STM32 串口详解

2023-05-16

01、USART的特点

02、USART简介

2.1、数据传输模型

2.2、帧结构

2.3、波特率

03、STM32的USART

04、代码配置

01、USART的特点

USART是通用异步收发传输器（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器,是设备间进行异步通信的关键模块。UART负责处理数据总线和串行口之间的串/并、并/串转换，并规定了帧格式；通信双方只要采用相同的帧格式和波特率，就能在未共享时钟信号的情况下，仅用两根信号线（Rx和Tx）就可以完成通信过程，因此也称为异步串行通信。

全双工异步通信。
小数波特率发生器系统，提供精确的波特率。
可配置的16倍过采样或8倍过采样，因而为速度容差与时钟容差的灵活配置提供了可能。
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。

通信结构

02、USART简介

2.1、数据传输模型

2.2、帧结构

串口异步通信需要定义的参数

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

带奇偶校验的数据为就是9位

1.数据包

串口通讯的数据包由发送设备通过自身的TXD接口传输到接收设备得RXD接口，在协议层中规定了数据包的内容，具体包括起始位、主体数据（8位或9位）、校验位以及停止位，通讯的双方必须将数据包的格式约定一致才能正常收发数据。

2.波特率

由于异步通信中没有时钟信号，所以接收双方要约定好波特率，即每秒传输的码元个数，以便对信号进行解码，常见的波特率有4800、9600、115200等。STM32中波特率的设置通过串口初始化结构体来实现。

3.起始和停止信号

数据包的首尾分别是起始位和停止位，数据包的起始信号由一个逻辑0的数据位表示，停止位信号可由0.5、1、1.5、2个逻辑1的数据位表示，双方需约定一致。STM32中起始和停止信号的设置也是通过串口初始化结构体来实现。

4.有效数据

有效数据规定了主题数据的长度，一般为8或9位，其在STM32中也是通过串口初始化结构体来实现的。

5.数据校验

在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。由于数据通信相对更容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验(odd)、偶校验(even)、0 校验(space)、1 校验(mark)以及无(noparity)。这些也都可以在串口初始化结构体中实现的。

2.3、波特率

OVER8，用于配置过采样，通常情况下，OVER8设置为0。

如果时钟时84M

USARTDIV = 84000000/(115200*16) = 45.572

那么得到：

DIV_Fraction = 16*0.572 = 0x09;

DIV_Mantissa = 45 = 0x2D;

03、STM32的USART

根据STM32F207数据手册，STM32F207一共6个串口

下文我们以USART1为例讲解

从STM32F207数据手册的Table10. Alternate functionmapping图中看到USART1的对应管脚，下文我们选择PA9和PA10作为USART1的管脚。

04、代码配置

配置中断优先级。

  /* Enable the USARTx Interrupt */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

打开串口与相应的GPIO引脚，配置好相应串口信息与GPIO引脚的工作模式。

  /* Enable GPIO clock */
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
  /* Enable UART1 clock */
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
  /* Connect PXx to USARTx_Tx*/
  GPIO_PinAFConfig(GPIOA, 9, GPIO_AF_USART1);
  
  /* Connect PXx to USARTx_Rx*/
  GPIO_PinAFConfig(GPIOA, 10, GPIO_AF_USART1);
  
  /* Configure USART Tx as alternate function  */
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  
  /* Configure USART Rx as alternate function  */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

配置USART1。

  USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;//配置波特率
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//配置数据字长
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//配置停止位
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//配置校验位
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//配置硬件流控制
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//配置工作模式，收发一起
  
  /* USART configuration */
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);// 完成串口的初始化配置

使能中断配置。

  USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);
  USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE)

我们配置了发送传输完成中断和接收数据寄存器非空中断。我们可以配置很多类型中断，在ST提供的标准库函数中看到。

/**
  * @brief  Enables or disables the specified USART interrupts.
  * @param  USARTx: where x can be 1, 2, 3, 4, 5 or 6 to select the USART or 
  *         UART peripheral.
  * @param  USART_IT: specifies the USART interrupt sources to be enabled or disabled.
  *          This parameter can be one of the following values:
  *            @arg USART_IT_CTS:  CTS change interrupt
  *            @arg USART_IT_LBD:  LIN Break detection interrupt
  *            @arg USART_IT_TXE:  Transmit Data Register empty interrupt
  *            @arg USART_IT_TC:   Transmission complete interrupt
  *            @arg USART_IT_RXNE: Receive Data register not empty interrupt
  *            @arg USART_IT_IDLE: Idle line detection interrupt
  *            @arg USART_IT_PE:   Parity Error interrupt
  *            @arg USART_IT_ERR:  Error interrupt(Frame error, noise error, overrun error)
  * @param  NewState: new state of the specified USARTx interrupts.
  *          This parameter can be: ENABLE or DISABLE.
  * @retval None
  */

最后使能串口。

  /* Enable USART */
  USART_Cmd(USART1, ENABLE);

main主函数，功能是LCD显示串口接收的10个字符（如果不是ascii码则不显示），串口倒序返回接收到的10个字节。

int main(void)
{
/*省略初始化部分代码*/
  while (1)
  {
    if(LCD_refresh_flg){
      LCD_refresh_flg = 0;
      LCD_ShowString(0,16,receive_data);
      receive_num--;
      USART_SendData(USART1, receive_data[receive_num--]);
      send_flg = 1;
    }
  }
}

因为使能了中断，我们还需要编写中断函数。

void USART1_IRQHandler(void)
{
  if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC))
  {
    if(send_flg == 1){
      if(receive_num==0){
        USART_SendData(USART1, receive_data[receive_num]);
        send_flg = 0;
        receive_flg = 1;
      }else{
        USART_SendData(USART1, receive_data[receive_num--]);
      }
    }
    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);
  }
  if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE))
  {
    if((receive_flg)&&(send_flg == 0)){
      receive_data[receive_num++] = USART_ReceiveData(USART1);
      if(receive_num==10){
        receive_flg = 0;
        LCD_refresh_flg = 1;
      }
    }
    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE);
  }
}

下载验证

LCD显示屏可以显示接收的10个字符，且PC以100ms为间隔发送数据，发送977包收到977包回复，测试demo就够健壮，没有出现丢包。

keil和IAR工程代码和硬件PCB开源地址：

https://github.com/strongercjd/STM32F207VCT6

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