STM32笔记（九）---串口通信

程序员文章站 2022-04-01 23:37:54

...

串口通信(USART)

一、串口通信协议简介

1-1 概念

物理层：规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性，确保原始数据在物理媒体的传输。其实就是硬件部分。

协议层：协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准。其实就是软件部分。

简单来说物理层规定我们用嘴巴还是用肢体来交流，协议层则规定我们用中文还是英文来交流。

1-2 常用标准

①.RS232标准

RS232标准串口通讯结构图

RS232标准串口主要用于工业设备直接通信
电平转换芯片一般有MAX3232，SP3232

DB9 标准的公头及母头接法

RS-232 与 TTL 电平区别(232趋向高容错)

②.USB转串口（USB2TTL）

USB转串口通讯结构图

USB转串口主要用于设备跟电脑通信
电平转换芯片一般有CH340、PL2303、CP2102、FT232
使用的时候电脑端需要安装电平转换芯片的驱动

③.原生的串口到串口 (TTL2TTL)

原生的串口到串口结构图

原生的串口通信主要是控制器跟串口的设备或者传感器通信，不需要经过电平转换芯片来转换电平，直接就用TTL电平通信
GPS模块、GSM模块、串口转WIFI模块、HC04蓝牙模块

1-3 串口数据包的基本组成

STM32笔记（九）---串口通信

起始位：由1个逻辑 0 的数据位表示
结束位：由 0.5、 1、 1.5 或 2 个逻辑 1 的数据位表示
有效数据：在起始位后紧接着的就是有效数据，有效数据的长度常被约定为 5、 6、 7 或 8 、9位长
校验位：可选，为的是数据的抗干扰性。

校验方法分为：

1-奇校验(odd)、 2-偶校验(even)

3-0 校验(space)、 4-校验(mark)

5-无校验(noparity)
- 奇校验 (odd) ：有效数据和校验位中“ 1”的个数为奇数
  
  比如一个 8 位长的有效数据为： 01101001，此时总共有 4 个“ 1”，为达到奇校验效果，校验位为“ 1”，最后传输的数据将是 8 位的有效数据加上 1 位的校验位总共 9 位
- 偶校验 (even) ：有效数据和校验位中“ 1”的个数为偶数
  
  比如一个 8 位长的有效数据为： 01101001，此时总共有 4 个“ 1”，为达到偶校验效果，校验位为“ 0”，最后传输的数据将是 8 位的有效数据加上 1 位的校验位总共 9 位
- 0 校验：不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“ 0”。
- 1 校验: 校验位总为“ 1”。
- 无校验: 数据包中不包含校验位。

二、 STM32串口功能框图讲解

2-1 引脚

TX：数据发送

RX：数据接收

SCLK ：时钟，仅同步通信时使用

nRTS ：请求发送(Request To Send)

nCTS ：允许发送(Clear To Send)

2-2 数据寄存器

数据寄存器 —USART_DR ：9位有效，包含一个发送数据寄存器TDR和一个接收数据寄存器RDR。一个地址对应了两个物理内存。
字长配置：USART_CR1：M，0：8bit，1：9bit
停止位配置：USART_CR2：STOP
奇偶验证位：USART_CR1：PCE（使能校验控制）、PS（奇偶校验选择）、PEIE（PE中断使能）
USART_SR ：PE（奇偶校验反映位）

2-2-1 如何通过串口实现发送接收？

1、 USART_CR1：UE、TE、RE均配置为开启

2、以发送为例，发送过程涉及2个寄存器的值改变（发送数据寄存器----TDR）
STM32笔记（九）---串口通信

2、 TDR发送数据后状态寄存器（USART_SR）中的TXE（empty）位置1，若TXEIE=1则产生中断，不代表数据发送成功，此时TC位置1才表示发送成功，若此时TCIE=1则产生中断（相应的读取时UE、RE使能情况下，读取数据进入接收移位寄存器后传到RDR，RXNE置1，用户可从DR寄存器中读数据，若RXNEIE=1，则产生中断）、

TXEIE/TCIE/RXNEIE均位于CR1寄存器

STM32笔记（九）---串口通信

USART_SR：TXE，Transmit data register empty

2-3 控制器

STM32笔记（九）---串口通信

2-4 波特率

每秒钟要发送多少数据（多少个二进制位）
配置单位：USART_BRR：波特率寄存器
计算公式：

例：**USART：**USART1，时钟为72M **波特率：**115200

最小精度：1/16(2^4)

三、代码

3-1 固件库相关配置结构体

USART初始化结构体：USART_InitTypeDef

typedef struct
{
  uint32_t USART_BaudRate;      //波特率 BRR
  uint16_t USART_WordLength;    //字长 CR1_M
  uint16_t USART_StopBits;      //停止位 CR2_STOP
  uint16_t USART_Parity;        //校验控制 CR1_PCE、CR1_PS
  uint16_t USART_Mode;          //模式选择CR1_TE、CR1_RE
  // 硬件流选择 CR3_CTSE、CR3_RTSE
  uint16_t USART_HardwareFlowControl;
} USART_InitTypeDef;

USART同步时钟初始化结构体:USART_ClockInitTypeDef

typedef struct
{
  uint16_t USART_Clock;      // 同步时钟 CR2_CLKEN
  uint16_t USART_CPOL;       // 极性 CR2_CPOL
  uint16_t USART_CPHA;       // 相位 CR2_CPHA
  uint16_t USART_LastBit;    //最后一个位的时钟脉冲 CR2_LBC
} USART_ClockInitTypeDef;

3-2 固件库相关配置函数

串口初始化函数：

void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct)

中断配置函数:

void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState)

串口使能函数:

void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState)

数据发送函数：

void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)

数据接收函数:

uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx)

中断状态位获取函数:

ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT)

3-3 固件库编程

编程要点

1-初始化串口需要用到的GPIO

2-初始化串口，USART_InitTypeDef

3-中断配置（接收中断，中断优先级）

4-使能串口

5-编写发送和接收函数

6-编写中断服务函数

实验1：中断接收和发送

需求：单片机给电脑发送数据，电脑上位机把数据打印出来；电脑上位机给单片机发数据，单片机接收到数据之后立马发回给电脑，并打印出来。

‘bsp-usart.c’

#include "bsp-usart.h"

static void NVIC_Configuration(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  
  /* 嵌套向量中断控制器组选择 */
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  
  /* 配置USART为中断源 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;
  /* 抢断优先级*/
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  /* 子优先级 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  /* 使能中断 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  /* 初始化配置NVIC */
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

void USART_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

	// 打开串口GPIO的时钟
	DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);
	
	// 打开串口外设的时钟
	DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);

	// 将USART Tx的GPIO配置为推挽复用模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

  // 将USART Rx的GPIO配置为浮空输入模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
	
	// 配置串口的工作参数
	// 配置波特率
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
	// 配置 针数据字长
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	// 配置停止位
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	// 配置校验位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
	// 配置硬件流控制
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	// 配置工作模式，收发一起
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
	// 完成串口的初始化配置
	USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);
	
	// 串口中断优先级配置
	NVIC_Configuration();
	
	// 使能串口接收中断
	USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);	
	
	// 使能串口
	USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE);	    
}

/* 发送一个字节 */
void Usart_SendByte(USART_TypeDef* pUSARTx, uint8_t data)
{
	USART_SendData(pUSARTx, data);
	while( USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET );
}

/* 发送两个字节的数据 */
void Usart_SendHalfWord(USART_TypeDef* pUSARTx, uint16_t data)
{
	uint8_t temp_h,temp_l;
	
	temp_h = (data&0xff00) >> 8 ;
	temp_l = data&0xff;
	
	USART_SendData(pUSARTx, temp_h);
	while( USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET );
	
	USART_SendData(pUSARTx, temp_l);
	while( USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET );
}

/* 发送8位数据的数组 */
void Usart_SendArray(USART_TypeDef* pUSARTx, uint8_t *array,uint8_t num)
{
	uint8_t i;
	for( i=0; i<num; i++ )
  {
		Usart_SendByte(pUSARTx, array[i]);
	}
	while( USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TC) == RESET );
}

/* 发送字符串 */
void Usart_SendStr(USART_TypeDef* pUSARTx, uint8_t *str)
{
	uint8_t i=0;
	do
  {
		Usart_SendByte(pUSARTx, *(str+i));
		i++;
	}while(*(str+i) != '\0');
	while( USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TC) == RESET );
}

///重定向c库函数printf到串口，重定向后可使用printf函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
		/* 发送一个字节数据到串口 */
		USART_SendData(DEBUG_USARTx, (uint8_t) ch);
		
		/* 等待发送完毕 */
		while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);		
	
		return (ch);
}

///重定向c库函数scanf到串口，重写向后可使用scanf、getchar等函数
int fgetc(FILE *f)
{
		/* 等待串口输入数据 */
		while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_RXNE) == RESET);

		return (int)USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
}

‘bsp-usart.h’

#ifndef __BSP_USART_H
#define __BSP_USART_H

#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>

#define DEBUG_USART1     1
#define DEBUG_USART2     0
#define DEBUG_USART3     0
#define DEBUG_USART4     0
#define DEBUG_USART5     0

#if DEBUG_USART1
// 串口1-USART1
#define  DEBUG_USARTx                   USART1
#define  DEBUG_USART_CLK                RCC_APB2Periph_USART1
#define  DEBUG_USART_APBxClkCmd         RCC_APB2PeriphClockCmd
#define  DEBUG_USART_BAUDRATE           115200

// USART GPIO 引脚宏定义
#define  DEBUG_USART_GPIO_CLK           (RCC_APB2Periph_GPIOA)
#define  DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd    RCC_APB2PeriphClockCmd
    
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT       GPIOA   
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_9
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT       GPIOA
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_10

#define  DEBUG_USART_IRQ                USART1_IRQn
#define  DEBUG_USART_IRQHandler         USART1_IRQHandler

#elif DEBUG_USART2
//串口2-USART2
#define  DEBUG_USARTx                   USART2
#define  DEBUG_USART_CLK                RCC_APB1Periph_USART2
#define  DEBUG_USART_APBxClkCmd         RCC_APB1PeriphClockCmd
#define  DEBUG_USART_BAUDRATE           115200

// USART GPIO 引脚宏定义
#define  DEBUG_USART_GPIO_CLK           (RCC_APB2Periph_GPIOA)
#define  DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd    RCC_APB2PeriphClockCmd
    
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT       GPIOA   
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_2
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT       GPIOA
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_3

#define  DEBUG_USART_IRQ                USART2_IRQn
#define  DEBUG_USART_IRQHandler         USART2_IRQHandler

#elif DEBUG_USART3
//串口3-USART3
#define  DEBUG_USARTx                   USART3
#define  DEBUG_USART_CLK                RCC_APB1Periph_USART3
#define  DEBUG_USART_APBxClkCmd         RCC_APB1PeriphClockCmd
#define  DEBUG_USART_BAUDRATE           115200

// USART GPIO 引脚宏定义
#define  DEBUG_USART_GPIO_CLK           (RCC_APB2Periph_GPIOB)
#define  DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd    RCC_APB2PeriphClockCmd
    
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT       GPIOB   
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_10
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT       GPIOB
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_11

#define  DEBUG_USART_IRQ                USART3_IRQn
#define  DEBUG_USART_IRQHandler         USART3_IRQHandler

#elif DEBUG_USART4
//串口4-UART4
#define  DEBUG_USARTx                   UART4
#define  DEBUG_USART_CLK                RCC_APB1Periph_UART4
#define  DEBUG_USART_APBxClkCmd         RCC_APB1PeriphClockCmd
#define  DEBUG_USART_BAUDRATE           115200

// USART GPIO 引脚宏定义
#define  DEBUG_USART_GPIO_CLK           (RCC_APB2Periph_GPIOC)
#define  DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd    RCC_APB2PeriphClockCmd
    
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT       GPIOC   
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_10
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT       GPIOC
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_11

#define  DEBUG_USART_IRQ                UART4_IRQn
#define  DEBUG_USART_IRQHandler         UART4_IRQHandler

#elif DEBUG_USART5
//串口5-UART5
#define  DEBUG_USARTx                   UART5
#define  DEBUG_USART_CLK                RCC_APB1Periph_UART5
#define  DEBUG_USART_APBxClkCmd         RCC_APB1PeriphClockCmd
#define  DEBUG_USART_BAUDRATE           115200

// USART GPIO 引脚宏定义
#define  DEBUG_USART_GPIO_CLK           (RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIOD)
#define  DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd    RCC_APB2PeriphClockCmd
    
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT       GPIOC   
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_12
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT       GPIOD
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_2

#define  DEBUG_USART_IRQ                UART5_IRQn
#define  DEBUG_USART_IRQHandler         UART5_IRQHandler

#endif

void USART_Config(void);
void Usart_SendByte(USART_TypeDef* pUSARTx, uint8_t data);
void Usart_SendHalfWord(USART_TypeDef* pUSARTx, uint16_t data);
void Usart_SendArray(USART_TypeDef* pUSARTx, uint8_t *array,uint8_t num);
void Usart_SendStr(USART_TypeDef* pUSARTx, uint8_t *str);
#endif  /* __BSP_USART_H */

‘stm32f10x_it.c’

void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
	uint8_t ucTemp;
	if(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TC) != RESET)//再次判断是否发送完毕
	{
		ucTemp = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);				 //接收数据
		USART_SendData(DEBUG_USARTx, ucTemp);					 //将接收数据发送至单片机显示
	}
}

‘main.c’

#include "stm32f10x.h"
#include "bsp-usart.h"

int main(void)
{
	USART_Config();
	printf("test_printf~~\n");
	Usart_SendStr(DEBUG_USARTx,"test_SendStr~~\n");
	while(1)
	{
		//
	}
}

串口调试助手根据‘配置串口的工作参数’选择相应参数调试

串口调试助手现象：

实验2：串口控制RGB灯亮灭

**需求：**电脑给单片机发命令，用于控制开发板上的RGB灯。

(与实验1相比改动部分)

‘stm32f10x_it.c’

void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
	if(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx,USART_FLAG_TC) != RESET)
	{
		ch = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);//ch为外部引用全局变量
		printf("ch = %c\n", ch);
	}
}

‘main.c’

#include "stm32f10x.h"
#include "bsp-led.h"
#include "bsp-usart.h"

uint16_t ch = 0;//全局变量ch，用于接收串口信息

int main(void)
{
	USART_Config();				//串口初始化
	LED_GPIO_Config();			//LED初始化
	while(1)
	{
		//USART判断ch的值进行RGB的状态切换
		LED_USART_SWITCH();		//ch--switch函数
/***************************************/
//		void LED_USART_SWITCH(void)
//		{
//			switch(ch)
//			{
//				case 0x01: LEDON_G;break;		//绿灯
//				case 0x02: LEDON_R;break;		//红灯
//				case 0x03: LEDON_B;break;		//蓝灯
//				default:   LED_ALL(ON);break;	//白灯
//			}
//		}
/***************************************/
	}
}

STM32笔记（九）---串口通信

串口通信(USART)

文章目录

一、串口通信协议简介

1-1 概念

1-2 常用标准

①.RS232标准

②.USB转串口（USB2TTL）

③.原生的串口到串口 (TTL2TTL)

1-3 串口数据包的基本组成

二、 STM32串口功能框图讲解

2-1 引脚

2-2 数据寄存器

2-2-1 如何通过串口实现发送接收？

2-3 控制器

2-4 波特率

三、代码

3-1 固件库相关配置结构体

3-2 固件库相关配置函数

3-3 固件库编程

编程要点

实验1：中断接收和发送

实验2：串口控制RGB灯亮灭

stm32 普通IO口模拟串口通信

STM32基础教程（CubeMX）串口通信（USART协议）

毕设笔记03-Arduino与树莓派实现串口通信并传输温湿度数据

matlab 串口通信、显示及简易GUI页面设计自学笔记

STM32之串口通信

stm32学习笔记（三）串口通讯实验

STM32串口通信

STM32进阶-串口及蓝牙通信控制开发板硬件详细步骤-USART1/2

【STM32学习笔记】串口通讯 — USART / UART

STM32与匿名上位机通信——使用串口DMA实现

STM32笔记（九）---串口通信

串口通信(USART)

文章目录

一、 串口通信协议简介

1-1 概念

1-2 常用标准

①.RS232标准

②.USB转串口（USB2TTL）

③.原生的串口到串口 (TTL2TTL)

1-3 串口数据包的基本组成

二、 STM32串口功能框图讲解

2-1 引脚

2-2 数据寄存器

2-2-1 如何通过串口实现发送接收？

2-3 控制器

2-4 波特率

三、 代码

3-1 固件库相关配置结构体

3-2 固件库相关配置函数

3-3 固件库编程

编程要点

实验1：中断接收和发送

实验2：串口控制RGB灯亮灭

stm32 普通IO口模拟串口通信

STM32基础教程（CubeMX）串口通信（USART协议）

毕设笔记03-Arduino与树莓派实现串口通信并传输温湿度数据

matlab 串口通信、显示及简易GUI页面设计自学笔记

STM32之串口通信

stm32学习笔记（三）串口通讯实验

STM32串口通信

STM32进阶-串口及蓝牙通信 控制开发板硬件详细步骤-USART1/2

【STM32学习笔记】串口通讯 — USART / UART

STM32与匿名上位机通信——使用串口DMA实现

一、串口通信协议简介

三、代码

STM32进阶-串口及蓝牙通信控制开发板硬件详细步骤-USART1/2