STM32F103学习笔记三 串口通信

2022-11-07 15:24:05 浏览数 (1)

STM32F103学习笔记三 串口通信

本文参照正点原子STM32F1xx官方资料：《STM32中文参考手册V10》-第25章通用同步异步收发器（USART) 及 【STM32】串口通信基本原理（超基础、详细版） 单片机入门学习十 STM32单片机学习七 串口通讯

1、串口通信背景知识

1.1、 设备之间的通信方式

并行通信

串行通信

传输原理

数据各个位同时传输

数据按位顺序传输

优点

速度快

占用引脚资源少

缺点

占用引脚资源多

速度相对较慢

1.2、 串行通信分类
1.2.1、按照通信方式，分为：

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

1.2.2、按照数据传送方向，分为：

单工：数据传输只支持数据在一个方向上传输； 半双工：允许数据在两个方向上传输。但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；它不需要独立的接收端和发送端，两者可以合并一起使用一个端口。 全双工：允许数据同时在两个方向上传输。因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，需要独立的接收端和发送端。

1.3、常见的串行通信接口

2、STM32的串口通信基础

2.1、STM32的串口通信接口有两种，分别是：

UART（通用异步收发器）、 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。

2.2、UART引脚连接方法

① 单片机连接单片机

RXD:数据输入引脚，数据接受 TXD”数据发送引脚，数据发送

对于两个芯片之间的连接，两个芯片GND共地，同时TXD和RXD交叉连接。这里的交叉连接的意思就是，芯片1的RxD连接芯片2的TXD，芯片2的RXD连接芯片1的TXD。这样，两个芯片之间就可以进行TTL电平通信了

② 单片机连接PC

若是芯片与PC机（或上位机）相连，除了共地之外，就不能这样直接交叉连接了。尽管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，因此不能直接交叉连接。RS232接口是9针（或引脚），通常是TxD和RxD经过电平转换得到的。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，再交叉连接。

经过电平转换后，芯片串口和rs232的电平标准是不一样的：

代码语言：javascript复制
单片机的电平标准（TTL电平）： 5V表示1，0V表示0；
Rs232的电平标准： 15/ 13 V表示1，-15/-13表示0。

RS-232通讯协议标准串口的设备间通讯结构图如下：

所以单片机串口与PC串口通信就应该遵循下面的连接方式： 在单片机串口与上位机给出的rs232口之间，通过电平转换电路(如下面图中的Max232芯片) 实现TTL电平与RS232电平之间的转换。

2.3、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；
  • 其他：校验控制，四个错误检测标志。
2.4、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 （奇偶校验位分为奇校验和偶校验两种，是一种简单的数据误码校验方法。奇校验是指每帧数据中，包括数据位和奇偶校验位的全部9个位中1的个数必须为奇数；偶校验是指每帧数据中，包括数据位和奇偶校验位的全部9个位中1的个数必须为偶数。 校验方法除了奇校验(odd)、偶校验(even)之外，还可以有：0 校验(space)、1 校验(mark)以及无校验(noparity)。 0/1校验：不管有效数据中的内容是什么，校验位总为0或者1） UART串口通信的数据包以帧为单位，常用的帧结构为：1位起始位 8位数据位 1位奇偶校验位（可选） 1位停止位。如下图所示

2.5、 UART（USART）框图

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)

2.6、 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

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

3、 串行通信的编程

3.1、串口通信的相关寄存器
3.1.1、 USART_SR状态寄存器

FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);

3.1.2、 USART_DR数据寄存器
代码语言：javascript复制
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);
3.1.3、 USART_BRR波特率寄存器
代码语言：javascript复制
void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);

波特率计算方法：

3.2、 串口操作相关库函数（省略入口函数）：
代码语言：javascript复制
**void USART_Init();** //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();**//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

**FlagStatus USART_GetFlagStatus();**//获取状态标志位
**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
3.3、 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
  3. GPIO端口模式设置:GPIO_Init(); 模式设置为GPIO_Mode_AF_PP
  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);

4、 串口编程

（参照3.2、3.3的章节，其中有关于代码配置的步骤） usart.c

代码语言：javascript复制
//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

代码语言：javascript复制
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
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)
{
if(USART_RX_STA&0x8000)
{					   
len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
printf("rn您发送的消息为:rnrn");
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("rnrn");//插入换行
USART_RX_STA=0;
}else
{
times  ;
if(timesP00==0)
{
printf("rn精英STM32开发板 串口实验rn");
printf("正点原子@ALIENTEKrnrn");
}
if(times 0==0)printf("请输入数据,以回车键结束n");  
if(times0==0)LED0=!LED0;//闪烁LED,提示系统正在运行.
delay_ms(10);   
}
}	 
}

关于代码编写的总结及注意点，以后有空总结

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