stm32中分析UART中IDLE,RXNE,TC,TXE这些标志位的作用

weixin_580382062025-03-14 6:05

下面将基于 STM32 标准库，结合之前提到的不同应用场景，给出使用 TXE、TC、IDLE 和 RXNE 标志位的代码示例及分析。

1. 连续数据发送（使用 TXE）

应用场景

向外部设备连续发送大量数据，如向显示屏发送显示数据、向传感器发送配置指令序列等。

代码示例
#include "stm32f10x.h"

void USART1_Configuration(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    // 使能 USART1 和 GPIOA 时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置 PA9 为复用推挽输出（TX）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置 USART1
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    // 使能 USART1
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

void USART1_SendString(const char* str) {
    while (*str) {
        // 等待发送数据寄存器为空
        while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
        // 写入新的数据
        USART_SendData(USART1, (uint8_t)*str++);
    }
}

int main(void) {
    USART1_Configuration();
    const char* message = "Hello, World!";
    USART1_SendString(message);

    while (1) {
        // 主循环
    }
}
代码分析
  • USART1_Configuration 函数：
    • 使能 USART1 和 GPIOA 的时钟。
    • 配置 PA9 为复用推挽输出，用于 USART1 的发送功能。
    • 初始化 USART1，设置波特率为 115200，数据位为 8 位，停止位为 1 位，无校验位，无硬件流控制，仅使能发送模式。
    • 使能 USART1。
  • USART1_SendString 函数：
    • 使用 USART_GetFlagStatus 函数检查 TXE 标志位，当该标志位为 SET 时，表示发送数据寄存器为空。
    • 使用 USART_SendData 函数将字符串中的字符依次发送出去。
  • main 函数：
    • 调用 USART1_Configuration 函数初始化 USART1。
    • 调用 USART1_SendString 函数发送字符串 "Hello, World!"。

2. 数据发送完成确认（使用 TC）

应用场景

在对数据完整性要求较高的场景中，确保整个数据帧完整无误地发送到目标设备。

代码示例
#include "stm32f10x.h"

void USART1_Configuration(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    // 使能 USART1 和 GPIOA 时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置 PA9 为复用推挽输出（TX）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置 USART1
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    // 使能 USART1
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

void USART1_SendDataAndWaitComplete(uint8_t data) {
    // 等待发送数据寄存器为空
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
    // 写入数据
    USART_SendData(USART1, data);
    // 等待发送完成
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);
}

int main(void) {
    USART1_Configuration();
    uint8_t command = 0xAA;
    USART1_SendDataAndWaitComplete(command);

    while (1) {
        // 主循环
    }
}
代码分析
  • USART1_Configuration 函数：与连续数据发送场景中的配置函数相同。
  • USART1_SendDataAndWaitComplete 函数：
    • 先使用 USART_GetFlagStatus 函数检查 TXE 标志位，当该标志位为 SET 时，将数据写入 DR 寄存器。
    • 然后使用 USART_GetFlagStatus 函数检查 TC 标志位，当该标志位为 SET 时，表示整个数据帧发送完成。
  • main 函数：
    • 调用 USART1_Configuration 函数初始化 USART1。
    • 调用 USART1_SendDataAndWaitComplete 函数发送一个字节的命令 0xAA。

3. 数据帧边界识别（使用 IDLE）

应用场景

接收不定长的数据帧，如从传感器接收实时数据、从其他设备接收通信协议数据等。

代码示例
#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>

#define BUFFER_SIZE 256
uint8_t rx_buffer[BUFFER_SIZE];
uint8_t rx_index = 0;

void USART1_Configuration(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 使能 USART1 和 GPIOA 时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置 PA10 为浮空输入（RX）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置 USART1
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    // 使能 USART1 的 IDLE 中断
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, ENABLE);

    // 配置 NVIC
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    // 使能 USART1
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

void USART1_IRQHandler(void) {
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_IDLE) != RESET) {
        // 清除 IDLE 标志位
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_IDLE);
        uint8_t temp = USART_ReceiveData(USART1); // 读取数据以清除 IDLE 标志

        // 处理一帧数据接收完成事件
        // 这里简单打印接收到的数据长度
        printf("Received %d bytes of data.\n", rx_index);

        // 清空缓冲区和索引
        rx_index = 0;
    } else if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
        // 读取接收缓冲区的数据
        rx_buffer[rx_index++] = USART_ReceiveData(USART1);
        // 清除 RXNE 标志位
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
    }
}

int main(void) {
    USART1_Configuration();

    while (1) {
        // 主循环
    }
}
代码分析
  • USART1_Configuration 函数：
    • 使能 USART1 和 GPIOA 的时钟。
    • 配置 PA10 为浮空输入，用于 USART1 的接收功能。
    • 初始化 USART1，设置波特率为 115200，数据位为 8 位，停止位为 1 位，无校验位，无硬件流控制，仅使能接收模式。
    • 使能 USART1 的 IDLE 中断，并配置 NVIC。
    • 使能 USART1。
  • USART1_IRQHandler 函数：
    • 当 IDLE 中断发生时，使用 USART_ClearITPendingBit 函数清除 IDLE 标志位，读取数据以彻底清除该标志。处理接收到的数据（这里简单打印数据长度），并清空缓冲区和索引。
    • 当 RXNE 中断发生时，将接收到的数据存入缓冲区，并清除 RXNE 标志位。
  • main 函数：
    • 调用 USART1_Configuration 函数初始化 USART1。
    • 进入主循环等待中断。

4. 实时数据接收（使用 RXNE）

应用场景

实时处理接收到的数据，如实时监测传感器数据、接收外部设备的控制指令等。

代码示例
#include "stm32f10x.h"

void USART1_Configuration(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 使能 USART1 和 GPIOA 时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置 PA10 为浮空输入（RX）
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置 USART1
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    // 使能 USART1 的 RXNE 中断
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

    // 配置 NVIC
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    // 使能 USART1
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

void USART1_IRQHandler(void) {
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
        uint8_t data = USART_ReceiveData(USART1); // 读取接收缓冲区的数据
        // 简单处理接收到的数据，这里假设点亮一个 LED
        if (data == '1') {
            GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);  // 点亮 PA0
        } else if (data == '0') {
            GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);  // 熄灭 PA0
        }
        // 清除 RXNE 标志位
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
    }
}

int main(void) {
    // 使能 GPIOA 时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    // 配置 PA0 为推挽输出
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    USART1_Configuration();

    while (1) {
        // 主循环
    }
}
代码分析
  • USART1_Configuration 函数：
    • 使能 USART1 和 GPIOA 的时钟。
    • 配置 PA10 为浮空输入，用于 USART1 的接收功能。
    • 初始化 USART1，设置波特率为 115200，数据位为 8 位，停止位为 1 位，无校验位，无硬件流控制，仅使能接收模式。
    • 使能 USART1 的 RXNE 中断，并配置 NVIC。
    • 使能 USART1。
  • USART1_IRQHandler 函数：
    • 当 RXNE 中断发生时，使用 USART_ReceiveData 函数读取接收缓冲区的数据。
    • 根据接收到的数据内容，控制 PA0 引脚的电平，实现点亮或熄灭 LED 的功能。
    • 使用 USART_ClearITPendingBit 函数清除 RXNE 标志位。
  • main 函数：
    • 使能 GPIOA 时钟，配置 PA0 为推挽输出。
    • 调用 USART1_Configuration 函数初始化 USART1。
    • 进入主循环等待中断。
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