态
    //bit15， 接收完成标志
    //bit14， 接收到0x0d
    //bit13~0， 接收到的有效字节数目
    u16 USART_RX_STA=0;       //接收状态标记 
    
    void uart_init(u32 bound)
    {
        //GPIO端口设置
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART1，GPIOA时钟
    
        //USART1_TX GPIOA.9
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9
    
        //USART1_RX GPIOA.10初始化
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10 
    
        //Usart1 NVIC 配置
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;      //子优先级3
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         //IRQ通道使能
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器
    
        //USART 初始化设置
    
        USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
        USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
        USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
        USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
        USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
        USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
    
        USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
        USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
        USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口1 
    
    }
    
    void USART1_IRQHandler(void)                    //串口1中断服务程序
    {
        u8 Res;
        #if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
        OSIntEnter();    
        #endif
        if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
        {
            Res =USART_ReceiveData(USART1); //读取接收到的数据
    
            if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成
            {
                if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d
                {
                    if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
                    else USART_RX_STA|=0x8000;  //接收完成了 
                }
                else //还没收到0X0D
                {   
                    if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
                    else
                    {
                        USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;
                        USART_RX_STA++;
                        if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收 
                    }        
                }
            }            
        } 
     }

`main.c`

int main(void)
     {      
        u16 t;  
        u16 len;    
        u16 times=0;
        delay_init();            //延时函数初始化 
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
        uart_init(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("\r\n您发送的消息为:\r\n\r\n");
                for(t=0;t<len;t++)
                {
                    USART_SendData(USART1, USART_RX_BUF[t]);//向串口1发送数据
                    while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);//等待发送结束
                }
                printf("\r\n\r\n");//插入换行
                USART_RX_STA=0;
            }
            else
            {
                times++;
                if(times%5000==0)
                {
                    printf("\r\n战舰STM32开发板 串口实验\r\n");
                    printf("正点原子@ALIENTEK\r\n\r\n");
                }
                if(times%200==0)printf("请输入数据,以回车键结束\n");  
                if(times%30==0)LED0=!LED0;//闪烁LED,提示系统正在运行.
                delay_ms(10);   
            }
        }    
     }

[51]: http://blog.csdn.net/fengshuiyue/article/details/78890086
[UART]: /images/20220601/b2c1e7e1fa6442f991b34b603ca525ed.png
[UART 1]: /images/20220601/192a97fb138b441c9574cdf79e78d00e.png
[SouthEast]: /images/20220601/d5e877a1234649a598a42b77de732e95.png
[SouthEast 1]: /images/20220601/bfb1a9ce5ca14dbc83648c773631ab4e.png
[USART]: /images/20220601/e11d4317e0e645b8ac56be38a4f3a6b5.png
[SouthEast 2]: /images/20220601/2fb058da8fb947c4b993618afce80715.png
[USART_SR]: /images/20220601/8fd6547619354252abdc7a80148450cb.png
[DR]: /images/20220601/8fc22002ec554c958403f68def6f1ea0.png
[BRR]: /images/20220601/54b12142b27f421d804d0d9cedafb84f.png
[SouthEast 3]: /images/20220601/69c562a8fe114125ac3e0015f62f5f61.png