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STM32学习——串口

2023-05-16

STM32学习——串口

USART通用同步异步收发器（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）是一串行通信设备，可以灵活地与外部设备进行进行**全双工信息交换**

UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter），它是在 USART 的基础上裁剪了同步通信功能，只保留异步通信功能我们平时使用的串口通信都是 UART

1.通信接口背景知识介绍

1.1通信双方的两种通信方式

  1. 串行通信

    • 传输原理：数据按位顺序传输
    • 优点：占用引脚资源少
    • 缺点：速度相对较慢

  2. 并行通信

    • 传输原理：数据各个位同时传输

    • 优点：速度快

    • 缺点：占用引脚资源多

1.2串行通信的分类

单工：数据只支持在一个方向上传输（看电视）

image-20210722155139811

**半双工：**同一时刻只允许在一个方向传输（对讲机）

image-20210722155152212

全双工：允许同时在两个方向上传输（电话）

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1.3常见的串行通信接口

image-20210722155600507

2.USART功能概述

任何 UART 双向通信至少需要 3 个引脚，数据发送引脚 TXD，数据接收引脚 RXD，数

据参考地 GND。串口连接必须共地！！！

这里解释下电平标准，根据使用使用的电平标准不同，可以分为 TTL 和 RS232 标准，因为控制器一般都是 TTL 标准，因此如果需要进行 RS232 通信时，一定要使用 R232转换器进行 TTL 和 RS232 的电平转换

image-20210428103209850

3.STM32串口资源

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  • 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。发送和接收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。

4.串口通信过程

image-20210722161223964

5.STM32串口通信使用方法

串口通信需要定义的参数

  1. 起始位
  2. 数据位（8位/9位）
  3. 奇偶校验位
  4. 停止位
  5. 波特率设置（收发两端要一致）

6.串口通信相关函数

  • 初始化函数 bsp_InitUart
    • 第1步： 配置GPIO
      • 打开 GPIO 时钟
      • 打开 UART 时钟
      • 配置 USART Tx 为复用功能
      • 配置 USART Rx 为复用功能
    • 第2步： 配置串口硬件参数
    • 第3步： Usart1 NVIC 配置
    • 第4步： 使能串口1
  • 中断服务函数 USART1_IRQHandler
  • 状态清零函数 Uart0_STA_Clr
  • 打印输出函数 fput
  • 数据发送函数 USART1_Send_Data

7.STM32F1的 USART 库

7.1对应库函数

  • 使能 USART 时钟

    下面的函数用于使能 USART1 的时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USARTx,ENABLE)

    下面的函数用于使能 USART2、USART3 UART4、UART5

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_UARTx,ENABLE)

  • 使能 GPIO APB2 时钟（GPIO 是挂载在 APB2 高速总线上的）

  • 用函数 GPIO_Init()配置 GPIO 引脚，主要有以下两种配置方式，分别对应 RXD 和 TXD的引脚

     输入：浮空，上拉

     复用输出：复用推挽

  • 外设复用功能配置外设的复用功能

    • 对于其它外设（USART，SPI……）

      • 通过结构体 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_xx 配置为具体的 AF 模式（xx 对应的 OD 为开漏，PP 为推挽）
      • 调用函数 GPIO_Init()

    • 通 过 函 数 USART_Init 配 置 BaudRate ， WordLength ， StopBits ， Parity ，HardwareFlowControl，USART_Mode

    • 如果需要使用中断，使用 NVIC_Init 函数进行配置，并通过 USART_ITConfig 使能相应中断。

    • 通过函数 USART_Cmd 使能对应串口

7.2初始化和配置函数

下面是串口 1 的初始化函数，主要完成串口的设置。

/**/
/*******************************************************************************
* 函数名   		:串口初始化函数
* 函数功能      :初始化USRAT1的硬件设备
* 形参          : 无
* 返回值        : 无
*******************************************************************************/
/**/
void bsp_InitUart1(uint32_t baud)
{
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef	USART_InitStructure;
	
	#if	EN_USART1_RX	//如果使能了接收
		NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;
	#endif
	
	/*TX=PA9 RX=PA10*/
	
	
	/*配置GPIO*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA ,ENABLE);	//打开GPIO时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);	//打开串口时钟
	
	/*配置PA9与PA10两个端口的复用功能*/
	//TX发送
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;					//PA9
	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);		
	//RX接收	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;				//PA10	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;			
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);	
	
	/*配置串口硬件参数*/
	//波特率
	USART_InitStructure.USART_BaudRate=baud;										//形参传入	
	//数据位字长
	USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;						//8位字长
	//几位停止位
	USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;							//一个停止位
	//有无奇偶校验位
	USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;								//无奇偶校验
	//有无硬件数据流控制(传球)
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;	//只传，不管响应
	//收发模式
	USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx ;					//收发模式
	//初始化串口1
	USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);
	
	/*如果使能接收*/
	#if	EN_USART1_RX	
	/*配置串口中断*/
	//通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;
	//抢占优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3;
	//响应优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=3;
	//通道使能
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; 
	
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//跟据指定参数初始化VIC寄存器
	
	//开启串口接收中断
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	//开启串口空闲中断    
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_IDLE,ENABLE);
	/*
		其实发送的两个字符之间间隔非常短，所以在两个字符之间不叫空闲。
		空闲的定义是总线上在一个字节的时间内没有再接收到数据，空闲中
		断是检测到有数据被接收后，总线上在一个字节的时间内没有再接收
		到数据的时候发生的。
	*/
	#endif
	
	//使能串口
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);	
}

主要完成串口波特率，数据长度，校验位，流控，模式的设置，在这个函数里没有对GPIO 引脚做宏定义，是因为 STM32F1 系列的串口 1 引脚序号都是一样的，这样本身就便于在移植时不做任何 GPIO 定义的更改。

下面是中断服务函数 USART1_IRQHandler，这里主要使用空闲中断，当接收到一帧数据后，总线空闲中断后，使用读取 USART1->SR 的方式再读取 DR 的方式来清除 IDLE 标记，同时将 ReceiveState 标志置 1。

/**/
/*******************************************************************************
* 函数名   		:USART1_IRQHandler
* 函数功能      :串口中断1中断服务函数
* 形参          : 无
* 返回值        : 无
*******************************************************************************/
/**/
void USART1_IRQHandler(void)
{
	uint8_t Res=Res;
	//接收到一个字节数据
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)!=RESET)
	{
		USART_RX_BUF[RxCounter++]=USART1->DR;	//将接收到的字节保存
	}
	//接收到一帧数据
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_IDLE)!=RESET)
	{
		Res=USART1->SR;	//读SR寄存器
		Res=USART1->DR;	//读DR寄存器（先读SR再读DR可以清除IDLE）
		ReceiveState=1;	//接收状态标志位
	}	
}

下面是状态清零函数，这个函数比较简单，函数只是简单的将 RxCounter 和 ReceiveState 两个全局变量清零的操作做了一个封装，方便外部函数进行调用。

/**/
/*******************************************************************************
* 函数名   		:Uart0_STA_Clr
* 函数功能      :串口状态清除函数
* 形参          : 无
* 返回值        : 无
*******************************************************************************/
/**/
void Uart0_STA_Clr(void)
{
		RxCounter=0;	//串口Buf计数清零
		ReceiveState=0;	//接收状态清零
}

有过 C 语言基础的用户，都知道一个格式化打印输出的函数 printf。在 STM32 里我们要使用 printf 的方法，必须做一些操作，这里给出了一种方法，通过代码的方式实现printf，而不需要使用 MicroLIB。注意，要使用下面的文件，有些关键词是在 stdio.h 里申明的，我们在 bsp.h 里已经做了包含。

//加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB	  
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)             
//标准库需要的支持函数                 
struct __FILE 
{ 
	int handle; 

}; 

FILE __stdout;       
//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式    
void _sys_exit(int x) 
{ 
	x = x; 
} 
//重定义fputc函数 
int fputc(int ch, FILE *f)
{      
	while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕   
    USART1->DR = (u8) ch;      
	return ch;
}
#endif

这里解释一下 0x40，0x40 是 USART_FLAG_TC 的标志。(USART1->SR&0X40)==0 这句和 USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET 这句功能是一样的，一种是寄存器的写法，一种是使用库函数的方法。而实际在底层都是最终操作的寄存器。

使用库函数进行数据发送的函数如下，这个函数主要是便于发送 16 进制数据的。

/**/
/*******************************************************************************
* 函数名   		:USART1_Send_Data
* 函数功能      :USART1发送len个字
* 形参          : buf:发送区首地址
                  len:发送的字节数
* 返回值        : 无
*******************************************************************************/
/**/
void USART1_Send_Data(uint8_t *buf,uint8_t len)
{
	uint8_t t;
	for(t=0;t<len;t++)			//循环发送数据
	{
		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
		USART_SendData(USART1,buf[t]);
	}
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
}

另外介绍一下 bsp_uart.h 里的内容，特别注意一下 extern 关键词。

#ifndef __BSP_UART_H
#define __BSP_UART_H
#include "sys.h"
#define USART_REC_LEN 1024 //定义最大接收字节数 1024
#define EN_USART1_RX 1 //使能（1）/禁止（0）串口 1 接收
 
extern uint8_t USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //接收缓冲,最大 USART_REC_LEN 个字节.末字节为换行符
extern uint8_t ReceiveState; //接收状态标记
extern uint16_t RxCounter;
void bsp_InitUart1(uint32_t baud);
#if EN_USART1_RX //如果使能了接收
void Uart0_STA_Clr(void);
#endif
#endif

如果某个 C 文件中定义的全局变量，需要被其它 C 文件使用时，函数实体定义在 C 文件里，而在.h 头文件里用 extern 申明该变量，且在申明时不能对该变量赋值，其它 C 文件调用时用 include 包含该头文件即可。

7.3主函数

/*
*********************************************************************************************************
*
*	模块名称 : 主程序入口
*	文件名称 : main.c
*	版    本 : V1.1
*	说    明 : 串口例子
*********************************************************************************************************
*/
#include "bsp.h"				/* 底层硬件驱动 */
/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: main
*	功能说明: c程序入口
*	形    参：无
*	返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
	
	uint8_t Key_Code;		//按键代码
	uint16_t t;
	uint16_t len;
	//硬件初始化
	bsp_Init();	
	printf("DS0 正在闪烁(闪烁频率 = 1Hz)\r\n");
	printf("操作按键会打印按键事件\r\n");
	//启动软件定时器1自动重装500ms
	bsp_StartAutoTimer(0, 500); /* 启动 1 个 500ms 的自动重装的定时器 */
	
	while(1)
	{
		//喂狗
		bsp_Idle();
		/*LED*/
		if(bsp_CheckTimer(0))
		{
			bsp_LedToggle(1);
			printf("请输入数据，以回车键结束\r\n");
		}	
		/*按键处理*/
		Key_Code=bsp_GetKey();
		if(Key_Code!=KEY_NONE)
		{
			switch(Key_Code)
			{
				case	WKUP_DOWN:			//WKUP按下Led1亮，串口打印
					bsp_LedOn(1);
					printf("WKUP键按下\r\n");
					break;
				case	WKUP_UP:			//WKUP抬起，串口打印
					printf("WKUP键抬起\r\n");
					break;
				case	KEY0_DOWN:			//KEY0按下，串口打印
					printf("KEY0键按下\r\n");
					break;
				case	KEY0_UP:			//KEY0抬起 ，串口打印
					printf("KEY0键抬起\r\n");
					break;
				default  :
					break;
			}
		}
		//若收到数据
		if(ReceiveState)
		{
			len=RxCounter;					//得到此次接收数据的长度
			printf("\r\n发送的消息为\r\n\r\n");
			for(t=0;t<len;t++)
			{
				USART_SendData(USART1,USART_RX_BUF[t]);
				while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);
			}
			printf("\r\n\r\n");
			Uart0_STA_Clr();
		}
	}
}
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