STM32硬件USART——蓝牙与手机传输数据

硬件USART

传输方式：串行传输，低位先行。

传输类型：帧传输。有校验位则9位一帧，无校验位则8位一帧。

波特率：一秒钟能传输的bit个数。

                波特率 = 外设时钟÷ 分频系数 ÷16。

                外设时钟是指外挂载总线APB1或APB2的时钟，两者不同。

                要÷16是因为在读取数据时，一位bit需要16个时钟采样，来防止/判断噪音。所以÷16得到波特率，是为了保证系统时钟能够有足够快的频率，保证对每bit的传输都×16倍时间去检测，得到真正的一位bit发送接收时间。不然假设16MHz的外设时钟，不分频得到波特率，那么实际一位的时间需要16*16Mhz的时钟才能正确发送，但这已经远远超出了外设时钟的上限（个人理解）（1MHz = 1 000 000  Hz）

停止位时间：发送一个字节数据（8bit）之后，停止位占多少个bit时钟周期（0.5，1，1.5，2），一般1个。

字节长度：8位、9位。一般8位不加校验位，9位加校验位。

DR寄存器：内分   发送数据寄存器+发送移位寄存器、接收寄存器+接收移位寄存器。

                对软件层USART传输而言，收发都是访问DR地址，不对其内部的地址进行细分。也就是一个地址两种功能，Rdata = DR就是接收；DR = Tdata就是发送。具体逻辑由硬件判断。

                发送流程：

                       ①调用函数判断发送数据移位寄存器是否空（标志位TXE—TE Empty空），判断数据有(1)没有(0)从发送数据寄存器被硬件自动转移到发送移位数据寄存器。

                       ②空的话则把数据发送给DR（赋值给DR ：   DR = Tdata）。

                        ③为了下一次方便发送的话，可以在每次发送后等待TXE=1（即发送移位寄存器空），让下一次数据进来的时候不用等待，直接发送。

                接收流程：

                        ①调用函数判断接收数据寄存器是否非空（标志位TXNE — TX Not Empyt ）,判断数据有(1)没有(0)从接收移位寄存器被硬件自动转移到接收数据寄存器

                        ②读取值为1（非空）的话，就要读取接收寄存器的数据（Rdata = DR）

                        ③在接收寄存器内数据时（RXNE == 1），对寄存器进行读取，会自动清除标志位

空闲状态：TX高电平

启动与发送：

                启动：TX拉低，并保持一个bit周期，在这个TX拉低开始后，会有16个时钟来采样后续的1bit周期内的TX电平，来确定这个启动是真的启动而不是电平不稳导致。

               发送：启动之后的8/9bit时间用于数据的发送，流程也是1bit时间有16个时钟采样才确定最终发送数据。

                1bit时间内的16个时钟采样吗，分别在第3、5、7、8、9、10这6个时间内采样，由8、9、10决定最终采样结果：3个相同采样电平则是采样结果，其余按2：1多数发送。

                在启动模式时，如果3个采样不是全0，而是2个0与1个1，会产生一个噪音标志位NE（NOISE ERROR）

数据发送：在1bit时间的中间时间段拉高SCL，表示发送数据。（在中间更能保证数据是稳定而非翻转不及时导致）

STM32F103C8T6所有的USART资源：

                                                        APB2：USART1；

                                                        APB1：USART2，USART3；

对应引脚（ 不使用—>不考虑其他应引脚）

                                                        USART1：RX（PA10），TX（PA9）；

                                                        USART2：RX（PA3），TX（PA2）；

                                                        USART3：RX（PB11），TX（PB10）；

配置流程：开启外设时钟——>利用结构体初始化

                ①开启USART1的外设时钟

                ②定义结构体，初始化结构体参数（波特率、收发模式、停止位时间、奇偶校验、数据字长、数据流控制（没用到？待研究））

                ③用结构体初始化USART1

NVIC

名字来源：Nested Vectored Interrupt Controller （嵌套向量中断控制器）

在此处的作用：外部中断–单片机作为蓝牙传输接收方接收数据需要

各英文词含义：

        ①抢占优先级–PreemptionPriority ：后发中断是否能插队。

        ②响应优先级–SubPriority：同发中断谁能先排队。

特别说明：同抢占优先级的中断，则看响应优先级，数值靠前（小）的优先插/排队。

        ③中断分组–NVIC_PriorityGroup_X（第X组）：把16个数值分给抢占优先级、响应优先级。

        总共有3位二进制数控制分组（也就是0~15个情况），其中x表示2的x次方，指的是从0~2的x次方大小是抢占优先级的个数，在2的x次方~15是响应优先级的个数。

图片源于（stm32入门篇–中断的初步认识及其优先级和分组_中断优先级和分组-CSDN博客）

        ④中断通道--IRQChannel：中断通道是指在微控制器（MCU）中，用于处理外部或内部事件的特定路径。当某个事件发生时，微控制器会通过中断通道暂停当前正在执行的程序，转而执行与该事件相关的中断服务程序（ISR），处理完成后返回原来被暂停的位置继续运行。

配置方式：开启串口外部中断 ——> 结构体配置基础参数 ——> 传参结构体初始化NVIC

配置流程：

                ①开启USART1串口外部输入中断

                ②设置中断抢占优先级、中断通道、中断通道使能、响应优先级的分组情况

                ③设置结构体初始化参数，之后用结构体初始化

                ④开启USART1的时钟

蓝牙（DX-BT24 、XY-MB026A）

透传：把蓝牙作为数据的中转站，蓝牙接收数据后，不对数据进行任何处理，直接将数据传递给接收方。

非透传：蓝牙会对数据进行处理（加密、封装、转格式……）后再发给接收方。

组网：多个蓝牙之间可以相互联系。（？待研究）

特别注意：

                1.蓝牙只作为一个中转站，所以不需要任何代码去直接操作蓝牙。

                2.不同蓝牙的内部封装可能由于内部API不同，而导致需要不同的传输方案，故需要写传输数据的代码，将数据正确传给蓝牙。

                3.蓝牙API：蓝牙模块中的API是一组用于实现蓝牙通信功能的工具和接口。这些API允许应用程序与蓝牙设备进行交互，包括发现、连接、数据传输和设备控制等操作。

接线：USART1的TXD（PA9）接蓝牙的RXD

                              RXD（PA10）接蓝牙的TXD

实现流程：

                   ①发送——封装一个发送函数实现自定义发送

                    ②接收——在中断函数内部读取外部输入。

                由于USART的NVIC中断被配置为外部输入中断，所以一旦由外部数据的输入，就会进入中断，可以根据这个关系直接在中断函数内完成读取输入数据操作。

主要代码

USART1及其NIVC、GPIO口的初始化

void Serial_Init(void)
{
    /*开启时钟*/
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);    //开启USART1的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);    //开启GPIOA的时钟
    
    /*GPIO初始化*/
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                    //将PA9引脚初始化为复用推挽输出
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                    //将PA10引脚初始化为上拉输入
    
    /*USART初始化*/
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;                    //定义结构体变量
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;                //波特率
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;    //硬件流控制，不需要
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;    //模式，发送模式和接收模式均选择
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;        //奇偶校验，不需要
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;    //停止位，选择1位
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;        //字长，选择8位
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);                //将结构体变量交给USART_Init，配置USART1
    
    /*中断输出配置*/
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);            //开启串口接收数据的中断
    
    /*NVIC中断分组*/
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);            //配置NVIC为分组2
    
    /*NVIC配置*/
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;                    //定义结构体变量
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;        //选择配置NVIC的USART1线
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;            //指定NVIC线路使能
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;        //指定NVIC线路的抢占优先级为1
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;        //指定NVIC线路的响应优先级为1
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                            //将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设
    
    /*USART使能*/
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);                                //使能USART1，串口开始运行
}

发送一个字节数据

void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
    USART_SendData(USART1, Byte); //将字节数据写入数据寄存器，写入后USART自动生成时序波形
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);    //等待发送完成
    /*下次写入数据寄存器会自动清除发送完成标志位，故此循环后，无需清除标志位*/
}

接收一个字节数据+USART1中断函数

void USART1_IRQHandler(void)
{
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)        //判断是否是USART1的接收事件触发的中断
    {
        Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);                //读取数据寄存器，存放在接收的数据变量
        Serial_RxFlag = 1;                                        //置接收标志位变量为1
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);            //清除USART1的RXNE标志位
                                                                //读取数据寄存器会自动清除此标志位
                                                                //如果已经读取了数据寄存器，也可以不执行此代码
    }
}

作者：QL.ql