STM32F103学习笔记三 串口通信

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：

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

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

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）：

**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：

串口时钟使能，GPIO时钟使能:RCC_APB2PeriphClockCmd();

串口复位:USART_DeInit(); 这一步不是必须的

GPIO端口模式设置:GPIO_Init(); 模式设置为GPIO_Mode_AF_PP

串口参数初始化：USART_Init();

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();

使能串口:USART_Cmd();

编写中断处理函数：USARTx_IRQHandler();

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

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

//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

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 {

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(times%5000==0)

{

printf("rn精英STM32开发板 串口实验rn");

printf("正点原子@ALIENTEKrnrn");

}

if(times%200==0)printf("请输入数据,以回车键结束n");  

if(times%30==0)LED0=!LED0;//闪烁LED,提示系统正在运行.

delay_ms(10);   

}

}  

 }