STM32-USART串口协议

追梦少年时2024-10-16 16:59

一、USART与UART

1、区别

  • 同步通信‌：USART在同步通信时需要时钟来触发数据传输，能够提供主动时钟，这使得通信双方可以共享一个时钟信号来采样数据线。
  • ‌异步通信‌：在异步通信中，USART与UART没有区别，因为两者都不需要共享时钟信号，设备间的数据传输速

2、特点

UART：

  • 全双工通信
  • 简单易用
  • 异步通信
  • 传输速率可调

USART：

  • 全双工通信
  • 支持同步和异步通信
  • 支持多种高级功能，如硬件流控制、DMA
  • 自带波特率发生器，最高达4.5Mbps/s
  • 具有多种错误检测标志：包括帧错误、溢出错误、噪声检测、奇偶校验错误

二、USART

一、概述

USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）通用同步/异步收发器

  • USART是STM32内部集成的硬件外设，可根据数据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序，从TX引脚发送出去，也可自动接收RX引脚的数据帧时序，拼接为一个字节数据，存放在数据寄存器里
  • 自带波特率发生器，最高达4.5Mbits/s
  • 可配置数据位长度（8/9）、停止位长度（0.5/1/1.5/2） 可选校验位（无校验/奇校验/偶校验）
  • 支持同步模式、硬件流控制、DMA、智能卡、IrDA、LIN

STM32F103C8T6 USART资源： USART1、 USART2、 USART3。

硬件流控制，就是防止接收设备处理数据速度慢，而导致数据丢失的问题，比如A设备Tx向B设备的Rx发送数据，A设备一直在发，发的太快了，B设备处理不过来，如果没有硬件流控制，那B设备就只能抛弃新数据或者覆盖原数据了。如果有硬件流控制，在硬件电路上，会多出一根线，如果B没有准备好接收，就置高电平，如果准备好了，就置低电平。

二、USART框图

如下：

发送器控制者发送移位寄存器，接收器控制接收移位寄存器。

硬件数据流控制：nRTS(Require to Send，n表示低电平，发送)，nCTS(Clear to Send，n表示低电平，接收)。

如下，设备A向设备B发送数据，设备A需要根据设备B上nRTS发送来的电平进行判断，如果是低电平设备A可以发送数据，检测到高电平就停止发送数据。

当我们向TDR写数据时，等待发送移位寄存器移完数据后，TDR向发送移位寄存器转移数据，这时TXE（TX Empty）标志位会置1，我们可以写入新的数据。

接收寄存器类似，当我们接收数据时，数据会从高位往低位这个方向移动，也就是向右移，当接收一个字节后，会向RDR寄存器转运，同时，RXNE（RX Not empty,接收数据寄存器非空）会置1，者样我们就可以读走数据了，

SCLK（同步时钟）用于同步通信，只支持发送，不支持接收。

唤醒单元就是挂载多个设备。

USART1挂载在APB2总线上，所以就是PCLK2的时钟，一般是72MHz。其他USART挂载在APB1，就是PCLK1的时钟，一般36MHz。

TE(TX Enable)置1就是发送器使能，发送部分的波特率就有效了。RE(RX Enable)置1就是接收器使能，接收部分的波特率就有效了。

三、USART基本结构

四、数据帧

停止位就是控制高平时间。

五、起始位侦测

每个码元都要侦测。

手册上写的说明：

六、波特率发生器

发送器和接收器的波特率由波特率寄存器BRR里的DIV确定 ，计算公式：波特率 = fPCLK2/1 / (16 bote。DIV就是分频器。

三、串口发送代码

可以使用下面的函数可以重定向到串口，第一个函数可以用printf();第二个直接调用函数。

cpp 复制代码 
//重定向到串口
int fputc(int ch,FILE *f)
{
	Serial_SendByte(ch);
 	return ch;
}

//重定向到串口
void Serial_Printf(char *format,...)
{
	
	char String[100];
	va_list arg;
	va_start(arg,format);
	vsprintf(String,format,arg);//都添加到string字符串里
	va_end(arg);
	Serial_SendString(String);
	
}

发送汉字时，要加一点东西，在魔法棒------>C/C++------>Misc Controls上加--no-multibyte-chars

可以在如下所示修改适合的编码形式。

Serial.c:

cpp 复制代码 
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "stdio.h"
#include "stdarg.h"
void Serial_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  //如果有错误，就把这个函数放在最前面
	USART_InitTypeDef  USART_InitStruct;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
//	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //推挽输出
//	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
	
	//Polarity  极性
	
	USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No ;               //奇偶
	USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
	USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx;   //作为发送器，同时收发或上
	USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1 ;
	USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b ;
	
	USART_Init(USART1,&USART_InitStruct);
	

	USART_Cmd(USART1,ENABLE);

}

void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
	 
	 //每次写入数据时，硬件会自动将TXE标志位清零
    USART_SendData(USART1, Byte);	
	 while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);
	
	
}

void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint8_t length)
{
	
	uint16_t i;
	for(i=0;i<length;i++)
	{
		
		Serial_SendByte(Array[i]);
	}
}

void Serial_SendString(char *Array)
{
	
		while(*Array!='\0')
		{
		  Serial_SendByte(*Array);
	     Array++;
		}
}

uint32_t Serial_Pow(uint16_t x,uint16_t y)
{
     uint32_t Result=1;
     	while(y--)
		{
			Result*=x;
		}
	  return  Result;
}

void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t length)
{
	
	uint16_t i;
	for(i=0;i<length;i++)
	{
		
		Serial_SendByte(Number/Serial_Pow(10,length-1-i)%10+0x30);
		
	}
	
}

//重定向到串口
int fputc(int ch,FILE *f)
{
	Serial_SendByte(ch);
 	return ch;
}


void Serial_Printf(char *format,...)
{
	
	char String[100];
	va_list arg;
	va_start(arg,format);
	vsprintf(String,format,arg);
	va_end(arg);
	Serial_SendString(String);
	
}

Serial.h:

cpp 复制代码 
#ifndef _SERIAL_H
#define _SERIAL_H



void Serial_Init(void);


void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendString(char *Array);

void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint8_t length);



void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t length);
void Serial_Printf(char *format,...);


#endif

main.c:

cpp 复制代码 
#include  "stm32f10x.h"                  // Device header
#include  "OLED.h"
#include  "delay.h"
#include  "Serial.h"
#include  "stdio.h"

int main(void)
{
	
//   uint8_t MyArray[]={0x41,0x43,0x44,0x45};
	//uint8_t MyArray[]="ABCDE11111111111";
   OLED_Init();
	Serial_Init();
	Serial_SendByte(0x41);
	//Serial_SendString(MyArray);
	//Serial_SendArray(MyArray,4);
	//Serial_SendNumber(12345,5);
	//printf("Num=%d\r\n",666);	
	//Serial_Printf("Num=%d\r\n",666);
	Serial_Printf("你好，世界");
	
	while(1) 
	{
     
	}
	
}

四、串口接收

Serial.c:

cpp 复制代码 
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "stdio.h"
#include "stdarg.h"

uint16_t Rxdata;
char String[16]={0};
uint16_t Flag;
uint16_t Flag_String;
void Serial_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  //如果有错误，就把这个函数放在最前面
	USART_InitTypeDef  USART_InitStruct;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure ;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	//Polarity  极性
	
	USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No ;               //奇偶
	USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
	USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx;   //作为发送器，同时收发或上
	USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1 ;
	USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b ;
	
	USART_Init(USART1,&USART_InitStruct);
	
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	
   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn ;
   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	

	USART_Cmd(USART1,ENABLE);

}

void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
	 
	 //每次写入数据时，硬件会自动将TXE标志位清零
    USART_SendData(USART1, Byte);	
	 while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);
	
	
}

void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint8_t length)
{
	
	uint16_t i;
	for(i=0;i<length;i++)
	{
		
		Serial_SendByte(Array[i]);
	}
}

void Serial_SendString(char *Array)
{
	
		while(*Array!='\0')
		{
		  Serial_SendByte(*Array);
	     Array++;
		}
}

uint32_t Serial_Pow(uint16_t x,uint16_t y)
{
     uint32_t Result=1;
     	while(y--)
		{
			Result*=x;
		}
	  return  Result;
}

void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t length)
{
	
	uint16_t i;
	for(i=0;i<length;i++)
	{
		
		Serial_SendByte(Number/Serial_Pow(10,length-1-i)%10+0x30);
		
	}
	
}

//重定向到串口
int fputc(int ch,FILE *f)
{
	Serial_SendByte(ch);
 	return ch;
}


void Serial_Printf(char *format,...)
{
	
	char String[100];
	va_list arg;
	va_start(arg,format);
	vsprintf(String,format,arg);
	va_end(arg);
	Serial_SendString(String);
	
}





uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{
	
    if(Flag==1)
	 {
		 Flag=0;
		 return 1;
	 }		 
	 return 0;
	
}

uint8_t Serial_GetRxData(void)
{
	
   	return Rxdata;
	
}


void  USART1_IRQHandler(void)
{
	
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET)
	{
		
		 Rxdata=USART_ReceiveData(USART1);
		 Flag=1;
		 Flag_String++;
		 
		 USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
	}
	
}

Serial.h:

cpp 复制代码 
#ifndef _SERIAL_H
#define _SERIAL_H



void Serial_Init(void);


void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendString(char *Array);

void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint8_t length);



void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint8_t length);
void Serial_Printf(char *format,...);
uint8_t Serial_GetRxData(void);
uint8_t Serial_GetRxFlag(void);



#endif

main.c:

cpp 复制代码 
#include  "stm32f10x.h"                  // Device header
#include  "OLED.h"
#include  "delay.h"
#include  "Serial.h"
#include  "stdio.h"

extern char String[16];
uint16_t Serial_Rxdata;
int main(void)
{
	
   
   OLED_Init();
	Serial_Init();
   
	OLED_ShowString(1,1,"RXData:");
	
	while(1) 
	{
         if(Serial_GetRxFlag()==1)
			{
//				Serial_Rxdata=Serial_GetRxData();
//				Serial_SendByte(Serial_Rxdata);
//				OLED_ShowHexNum(1,8,Serial_Rxdata,2);
				
				OLED_ShowString(1,8,String);
			}
	}
	
}

五、串口收发-数据包

1、数据模式

显示汉字时/字符时，需要两端的编码相同，否则会产生错误。

2、HEX数据包

数据的包头包尾可以自己随便设置，但最好不要设置与传输的数据一样，否则会出现判错。

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