代码收藏家 STM32 USART—串口通讯
串口通讯协议简介
串口通讯(SerialCommunication) 是一种设备间非常常用的串行通讯方式，因为它简单便捷，因此 大部分电子设备都支持该通讯方式
对于通讯协议，我们也以分层的方式来 理解，最基本的是把它分为物理层和协议层。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。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。
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。
物理层
RS-232标准的串口
两个通讯设备的“DB9接口”之间通过串口信号线建立起连接，串口信号 线中使用“RS-232标准”传输数据信号。由于RS-232电平标准的信号不能直接被控制器直接识 别，所以这些信号会经过一个“电平转换芯片”转换成控制器能识别的“TTL标准”的电平信号， 才能实现通讯
USB转串口
1、USB转串口主要用于设备跟电脑通信
2、电平转换芯片一般有CH340、PL2303、CP2102、FT232
3、使用的时候电脑端需要安装电平转换芯片的驱动
协议层
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楚为5、6、7或8(stm32中还有9个位)位长
校验位:
作用:
为的是数据的抗干扰性,可选择使用和不使用
校验方法分为:
1-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
2-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“O”，最后传输编辑的数据将是8位的有效数据加上1位的校验位总共9位
3-0校验(space)、
0校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“0"
4-1校验(mark)
1校验是校验位总为“1"。
5-无校验(noparity)
无校验就是数据包中不包含校验位。
串口功能框图讲解
1.功能引脚
TX∶数据发送
RX : 是数据接收
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)
注意:串口1是挂载到APB2总线,其余的是挂载到APB1总线
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。
3-控制器
控制寄存器1(USART_CR1)
PCE使能后通过PS进行控制
UE 大门
UE位用来开启供给给串口 的时钟。
状态寄存器(USART_SR)
4-波特率
每秒中发生码元的个数,当一个码元由一个二进制位来表示时,波特率与比特率相同
波特率计算请看视频讲解
串口代码讲解
函数及结构体讲解
USART_InitTypeDef
typedef struct
{
uint32_t USART_BaudRate;
uint16_t USART_WordLength;
uint16_t USART_StopBits;
uint16_t USART_Parity;
uint16_t USART_Mode;
uint16_t USART_HardwareFlowControl;
} USART_InitTypeDef;
USART_ClockInitTypeDef
该结构体用于同步通讯中
typedef struct
{
uint16_t USART_Clock;
uint16_t USART_CPOL;
uint16_t USART_CPHA;
uint16_t USART_LastBit;
} USART_ClockInitTypeDef;
USART_Clock 时钟使能
uint16_t USART_CPOL; 极性,于相位配合使用,表示串口空闲的时候时钟是高电平还是低电平
uint16_t USART_CPHA; 相位,表示第一个边沿采集数据还是第二个单元采集数据
uint16_t USART_LastBit; 最后一位时钟的脉冲
串口初始化函数
USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);
参数USARTx:传入的是要使用的串口基地址
参数USART_InitStruct:承载的数据是要配置寄存器的数据,通过USART_Init()函数写入寄存器
中断配置函数
USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState);
串口使能函数
USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);
操作的是USARTx_CR1寄存器下的UE位(大门)
串口发生函数
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);
串口接收函数
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);
中断状态位获取函数
USART_IT_CTS: CTS change interrupt (not available for UART4 and UART5)
USART_IT_LBD: LIN Break detection interrupt
USART_IT_TXE: Transmit Data Register empty interrupt发送数据寄存器空中断
USART_IT_TC: Transmission complete interrupt发送完成中断
USART_IT_RXNE: Receive Data register not empty interrupt接收数据寄存器非空 (接收到数据)
USART_IT_IDLE: Idle line detection interrupt
USART_IT_PE: Parity Error interrupt
清除中断标志位函数
void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);
TXE(数据发送以后TXE位为1，没有发送则为0)发送单个字节的时候使用，TC发送多个字节数据的时候使用，这里是发送单个字节
bsp_usart.h
#ifndef __USART_H
#define __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 //debug
#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 ch);
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str);
void Usart_SendHalfWord( USART_TypeDef * pUSARTx, uint16_t ch);
#endif /* __USART_H */
代码
bsp_usart.c代码
#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);//接收数据寄存器非空,及产生了中断
// 使能串口
USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE);
// 清除发送完成标志
//USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);
}
/***************** 发送一个字符 **********************/
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch)
{
/* 发送一个字节数据到USART */
USART_SendData(pUSARTx,ch);
/* 等待发送数据寄存器为空 */
while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET); //发送数据寄存器为空,发送数据之后txe为1,
}
/***************** 发送字符串 **********************/
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
{
unsigned int k=0;
do
{
Usart_SendByte( pUSARTx, *(str + k) );
k++;
} while(*(str + k)!='\0');
/* 等待发送完成 */
while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET)//当TC为1是发送寄存器和移位寄存器都为空,而txe为空时只有发送寄存器为空(只能判断一个字节)
{}
}
/***************** 发送一个16位数 **********************/
void Usart_SendHalfWord( USART_TypeDef * pUSARTx, uint16_t ch)
{
uint8_t temp_h, temp_l;
/* 取出高八位 */
temp_h = (ch&0XFF00)>>8;
/* 取出低八位 */
temp_l = ch&0XFF;
/* 发送高八位 */
USART_SendData(pUSARTx,temp_h);
while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
/* 发送低八位 */
USART_SendData(pUSARTx,temp_l);
while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == 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);
}
// 串口中断服务函数
void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
uint8_t ucTemp;
if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE)!=RESET)//判断标志位--接收数据寄存器非空
{
ucTemp = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx); //将接收到的数据放在ucTemp中
USART_SendData(DEBUG_USARTx,ucTemp); //将ucTemp中的数据通过串口发送出去
}
}
补充发送数组
作者：嵌R式小Z
