STM32-08-串口

文章目录

  • STM32 串口
    • 1. 数据通信的基本概念
    • 2. 串口通信协议
    • 3. 串口
    • 4. 相关寄存器
    • 5. MSP回调机制
    • 6. HAL库中断回调机制
    • 7. USART/UART异步通信配置步骤
    • 8. IO引脚复用功能
    • 9. 代码实现

STM32 串口

1. 数据通信的基本概念

  1. 通信方式：
    在这里插入图片描述

  2. 数据传输方向：
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  3. 数据同步方式：
    在这里插入图片描述

  • 通信速率：

    在数字通信系统中，通信速率（传输速率）指数据在信道中传输的速度，分为传信率和传码率。

    传信率(比特率)：每秒钟传输的信息量，即每秒钟传输的二进制位数，单位为bit/s;

    传码率(波特率)：每秒钟传输的码元个数，单位为Band.

    比特率与波特率之间的关系：

    比特率 = 波特率 * log2M

    M表示码元承载的信息量，可以理解为码元的进制数，码元采用二进制编码时，数值上波特率与比特率相等。

  • 常见的串行通信接口

    通信接口接口引脚数据同步方式数据传输方向
    UART (通用异步收发器)TXD:发送端 RXD:接收端 GND:公共地异步通信全双工
    1-wireDQ:发送/接收端异步通信半双工
    IICSCL:同步时钟 SDA:数据输入/输出端同步通信半双工
    SPISCK:同步时钟 MISO:主机输入，从机输出 MOSI:主机输出，从机输入 CS:片选信号同步通信全双工

2. 串口通信协议

串行通信协议是指规定了数据包的内容，内容包含了起始位、主体数据、校验位、停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。
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  1. 波特率：波特率表示每秒传送的码元符号的个数，决定数据帧里面一个位的时间长度，两个要通信的设备的波特率一定要设置相同，常见的波特率是4800,9600,115200.
  2. 数据振格式：起始位、停止位、有效数据位、校验位。
    • 起始位和停止位：串行通信的一个数据帧是从起始位开始，直到停止位。数据帧中的起始位是由一个逻辑0的数据位表示，而数据帧的停止位可以是0.5、1、1.5、2个逻辑1的数据位表示，只要撒双方约定一致即可。
    • 有效数据位：数据帧的起始位之后，紧接着数据位，这是我们发送的有效数据，有效数据位是低位在前，高位在后。
    • 校验位：校验位可以认为是一个特殊的数据位。一般用来判断接收的数据位有无错误，检验的方法有：奇校验、偶校验、0校验、1校验。奇校验代表的是数据位和校验位中1的个数为奇数；偶校验代表的是数据位和校验位中1的个数为偶数；0 校验是指不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“0”，1 校验是校验位总为1。 无校验是指数据帧中不包含校验位。

3. 串口

  • 串口：串行通信接口，指按位发送和接收的接口。

  • RS232接口
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    通信示意图：
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  • USB接口
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  • USART框图
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  • 简化版框图
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  • 设置波特率
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    - 波特率相关寄存器
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4. 相关寄存器

  • 控制寄存器1（CR1）
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  • 控制寄存器2（CR2）
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  • 控制寄存器3（CR3）
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  • 数据寄存器（DR）
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  • 状态寄存器（SR）
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5. MSP回调机制

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6. HAL库中断回调机制

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7. USART/UART异步通信配置步骤

  1. 配置串口工作参数

    HAL_UART_Init()

  2. 串口底层初始化

    HAL_UART_MspInit()

  3. 开启串口异步接收中断

    HAL_UART_Receive_IT()

  4. 设置优先级，使能中断

    HAL_NVIC_SetPriority()
HAL_NVIC_EnableIRQ()

  5. 编写中断服务函数

    USARTx_IRQHandler()
UARTx_IRQHandler()

  6. 串口数据发送

    HAL_UART_Transmit()

8. IO引脚复用功能

  • 通用与复用

    通用：IO端口的输入或输出是由GPIO外设控制

    复用：IO端口的输入或输出由其它非GPIO外设控制

  • IO复用功能冲突问题：同一时间IO只能用作一种复用功能，否则会发生冲突，当遇到冲突时，可以考虑重映射功能。

  • 实现：IO复用功能的实现是通过AFIO寄存器，STM32F103ZET6共有6个AFIO的寄存器，事件控制寄存器AFIO_EVCR，复用重映射和调试I/O配置寄存器AFIO_MAPR，外部中断配置寄存器AFIO_EXTICR1，外部中断配置寄存器AFIO_EXTICR2，外部中断配置寄存器AFIO_EXTICR3，外部中断配置寄存器AFIO_EXTICR4。

    复用重映射和调试I/O配置寄存器AFIO_MAPR寄存器用来实现引脚的重映射功能。

    例如 AFIO_MAPR 寄存器位 2 是对 USART1 的重映射，置 0: 没有重映像(TX/PA9，RX/PA10)； 置 1: 重映像(TX/PB6，RX/PB7)。默认情况下，PA9 和 PA10 是作为串口 1 的引脚使用，假如 PA9 和 PA10 被用作其它地方，但还是需要用到串口 1，那么就可以在 AFIO_MAPR 的位 2 置 1，把串口 1 的引脚重映射到 PB6和PB7。
    在这里插入图片描述

9. 代码实现

  • 主要实现功能：通过串口接收或发送一个字符。

  • 硬件原理图
    电脑的USB引脚CH340 D+与CH340 D-通过CH340C芯片与串口的TXD与RXD相连接，然后通过一个端子连接到单片机的USART1 RX PA10和USART1 TX PA9引脚，从而完成单片机的串口与电脑的USB口的连接。
    在这里插入图片描述

  • 代码实现

    1. 配置串口工作参数

      void usart_init(uint32_t baudrate)
{/*UART 初始化设置*/g_uart1_handle.Instance = USART1;                                         /* USART_UX */g_uart1_handle.Init.BaudRate = baudrate;                                  /* 波特率 */g_uart1_handle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;                      /* 字长为8位数据格式 */g_uart1_handle.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;                           /* 一个停止位 */g_uart1_handle.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;                            /* 无奇偶校验位 */g_uart1_handle.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;                      /* 无硬件流控 */g_uart1_handle.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;                               /* 收发模式 */HAL_UART_Init(&g_uart1_handle);                                           /* HAL_UART_Init()会使能UART1 *//* 该函数会开启接收中断：标志位UART_IT_RXNE，并且设置接收缓冲以及接收缓冲接收最大数据量 */HAL_UART_Receive_IT(&g_uart1_handle, (uint8_t *)g_rx_buffer, RXBUFFERSIZE); 
}

    2. 串口底层初始化

      void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;if (huart->Instance == USART1)                            /* 如果是串口1，进行串口1 MSP初始化 */{USART_TX_GPIO_CLK_ENABLE();                             /* 使能串口TX脚时钟 */USART_RX_GPIO_CLK_ENABLE();                             /* 使能串口RX脚时钟 */USART_UX_CLK_ENABLE();                                  /* 使能串口时钟 */gpio_init_struct.Pin = USART_TX_GPIO_PIN;               /* 串口发送引脚号 */gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;                /* 复用推挽输出 */gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                    /* 上拉 */gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;          /* IO速度设置为高速 */HAL_GPIO_Init(USART_TX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);gpio_init_struct.Pin = USART_RX_GPIO_PIN;               /* 串口RX脚 模式设置 */gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT;             /* 串口RX脚 必须设置成输入模式 */gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                    //设置上拉输入HAL_GPIO_Init(USART_RX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);   #if USART_EN_RXHAL_NVIC_EnableIRQ(USART_UX_IRQn);                      /* 使能USART1中断通道 */HAL_NVIC_SetPriority(USART_UX_IRQn, 3, 3);              /* 组2，最低优先级:抢占优先级3，子优先级3 */
#endif}
}

    3. 开启串口异步接收中断

      在1.中实现

    4. 设置中断优先级

      在2.中实现

    5. 编写中断服务函数

      void USART1_IRQHandler(void)
{HAL_UART_IRQHandler(&g_uart1_handle);   /* 调用HAL库中断处理公用函数 */
}

    6. 编写接收完成回调函数

      void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if (huart->Instance == USART1)                    /* 如果是串口1 */{if ((g_usart_rx_sta & 0x8000) == 0)             /* 接收未完成 */{if (g_usart_rx_sta & 0x4000)                /* 接收到了0x0d（即回车键） */{if (g_rx_buffer[0] != 0x0a)             /* 接收到的不是0x0a（即不是换行键） */{g_usart_rx_sta = 0;                 /* 接收错误,重新开始 */}else                                    /* 接收到的是0x0a（即换行键） */{g_usart_rx_sta |= 0x8000;           /* 接收完成了 */}}else                                        /* 还没收到0X0d（即回车键） */{if (g_rx_buffer[0] == 0x0d)g_usart_rx_sta |= 0x4000;else{g_usart_rx_buf[g_usart_rx_sta & 0X3FFF] = g_rx_buffer[0];g_usart_rx_sta++;if (g_usart_rx_sta > (USART_REC_LEN - 1)){g_usart_rx_sta = 0;             /* 接收数据错误,重新开始接收 */}}}}HAL_UART_Receive_IT(&g_uart1_handle, (uint8_t *)g_rx_buffer, RXBUFFERSIZE);}
}

      在接收完成回调函数中，首先判断串口的类型，然后按照接收的数据格式进行判断，以回车符(0x0d)和换行符(0x0a)为结尾，如果未接收到回车符和换行符，表示数据未接收完成，g_usart_rx_sta为串口接收标志，用于判断是否接收完成；g_rx_buffer数据接收缓冲区，串口发送过来的数据会存放在该缓冲区，然后把接收到的数据放在g_usart_rx_buf数组里面。在接收完成后，开启串口异步接收中断，等待下一次数据的接收。

    7. 主函数的编写

      // 1. 定义串口接收数据长度的变量和超时时间变量uint8_t len;uint16_t times = 0;//2. 进行各种外设的初始化操作，打开相关外设的时钟HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */delay_init(72);                     /* 延时初始化 */led_init();                         /* LED初始化 */key_init();            //按键初始化beep_init();           //蜂鸣器初始化exti_init();           //外部中断初始化usart_init(115200);    //串口初始化 //3. 循环主体while (1){if (g_usart_rx_sta & 0x8000)        /* 接收到了数据 */{len = g_usart_rx_sta & 0x3fff;  /* 得到此次接收到的数据长度 */printf("\r\n您发送的消息为:\r\n");HAL_UART_Transmit(&g_uart1_handle,(uint8_t*)g_usart_rx_buf, len, 1000);    /* 发送接收到的数据 */while(__HAL_UART_GET_FLAG(&g_uart1_handle, UART_FLAG_TC) != SET);          /* 等待发送结束 */printf("\r\n\r\n");             /* 插入换行 */g_usart_rx_sta = 0;}else{times++;if (times % 30  == 0)LED_toggle(); /* 闪烁LED,提示系统正在运行. */delay_ms(10);}}

      主函数的循环里面主要是判断是否接收到数据，然后把接收到的数据发送出去，通过SR寄存器的TC位判断数据是否发送完成；同时使用LED灯代表系统在正常运行。

声明：资料来源（战舰STM32F103ZET6开发板资源包）

  1. Cortex-M3权威指南(中文).pdf
  2. STM32F10xxx参考手册_V10（中文版）.pdf
  3. STM32F103 战舰开发指南V1.3.pdf
  4. STM32F103ZET6（中文版）.pdf
  5. 战舰V4 硬件参考手册_V1.0.pdf

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