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串口通信(USART)
文章目录
串口通信(USART)
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
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
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） 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
USART_SR：TXE，Transmit data register empty 2-3 控制器 
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 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 #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 // } // } /***************************************/ } } |
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