04-标准库开发STM32-UART串口通信

坏柠2024-12-09 11:04

六、 USART 同步/异步串口

6.1 基本介绍

USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）是STM32内部集成的硬件外设，用于实现通用同步/异步串行通信。USART不仅可以作为全双工通信接口，还支持多种通信模式，包括同步和异步通信。这使得STM32能够与其他设备（如单片机、电脑、模块等）进行高效的数据传输。

USART与UART的区别

  • USART：支持同步和异步通信，功能更为强大。
  • UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）：仅支持异步通信，是USART的一个子集。

在异步通信模式下，USART和UART的功能基本相同，因此当进行异步通信时，两者可以互换使用。

6.2 USART的通信方式

USART采用异步串行全双工通信方式，即通信双方能够同时进行数据的发送和接收。在通信过程中，USART通过TX（发送）和RX（接收）两个引脚实现数据的传输。

数据帧格式

USART的数据帧格式包括起始位、数据位、校验位（可选）和停止位。常见的数据帧格式如下：

  • 起始位：1位，固定为低电平，用于标志数据帧的开始。
  • 数据位：通常为8位或9位，表示实际传输的数据。
  • 校验位：可选，用于数据验证，可以是奇校验、偶校验或无校验。
  • 停止位：0.5位、1位、1.5位或2位，用于标志数据帧的结束。

6.3 USART的配置

串口控制器框图

STM32的USART控制器包括发送部分、接收部分、波特率生成部分和通信协议控制部分。发送部分负责将内核写入的数据通过TX引脚发送出去；接收部分负责从RX引脚接收数据并存储到内核中。波特率生成部分用于生成通信所需 的时钟信号，确保双方通信速率一致。

寄存器描述

  • 状态寄存器（USART_SR）：指示USART控制器的运行状态，如发送完成（TC）和接收数据寄存器非空（RXNE）等。
  • 数据寄存器（USART_DR）：包括发送数据寄存器（只读）和接收数据寄存器（只写），用于数据的读写操作。
  • 波特率寄存器（USART_BRR）：用于设置USART的波特率，通过计算并写入相应的值来控制通信速率。
  • 控制寄存器1（USART_CR1）：用于配置USART的基本功能，如字长、发送使能、接收使能等。
  • 控制寄存器2（USART_CR2）：用于配置USART的高级功能，如停止位长度等。

程序设计思路

  1. 初始化GPIO：将TX和RX引脚配置为复用推挽输出和浮空输入（或上拉输入）。
  2. 初始化USART：配置USART的波特率、字长、停止位、校验位等参数。
  3. 编写发送和接收函数：实现数据的发送和接收功能。

6.4 示例代码

非中断初始化函数

c 复制代码 
#include "myserial.h"
// usart1 PA9\TX  PA10\RX
void MySerial_Init(void)
{
	// 使能RCC
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	// 配置GPIO，输出为复用输出，输入为浮空输入或者为上拉输入
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 浮空输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	//初始化USART
	USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
	USART_InitStruct.USART_BaudRate = 9600;
	USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;
	USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;// 不开启奇偶校验位
	USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 一位停止位
	USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_Init(USART1,&USART_InitStruct);
	
	// 使能串口
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}
串口发送函数
c 复制代码 
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
	USART_SendData(USART1,Byte);
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

// 发送数组
void Serial_SendArray(uint8_t *Array,uint16_t Length)
{
	uint16_t i;
	for(i = 0; i < Length;i++)
	{
		Serial_SendByte(Array[i]);		
	}
}

// 发送字符串
void Serial_SendString(char *String)
{
	uint16_t i;
	for(i = 0;String[i] != 0;i++)
	{
		Serial_SendByte(String[i]);
	}
}


// 发送数字字符串
uint32_t Serial_Pow(uint32_t x,uint32_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 - i - 1) % 10 + '0');
	}
}

// 改写fputc函数
int fputc(int ch,FILE *f)
{
	Serial_SendByte(ch);
	return ch;
}

// 可变参数的利用

void Serial_Printf(char *format,...)
{
	char String[100];
	va_list arg; // 参数列表变量
	va_start(arg,format); // 从format之后开始接收参数列表，存放在arg
	vsprintf(String,format,arg);
	va_end(arg);
	Serial_SendString(String);
}

中断初始化函数

c 复制代码 
void MySerial_Init(void)
{
	// 使能RCC
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	// 配置GPIO，输出为复用输出，输入为浮空输入或者为上拉输入
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 浮空输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	//初始化USART
	USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
	USART_InitStruct.USART_BaudRate = 9600;
	USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;
	USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;// 不开启奇偶校验位
	USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 一位停止位
	USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_Init(USART1,&USART_InitStruct);
	
	// 开启中断
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	// 配置NVIC
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
	
	// 使能串口
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}
中断接收函数
c 复制代码 
uint8_t Serial_RxData;
uint8_t Serial_RxFlag = 0;

uint8_t Serial_GetRxData(void)
{
	return Serial_RxData;
}

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

void USART1_IRQHandler(void)
{
	if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == SET)
	{
		Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);
		Serial_RxFlag = 1;
		USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
	}
}
接收数据包

模拟状态机的原理，实现接收固定长度的数字包的接收功能

c 复制代码 
void USART1_IRQHandler(void)
{
	static uint8_t RxStatus = 0;
	static uint8_t PRxdata = 0;
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == SET)
	{
		Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);
		switch(RxStatus)
		{
			case 0:
				if(Serial_RxData == 0xFF)
				{
					PRxdata = 0;
					RxStatus++;
				}
				break;
			case 1:
				Serial_RxPacket[PRxdata] = Serial_RxData;
				PRxdata++;
				if(PRxdata >= 4)
					RxStatus++;
				break;
			case 2:
				if(Serial_RxData == 0xFE)
				{
					RxPacketFlag = 1;
					RxStatus = 0;
				}
				break;
		}
		
		USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
	}
}
文本数据包的接收

该数据包需要以@符号开头，结尾检测\r\n

c 复制代码 
void USART1_IRQHandler(void)
{
	static uint8_t RxStatus = 0;
	static uint8_t PRxdata = 0;
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == SET)
	{
		Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);
		switch(RxStatus)
		{
			case 0:
				if(Serial_RxData == '@' && RxPacketFlag == 0)
				{
					RxStatus++;
					PRxdata = 0;
					memset(Serial_RxPacket,'\0',sizeof(Serial_RxPacket)/sizeof(Serial_RxPacket[0]));
				}
				break;
			case 1:
					Serial_RxPacket[PRxdata] = Serial_RxData;
					PRxdata++;
					if(Serial_RxData == '\r')
						RxStatus++;
				break;
			case 2:
				if(Serial_RxData == '\n')
				{
					RxPacketFlag = 1;
					Serial_RxPacket[PRxdata] = '\0';
					RxStatus = 0;
				}
				break;
		}
		USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
	}
}
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