STM32 USART的使用

SECTION 1

调试STM32串口过程中发现一个奇怪的问题，初始化串口1口，使能串口发送完成中断后，立刻就进入了发送完成中断。
仔细的查阅了STM32手册中的串口部分的介绍：
          
以下是字符发送的配置过程，注意第6点，在设置USART_CR1中的TE位时，会发送一个空闲帧作为第一次数据发送，所以即便你执行了USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC); （这个函数肯定在空闲帧数据发送完成前执行），所以当空闲帧发送完后，就进入发送完成中断。
          
配置步骤：
1.  通过在USART_CR1寄存器上置位UE位来激活USART
2.  编程USART_CR1的M位来定义字长。
3.  在USART_CR2中编程停止位的位数。
4.  如果采用多缓冲器通信，配置USART_CR3中的DMA使能位(DMAT)。按多缓冲器通信中
的描述配置DMA寄存器。
5.  利用USART_BRR寄存器选择要求的波特率。
6.  设置USART_CR1中的TE位，发送一个空闲帧作为第一次数据发送。
7.  把要发送的数据写进USART_DR寄存器(此动作清除TXE位)。在只有一个缓冲器的情况
下，对每个待发送的数据重复步骤7。
8.  在USART_DR寄存器中写入最后一个数据字后，要等待TC=1，它表示最后一个数据帧的
传输结束。当需要关闭USART或需要进入停机模式之前，需要确认传输结束，避免破坏
最后一次传输。

//解决的办法：
//方法一
//在执行
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE); 
//之前，先延时一段时间，基本上比一个字符发送的时间长一点就可以了，然后再执行
USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);
          
//方法二：
//在执行
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);
while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET)
{
        ; //等待空闲帧发送完成后  再清零发送标志
}
USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC);
SECTION 2


先说TC。即Transmission Complete。发送一个字节后才进入中断，这里称为“发送后中断”。和原来8051的TI方式一样，都是发送后才进中断，需要在发送函数中先发送一个字节触发中断。发送函数如下


/*******
功能:中断方式发送字符串.采用判断TC的方式.即 判断 发送后中断 位.
输入:字符串的首地址
输出:无
*******/
void USART_SendDataString( u8 *pData )
{
    pDataByte = pData;
  
    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);//清除传输完成标志位,否则可能会丢失第1个字节的数据.网友提供.
    
    USART_SendData(USART1, *(pDataByte++) ); //必须要++，不然会把第一个字符t发送两次
}




中断处理函数如下
/********
* Function Name  : USART1_IRQHandler
* Description    : This function handles USART1 global interrupt request.
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*********/
void USART1_IRQHandler(void)
{
    if( USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TC) == SET  )
    {
        if( *pDataByte == '\0' )//TC需要 读SR+写DR 方可清0,当发送到最后,到'\0'的时候用个if判断关掉
            USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);//不然TC一直是set, TCIE也是打开的,导致会不停进入中断. clear掉即可,不用关掉TCIE
        else
            USART_SendData(USART1, *pDataByte++ );
    }


}


其中u8 *pDataByte;是一个外部指针变量


在中断处理程序中，发送完该字符串后，不用关闭TC的中断使能TCIE，只需要清掉标志位TC；这样就能避免TC == SET 导致反复进入中断了。


串口初始化函数如下


/*********
名称:  USART_Config
功能:  设置串口参数
输入:  无
输出:  无
返回:  无
**********/
void USART_Config()
{
  USART_InitTypeDef USART_InitStructure;//定义一个包含串口参数的结构体
  
  USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //波特率9600
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//8位数据位
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//1位停止位
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无校验
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件流控制
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//输入加输出模式
  USART_InitStructure.USART_Clock = USART_Clock_Disable;//时钟关闭
  USART_InitStructure.USART_CPOL = USART_CPOL_Low;
  USART_InitStructure.USART_CPHA = USART_CPHA_2Edge;
  USART_InitStructure.USART_LastBit = USART_LastBit_Disable;
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);//设置到USART1
  
  USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);//Tramsimssion Complete后，才产生中断. 开TC中断必须放在这里,否则还是会丢失第一字节


  USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能USART1
}
这里请问一个问题：开TC中断USART_ITConfig()如果放在我的USART_SendDataString()中再开，会丢失字符串的第一字节。必须放在串口初始化函数中才不会丢。不知道为什么？？


这里笔者可以给出解释，你看下SECTION1 就可以知道为什么呢，你这样做的原理和SECTION1讲解的差不多，就相当于延时，而你后面没有丢失数据的主要原因就是你代码中有这么一句 USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);//清除传输完成标志位,否则可能会丢失第1个字节的数据.网友提供.




再说判断TXE。即Tx DR Empty，发送寄存器空。当使能TXEIE后，只要Tx DR空了，就会产生中断。所以，发送完字符串后必须关掉，否则会导致重复进入中断。这也是和TC不同之处。


发送函数如下：
/*******
功能:中断方式发送字符串.采用判断TC的方式.即 判断 发送后中断 位.
输入:字符串的首地址
输出:无
*******/
void USART_SendDataString( u8 *pData )
{
    pDataByte = pData;
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, ENABLE);//只要发送寄存器为空，就会一直有中断，因此，要是不发送数据时，把发送中断关闭，只在开始发送时，才打开。 
    
}


中断处理函数如下：


/********
* Function Name  : USART1_IRQHandler
* Description    : This function handles USART1 global interrupt request.
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
********/
void USART1_IRQHandler(void)
{
    if( USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TXE) == SET  )
    {
        if( *pDataByte == '\0' )//待发送的字节发到末尾NULL了
            USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, DISABLE);//因为是 发送寄存器空 的中断，所以发完字符串后必须关掉，否则只要空了，就会进中断
        else
            USART_SendData(USART1, *pDataByte++ );
    }


}


在串口初始化函数中就不用打开TXE的中断了（是在发送函数中打开的）如下：
/************
名称:  USART_Config
功能:  设置串口参数
输入:  无
输出:  无
返回:  无
************/
void USART_Config()
{
  USART_InitTypeDef USART_InitStructure;//定义一个包含串口参数的结构体
  
  USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //波特率9600
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//8位数据位
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//1位停止位
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无校验
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件流控制
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//输入加输出模式
  USART_InitStructure.USART_Clock = USART_Clock_Disable;//时钟关闭
  USART_InitStructure.USART_CPOL = USART_CPOL_Low;
  USART_InitStructure.USART_CPHA = USART_CPHA_2Edge;
  USART_InitStructure.USART_LastBit = USART_LastBit_Disable;


  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);//设置到USART1
  
  USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能USART1
}


SECTION 3


在USART的发送端有2个寄存器，一个是程序可以看到的USART_DR寄存器(下图中阴影部分的TDR)，另一个是程序看不到的移位寄存器(下图中阴影部分Transmit Shift Register)。


对应USART数据发送有两个标志，一个是TXE=发送数据寄存器空，另一个是TC=发送结束；对照下图，当TDR中的数据传送到移位寄存器后，TXE被设置，此时移位寄存器开始向TX信号线按位传输数据，但因为TDR已经变空，程序可以把下一个要发送的字节(操作USART_DR)写入TDR中，而不必等到移位寄存器中所有位发送结束，所有位发送结束时(送出停止位后)硬件会设置TC标志。


另一方面，在刚刚初始化好USART还没有发送任何数据时，也会有TXE标志，因为这时发送数据寄存器是空的。


TXEIE和TCIE的意义很简单，TXEIE允许在TXE标志为'1'时产生中断，而TCIE允许在TC标志为'1'时产生中断。


至于什么时候使用哪个标志，需要根据你的需要自己决定。但我认为TXE允许程序有更充裕的时间填写TDR寄存器，保证发送的数据流不间断。TC可以让程序知道发送结束的确切时间，有利于程序控制外部数据流的时序。


SECTION 4
        总的来说，STM32单片机的串口还是很好理解的，编程也不算复杂。当然我更愿意希望其中断系统和51单片机一样的简单。
        对于接收终端，就是RXNE了，这只在接收完成后才产生，在执行USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE)代码时不会进入ISR。但麻烦的就是发送有关的中断了：TXE或者TC，根据资料和测试的结果，TXE在复位后就是置1的，即在执行USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE,  ENABLE)后会立即产生中断请求。因此这造成一个麻烦的问题：如果没有真正的发送数据，TXE中断都会发生，而且没有休止，这将占用很大部分的CPU时间，甚至影响其他程序的运行！
        因此建议的是在初始化时不好启用TXE中断，只在要发送数据（尤其是字符串、数组这样的系列数据）时才启用TXE。在发送完成后立即将其关闭，以免引起不必要的麻烦。
        对于发送，需要注意TXE和TC的差别——这里简单描述一下，假设串口数据寄存器是DR、串口移位寄存器是SR以及TXD引脚TXDpin，其关系是DR->SR->TXDpin。当DR中的数据转移到SR中时TXE置1，如果有数据写入DR时就能将TXE置0；如果SR中的数据全部通过TXDpin移出并且没有数据进入DR，则TC置1。并且需要注意TXE只能通过写DR来置0，不能直接将其清零，而TC可以直接将其写1清零。
        对于发送单个字符可以考虑不用中断，直接以查询方式完成。
        对于发送字符串/数组类的数据，唯一要考虑的是只在最后一个字符发送后关闭发送中断，这里可以分为两种情况：对于发送可显示的字符串，其用0x00作为结尾的，因此在ISR中就用0x00作为关闭发送中断（TXE或者TC）的条件；第二种情况就是发送二进制数据，那就是0x00~0xFF中间的任意数据，就不能用0x00来判断结束了，这时必须知道数据的具体长度。
       这里简单分析上面代码的执行过程：TXE中断产生于前一个字符从DR送入SR，执行效果是后一个字符送入DR。对于第一种情况，如果是可显示字符，就执行USART_SendData来写DR（也就清零了TXE），当最后一个可显示的字符从DR送入SR之后，产生的TXE中断发现要送入DR的是字符是0x00——这当然不行——此时就关闭TXE中断，字符串发送过程就算结束了。当然这时不能忽略一个隐含的结果：那就是最后一个可显示字符从DR转入SR后TXE是置1的，但关闭了TXE中断，因此只要下次再开启TXE中断就会立即进入ISR。对于第二种情况，其结果和第一种的相同。
         对于第一种情况，其程序可以这么写：其中TXS是保存了要发送数据的字符串，TxCounter1是索引值：
extern __IO uint8_t TxCounter1;
extern uint8_t *TXS;
extern __IO uint8_t TxLen; 
void USART1_IRQHandler(void)
    {
        if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TXE) != RESET)
            {                                               
                if(TXS[TxCounter1]) //如果是可显示字符
                    { USART_SendData(USART1,TXS[TxCounter1++]);}
                else   //发送完成后关闭TXE中断，
                    { USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,DISABLE);}                                                        
            }                   
    }
        对于第二种情况，和上面的大同小异，其中TXLen表示要发送的二进制数据长度：
void USART1_IRQHandler(void)
    {
        if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TXE) != RESET) //对USART_DR的写操作，将该位清零。
            {                                              
                if(TxCounter1                    { USART_SendData(USART1,TXS[TxCounter1++]);}
                else   //发送完成后关闭TXE中断
                    { USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,DISABLE);}                                                         
            }                    
    }
        事实上第一种情况是第二种的特殊形式，就是说可以用第二种情况去发送可显示的字符——当然没人有闲心去数一句话里有多少个字母空格和标点符号！
        在使用时，只要将TXS指向要发送的字符串或者数组，设置TxLen为要发送的数据长度，然后执行USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE,ENABLE)就立即开始发送过程。用户可以检查TxCounter1来确定发送了多少字节。比如以第二种情况为例：
uint32_t *TXS;
uint8_t TxBuffer1[]="0123456789ABCDEF";
uint8_t DST2[]="ASDFGHJKL";
__IO uint8_t TxLen = 0x00;
     TxLen=8;                               //发送8个字符，最终发送的是01234567
    TXS=(uint32_t *)TxBuffer1;   //将TXS指向字符串TxBuffer1
    TxCounter1=0;                     //复位索引值
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE,ENABLE);   //启用TXE中断，即开始发送过程
    while(TxCounter1!=TxLen);   //等待发送完成


    TXS=(uint32_t *)TxBuffer2;   //同上，最终发送的是ASDFGHJK
    TxCounter1=0;
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE,ENABLE);
    while(TxCounter1!=TxLen);
        以上就是我认为的最佳方案，但串口中断方式数据有多长就中断多少次，我认为还是占用不少CPU时间，相比之下DMA方式就好多了，因为DMA发送字符串时最多中断两次（半传输完成，全传输完成），并且将串口变成类似16C550的器件。