STM32串口通讯（RS232、RS485、TTL）详解

前言

STM32**串口（Serial Communication Interface）**是STM32微控制器中用于串行通信的接口，通常指的是USART（通用同步异步收发器）或UART（通用异步收发传输器）。这些接口允许STM32微控制器与其他设备（如计算机、其他微控制器、传感器等）进行串行数据交换。

串行通信一般是以帧格式传输数据，数据一帧一帧的被传输，每帧包含有起始信号、数据信息、校验信息、停止信号。

一、物理层

1.RS232和RS485的区别

我们常用RS232和RS485这两种串行通信接口标准，它们各自具有不同的特点和适用场景。

|----------|-------------------------------------------|-----------|---------|----------|
| 通信接口 | 电平信号 | 传输距离 | 受干扰 | 传输单位 |
| RS232 | "1"为-3V至-15V，"0"为+3V至+15V | 一般10米以内 | 容易 | 一主一从 |
| RS485 | "1"以两线间的电压差+2V至+6V表示 "0"以两线间的电压差-6V至-2V表示 | 最多可达3000米 | 不易 | 一主多从 |

通过上面的表格可以看出两种通信接口的不同，单片机上的UART/USART口都是TTL电平信号，想要通过RS485或者RS232传输数据，需要在它们之间电平转换芯片，我们一般用RS232作打印日常的调试信息，RS485在工业上面用的比较多，因为比较稳定不易受干扰。

2.TTL电平

TTL全称为Transistor-Transistor Logic，即晶体管-晶体管逻辑电平。逻辑"1"通常对应的电压范围在2.4V到5V之间，而逻辑"0"对应的电压范围在0V到0.8V之间。我们一般会用到USB TO TTL这种小模块，来连接单片机的UART口来打印调试信息。

二、串口通讯协议

1.连接方式

典型的UART/USART通信使用3根线完成，分别是发送线（TX）、接收线（RX）和地线（GND）。在通信时，必须将双方的TX和RX交叉连接，并将GND相连才可正常通信。

2.协议构成

（1）起始位（Start Bit）：

起始位始终是一个逻辑0（低电平），它标志着数据开始传输。对于接收方，当检测到从高到低的跳变时，就知道新的数据字符即将开始。

（2）数据位（Data Bits）：

数据位是实际要传输的信息。STM32 UART支持5至9位的数据位，但最常用的配置是8位数据位。数据位是从最低位（LSB）到最高位（MSB）依次传输的

（3）校验位（Parity Bit）：

校验位是可选的，用于增加数据传输的可靠性。STM32 UART支持奇校验、偶校验和无校验模式。
- 奇校验：数据中1的个数加上校验位中1的个数应为奇数。
- 偶校验：数据中1的个数加上校验位中1的个数应为偶数。
- 无校验：没有校验位。

（4）停止位（Stop Bit）：

停止位标志着数据字符的结束。STM32 UART支持1位、1.5位或2位的停止位。停止位始终是高电平。停止位的作用是允许接收器有足够的时间来处理数据，并准备接收下一个字符。

（5）波特率（Baud Rate）：

波特率定义了每秒传输的位数。例如，9600波特意味着每秒传输9600个位。STM32 UART可以配置为支持广泛的波特率范围。

3.工作原理

在闲置状态下，UART的引脚一直被拉高，引脚如果被拉低，它标志着数据开始传输,然后开始依次传输数据位，一般我们都用8位数据位，然后根据配置发送奇偶校验位，最后拉高电平，停止数据传输，数据传输的速率是根据波特率得出的，如果发送和接收两端使用了不同的波特率，那么得到的就会是一堆乱码。

三、应用程序

1.初始化串口

cpp 复制代码

//bound:波特率
void uart_init()
{	
	//UART 初始化设置
	UART1_Handler.Instance=USART1;					    //USART1
	UART1_Handler.Init.BaudRate=115200;				    //波特率
	UART1_Handler.Init.WordLength=UART_WORDLENGTH_8B;   //字长为8位数据格式
	UART1_Handler.Init.StopBits=UART_STOPBITS_1;	    //一个停止位
	UART1_Handler.Init.Parity=UART_PARITY_NONE;		    //无奇偶校验位
	UART1_Handler.Init.HwFlowCtl=UART_HWCONTROL_NONE;   //无硬件流控
	UART1_Handler.Init.Mode=UART_MODE_TX_RX;		    //收发模式
	HAL_UART_Init(&UART1_Handler);					    //HAL_UART_Init()会使能UART1
	
	//HAL_UART_Receive_IT(&UART1_Handler, (u8 *)aRxBuffer, RXBUFFERSIZE);//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(使用回调函数处理中断需要调用该函数）
  
}

由上面代码得知，我们配置了USART1，波特率为115200，数据位为8，一个停止位，没有奇偶校验，可以同时收发。

2.使能GPIO口

cpp 复制代码

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    //GPIO端口设置
	GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
	
	if(huart->Instance==USART1)//如果是串口1，进行串口1 MSP初始化
	{
		__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();			//使能GPIOA时钟
		__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();			//使能USART1时钟
	
		GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_9;			//PA9
		GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;		//复用推挽输出
		GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;			//上拉
		GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST;		//高速
		GPIO_Initure.Alternate=GPIO_AF7_USART1;	//复用为USART1
		HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);	   	//初始化PA9

		GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_10;			//PA10
		HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);	   	//初始化PA10
		__HAL_UART_DISABLE_IT(huart,UART_IT_TC);
#if EN_USART1_RX
		__HAL_UART_ENABLE_IT(huart,UART_IT_RXNE);		//开启接收中断
		HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);				//使能USART1中断通道
		HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn,3,3);			//抢占优先级3，子优先级3
#endif	
	}

}

第一段代码调用Hal库的HAL_UART_Init(&UART1_Handler)函数以后，我们需要在HAL_UART_MspInit将对应的TX和RX两个口使能才能使串口正常使用。

3.串口发送数据

cpp 复制代码

HAL_UART_Transmit(&UART1_Handler,(uint8_t*)USART_RX_BUF,len,1000);

用HAL_UART_Transmit这个函数可以通过UART1发出信息，USART_RX_BUF 是我们要发出的内容，len是内容数组的大小。

4.串口接收数据

cpp 复制代码

//串口1中断服务程序
void USART1_IRQHandler(void)                	
{ 
	u8 Res;
#if SYSTEM_SUPPORT_OS	 	//使用OS
	OSIntEnter();    
#endif
	if((__HAL_UART_GET_FLAG(&UART1_Handler,UART_FLAG_RXNE)!=RESET))
	{
        HAL_UART_Receive(&UART1_Handler,&Res,1,1000); 
		if(USART_RX_CNT<USART_REC_LEN)
		{
			USART_RX_BUF[USART_RX_CNT]=Res;
			USART_RX_CNT++;			 									     
		}    		 
	}
	HAL_UART_IRQHandler(&UART1_Handler);	
#if SYSTEM_SUPPORT_OS	 	//使用OS
	OSIntExit();  											 
#endif
} 
#endif

接收数据是在串口的中断里面进行的，每来8bit数据，都会进入一次串口中断，USART_RX_BUF就是我们接收到数据的内容，USART_RX_CNT就是内容数组的大小，注意本代码并未对其优化，按常理来说，还应当对其加一个定时器，按传输速率计算多长时间没传来下一个数据，就算本次数据传输完成了。