STM32下的USART串口通信程序

电玩女神 2022-12-25 08:52 278阅读 0赞

### STM的USART窗口通讯程序 ###

*  一、STM32的USART简介
 *  二、 USART功能框图
 *  三、 USART接发通信实验
 *   *  3.1实验环境
     *  3.2 硬件设计
     *   *  3.2.1硬件原理图
     *  3.3 软件程序设计
     *  3.3 烧录程序
 *  四、 效果演示
 *  五、 总结
 *  六、 参考资料

# 一、STM32的USART简介 #

**通用同步异步收发器**(Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter)是一个**串行通信设备**，可以灵活地与外部设备进行**全双工**数据交换。  
**串行通信一般是以帧格式传输数据，即是一帧一帧的传输，每帧包含有起始信号、数据信息、停止信息，可能还有校验信息**。USART就是对这些传输参数有具体规定，当然也不是只有唯一一个参数值，很多参数值都可以自定义设置，只是增强它的兼容性。  
USART满足外部设备对工业标准(NRZ异步串行数据格式的要求，并且使用了**小数波特率发生器**，可以提供多种波特率，使得它的应用更加广泛。\[USART\]支持同步单向通信和半双工单线通信;还支持局域互连网络LN、智能卡(SmartCard)协议与IhDA(红外线数据协会)SIR ENDEC规范。  
USART支持使用DMA，可实现高速数据通信,  
USART在 STM32应用最多莫过于“**打印”程序信息**，一般在硬件设计时都会预留一个USART通信接口连接电脑，用于在调试程序是可以把一些调试信息“打印”在电脑端的串口调试助手工具上，从而了解程序运行是否正确、如果出错哪具体哪里出错等等。\[1\]

# 二、 USART功能框图 #

USART 的功能框图包含了USART最核心内容，掌握了功能框图，对 USART就有一个整体的把握，在编程时就思路就非常清晰。USART功能框图见下图：\[1\]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70]

1.  ①功能引脚
2.  ②数据寄存器
3.  ③控制器
4.  ④小数波特率生成
5.  校验控制
6.  中断控制

> 具体内容请参考野火官方书籍《零死角玩转STM32——F103指南者》，或者[STM32串口通信USART学习笔记][STM32_USART]。

# 三、 USART接发通信实验 #

USART只需**两根信号线**即可完成双向通信，对硬件要求低，使得很多模块都预留USART接口来实现与其他模块或者控制器进行数据传输，比如GSM模块，WIFI模块、蓝牙模块等等。在硬件设计时，**注意还需要一根“共地线”**。  
我们可以将数据发送到串口调试助手，我们还可以在串口调试助手发送数据给控制器，控制器程序根据接收到的数据进行下一步工作。  
以下将开展USART接发通信实验  
任务要求如下：  
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! ”，上位机接收程序可以使用“串口调试助手“，也可自己编程  
3）当上位机给stm32发送“Stop,stm32”后，stm32停止发送。

## 3.1实验环境 ##

①STM32核心板（stm32F103）  
②MDK KEIL5  
③实验所用串口：USART1  
④驱动：CH340

## 3.2 硬件设计 ##

### 3.2.1硬件原理图 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

> CH340G芯片 的作用是将电脑的USB电平转换为串口的TTL电平。  
> 因此在实验前，确保自己的电脑已经安装了CH340的驱动。  
> 但一般我们在市面上买到的USB-TTL接线器已将整个模块焊接在整体了，这里大家只做个初步了解原理就行。

USB-TTL与STM32F103具体连接方式如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 3.3 软件程序设计 ##

*  核心代码-串口初识化

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 
    
    }

*  主函数

int main(void)
     {
        	
        u8 Stopflag[]="Stop,stm32";     //停止发送信号
        u8 Beginflag[]="Begin,stm32";   //恢复发送信号
     	u16 t,len;  	
    	u16 times=0;    //设置计数器
        u16 flag=1,flag_S,flag_B;   //设置标志位
    	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
     	//LED_Init();			     //LED端口初始化
    	//KEY_Init();          //初始化与按键连接的硬件接口
     	while(1)
    	{
        
            flag_S=flag_B=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");
    			for(t=0;t<len;t++)
    			{
        
                    if(Stopflag[t]!=USART_RX_BUF[t]) flag_S=0;  //若接受数据与停止发送信号不同将flag_S置为0
                    if(Beginflag[t]!=USART_RX_BUF[t]) flag_B=0; //若接受数据与恢复发送信号不同将flag_B置为0
    				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
                if(flag_S==1)   //如果flag_S==1表示上位机发送的是停止发送信号
                {
        
                    flag=0;
                    printf("已停止发送\r\n\r\n");
                }
                if(flag_B==1)   //如果flag_B==1表示上位机发送的是恢复发送信号 
                {
          
                    flag=1;
                    printf("已恢复发送\r\n\r\n");
                }
    			USART_RX_STA=0;
    		}
            else
    		{
        
                //flag为1表示允许stm32发送数据
                if(flag==1) times++;
    			if(times%100==0&&flag==1)    printf("hello Windows!\r\n"); 
    			//if(times%30==0&&flag==1) LED=!LED;   //闪烁LED,提示系统正在运行.
    			delay_ms(10);   
    		}
    	}	 
     }

## 3.3 烧录程序 ##

这里用的是USB-TTL接线器，需要专门的软件以及与正确的连线才可以烧录程序。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

# 四、 效果演示 #

演示时需要对XCOM进行相对应的设置才可以正常进行串口通信。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
![在这里插入图片描述][20201201142420621.gif]  
可以通过动态图可见，基本完成了STM32的串口通信和标志位停止发送的实践要求。

# 五、 总结 #

通过此次是实践学习，我明白了串口通信的基本知识和STM32串口通信的基本设置与操作，其中也遇到了不少问题，特别感谢我的老师以及同学对我的耐心讲解和网上资料。

# 六、 参考资料 #

\[1\] 《零死角玩转STM32——F103指南者》  
\[2\][STM32串口通信USART学习笔记][STM32_USART]  
\[3\][STM32平台的USART串口通信][STM32_USART 1]

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[STM32_USART]: https://www.pianshen.com/article/8285571527/
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ1MjY0ODA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221120/a0607658747846609464ede3322ec3f6.png
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[20201201142420621.gif]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201201142420621.gif
[STM32_USART 1]: https://blog.csdn.net/qq_45237293/article/details/110312685