按我目前接触下来的感受，通信一般都是比较常用的，在设计一个项目的时候一般用到的开发板都不止一个，但是最后要将功能联合起来，那么就需要通过通信了， 而其中比较方便的就是串口通信，简单好用。
文章目录
- 什么是通信？
- 串口通信
-
- 串口通信概述
- 串口通信核心工作原理
-
- [1. 物理层基础](#1. 物理层基础)
-
- [TX 和 RX需要反接](#TX 和 RX需要反接)
- [2. 串口参数及时序](#2. 串口参数及时序)
- [STM32的 USART 外设](#STM32的 USART 外设)
- 尾声
- 感谢大伙观看，别忘了三连支持一下
- 大家也可以关注一下我的其它专栏，同样精彩喔~
- 下期见咯~
什么是通信？
在硬件领域中，通信就是将一个设备的数据传送到另一个设备，扩展硬件系统。
根据不同的通信规则衍生出了很多种通信协议，根据这些通信协议，通信双方按照协议规则进行数据收发。
通信接口
在stm32f103c8t6这个最小系统板中，实现了很多种通信协议，如下表所示：
| 名称 | 引脚 | 双工 | 时钟 | 电平 | 设备 |
|---|---|---|---|---|---|
| USART | TX、RX | 全双工 | 异步 | 单端 | 点对点 |
| I2C | SCL、SDA | 半双工 | 同步 | 单端 | 多设备 |
| SPI | SCLK、MOSI、MISO、CS | 全双工 | 同步 | 单端 | 多设备 |
| CAN | CAN_H、CAN_L | 半双工 | 异步 | 差分 | 多设备 |
| USB | DP、DM | 半双工 | 异步 | 差分 | 点对点 |
双工
全双工 ，就是指通信双方能够同时 进行双向通信 。一般全双工的都会有两根通信线，发送和接收互不影响。
半双工，这种方式一般只有一根数据线。
单工， 例如说把 USART 的RX去掉，那它就不能实现数据的接收，那它就是一个单工的。
时钟
同步 ， 同步时钟能够通过时钟线来进行采样。
异步， 通过特定的采样频率来进行采样，并且需要设置帧头帧尾来进行数据的对齐。
电平
单端，引脚的高低电平是相对于GND而言的，所以通信双方需要进行共地才能进行通信。
双端 ， 是靠两个差分引脚的电压差来进行信号传输的。一般双端通信具有比较好的抗干扰特性 和传输速度
设备
点对点，就是两个设备一对一通信。
多设备， 一个设备同时对多个设备进行传输，需要一个寻址的过程，来确定接收对象。
串口通信
串口通信概述
串口通信（Serial Communication）是嵌入式系统中最常用的通信方式之一，其核心思想是通过逐位传输实现设备间的数据交互。在STM32微控制器中，UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）模块承担了异步串行通信的核心功能，具有全双工、异步、高可靠性等特点，广泛应用于传感器通信、模块调试、设备控制等场景。
串口通信核心工作原理
1. 物理层基础
电平标准：常见的有TTL电平（3.3V / 5V）和RS-232电平（±12V）
连接方式：采用三线制（TX发送、RX接收、GND地线 ）实现全双工通信
TX 和 RX需要反接
2. 串口参数及时序
波特率： 串口通信的速率
起始位： 标志一个数据帧的开始，固定为低电平
数据位： 数据帧的有效载荷，1为高电平，0为低电平，低位先行
校验位： 用于数据验证，根据数据位计算得来
停止位： 用于数据帧间隔，固定为高电平
再额外说一下校验位，它与数据有关.
例如说选择奇校验 ，数据位加上校验位的 1 数量为奇数。
数据位：10001110 ------ 1有4个，是偶数 ------那么校验位为 1
数据位：10001100 ------ 1有3个，是奇数 ------那么校验位为 0
偶校验则反之。
STM32的 USART 外设
前面所说的都是 USART协议 ，然后下面来详细说一下在stm32中的 USART外设 ，来看看在stm32中怎么去实现和使用USART来进行通讯。
简介
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
硬件连接
这里就以 STM32 与 PC通信为例。
需要使用的硬件设备有： stm32f103c8t6最小系统板，一台电脑， st-link， USB转串口，几根杜邦线。
| stm32 | usb转串口 |
|---|---|
| PA9（TX） | RX |
| PA10（RX） | TX |
也就是stm32的 USART1 的两个引脚连到 usb转串口上，记得要反接。
串口发送
- 使能外设时钟：开启 USART 和对应 GPIO 的时钟
c
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);- 配置 GPIO 引脚：将 TX 引脚设置为复用推挽输出
c
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); - 初始化 USART 参数：设置波特率、数据位、停止位等
c
/*USART初始化*/
USART_InitTypeDef USART_InitStructure; //定义结构体变量
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //硬件流控制，不需要
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx; //模式，选择为发送模式
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //奇偶校验，不需要
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //停止位，选择1位
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //字长，选择8位
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //将结构体变量交给USART_Init，配置USART1- 实现发送功能：通过查询或中断方式发送数据
c
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
USART_SendData(USART1, Byte); //将字节数据写入数据寄存器，写入后USART自动生成时序波形
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); //等待发送完成
/*下次写入数据寄存器会自动清除发送完成标志位，故此循环后，无需清除标志位*/
}因为stm库函数实现了UART发送一个字符，我们直接调用就能直接实现需求，只需要等到标志位变回SET，即可。
然后我们要发送数组只需要套一层循环即可。
c
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{
uint16_t i;
for (i = 0; i < Length; i ++) //遍历数组
{
Serial_SendByte(Array[i]); //依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据
}
}发送字符数组：
c
void Serial_SendString(char *String)
{
uint8_t i;
for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++)//遍历字符数组（字符串），遇到字符串结束标志位后停止
{
Serial_SendByte(String[i]); //依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据
}
}完整的串口发送代码
serial.c
c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
/**
* 函 数：串口初始化
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void Serial_Init(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); //开启USART1的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIOA的时钟
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将PA9引脚初始化为复用推挽输出
/*USART初始化*/
USART_InitTypeDef USART_InitStructure; //定义结构体变量
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //硬件流控制，不需要
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx; //模式，选择为发送模式
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //奇偶校验，不需要
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //停止位，选择1位
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //字长，选择8位
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //将结构体变量交给USART_Init，配置USART1
/*USART使能*/
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能USART1，串口开始运行
}
/**
* 函 数：串口发送一个字节
* 参 数：Byte 要发送的一个字节
* 返 回 值：无
*/
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
USART_SendData(USART1, Byte); //将字节数据写入数据寄存器，写入后USART自动生成时序波形
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); //等待发送完成
/*下次写入数据寄存器会自动清除发送完成标志位，故此循环后，无需清除标志位*/
}
/**
* 函 数：串口发送一个数组
* 参 数：Array 要发送数组的首地址
* 参 数：Length 要发送数组的长度
* 返 回 值：无
*/
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{
uint16_t i;
for (i = 0; i < Length; i ++) //遍历数组
{
Serial_SendByte(Array[i]); //依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据
}
}
/**
* 函 数：串口发送一个字符串
* 参 数：String 要发送字符串的首地址
* 返 回 值：无
*/
void Serial_SendString(char *String)
{
uint8_t i;
for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++)//遍历字符数组（字符串），遇到字符串结束标志位后停止
{
Serial_SendByte(String[i]); //依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据
}
}
/**
* 函 数：次方函数（内部使用）
* 返 回 值：返回值等于X的Y次方
*/
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y)
{
uint32_t Result = 1; //设置结果初值为1
while (Y --) //执行Y次
{
Result *= X; //将X累乘到结果
}
return Result;
}
/**
* 函 数：串口发送数字
* 参 数：Number 要发送的数字，范围：0~4294967295
* 参 数：Length 要发送数字的长度，范围：0~10
* 返 回 值：无
*/
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{
uint8_t i;
for (i = 0; i < Length; i ++) //根据数字长度遍历数字的每一位
{
Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0'); //依次调用Serial_SendByte发送每位数字
}
}
/**
* 函 数：使用printf需要重定向的底层函数
* 参 数：保持原始格式即可，无需变动
* 返 回 值：保持原始格式即可，无需变动
*/
int fputc(int ch, FILE *f)
{
Serial_SendByte(ch); //将printf的底层重定向到自己的发送字节函数
return ch;
}
/**
* 函 数：自己封装的prinf函数
* 参 数：format 格式化字符串
* 参 数：... 可变的参数列表
* 返 回 值：无
*/
void Serial_Printf(char *format, ...)
{
char String[100]; //定义字符数组
va_list arg; //定义可变参数列表数据类型的变量arg
va_start(arg, format); //从format开始，接收参数列表到arg变量
vsprintf(String, format, arg); //使用vsprintf打印格式化字符串和参数列表到字符数组中
va_end(arg); //结束变量arg
Serial_SendString(String); //串口发送字符数组（字符串）
}serial.h
c
#ifndef __SERIAL_H
#define __SERIAL_H
#include <stdio.h>
void Serial_Init(void);
void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);
void Serial_SendString(char *String);
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);
void Serial_Printf(char *format, ...);
#endif串口接收
当外部设备通过串口发送 1 个字节到 STM32 时，数据会被存入 USART 的接收数据寄存器（RDR），此时 RXNE 标志自动置 1。
若提前配置了 "允许 RXNE 中断"，则 RXNE=1 时会触发中断请求，CPU 会跳转到对应的中断服务函数执行。
在中断服务函数中，需读取 RDR 中的数据（读取后 RXNE 标志会自动清零，或手动清零），否则会持续触发中断。
中断服务配置
c
void Serial_Init(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); //开启USART1的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIOA的时钟
/*GPIO初始化*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将PA9引脚初始化为复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //将PA10引脚初始化为上拉输入
/*USART初始化*/
USART_InitTypeDef USART_InitStructure; //定义结构体变量
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //硬件流控制，不需要
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; //模式，发送模式和接收模式均选择
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //奇偶校验，不需要
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //停止位，选择1位
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //字长，选择8位
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //将结构体变量交给USART_Init，配置USART1
/*中断输出配置*/
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); //开启串口接收数据的中断
/*NVIC中断分组*/
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //配置NVIC为分组2
/*NVIC配置*/
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //定义结构体变量
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; //选择配置NVIC的USART1线
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //指定NVIC线路使能
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //指定NVIC线路的抢占优先级为1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //指定NVIC线路的响应优先级为1
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设
/*USART使能*/
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能USART1，串口开始运行
}在原本发送的初始化中添加NVIC配置，也就是配置中断。
下面以 USART1 为例，注意选择需要使用的中断服务函数命名
c
void USART1_IRQHandler(void)
{
if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) //判断是否是USART1的接收事件触发的中断
{
Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1); //读取数据寄存器，存放在接收的数据变量
Serial_RxFlag = 1; //置接收标志位变量为1
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); //清除USART1的RXNE标志位
//读取数据寄存器会自动清除此标志位
//如果已经读取了数据寄存器，也可以不执行此代码
}
}这时候我们的接收内容就存储到了Serial_RxData 里了。
获取接收内容
下面我们只需要在主函数中读取Serial_RxData 的内容。
在Serial.c里写两个函数，分别返回Serial_RxData 和Serial_RxFlag 的值 。
c
uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{
if (Serial_RxFlag == 1) //如果标志位为1
{
Serial_RxFlag = 0;
return 1; //则返回1，并自动清零标志位
}
return 0; //如果标志位为0，则返回0
}
c
uint8_t Serial_GetRxData(void)
{
return Serial_RxData; //返回接收的数据变量
}然后再main.c里面判断 Serial_RxFlag ，为 1 既是读取到了新的内容，再将 Serial_RxData 的值传输出来即可。
c
while (1)
{
if (Serial_GetRxFlag() == 1) //检查串口接收数据的标志位
{
RxData = Serial_GetRxData(); //获取串口接收的数据
Serial_SendByte(RxData); //串口将收到的数据回传回去，用于测试
OLED_ShowHexNum(1, 8, RxData, 2); //显示串口接收的数据
}
}进阶 ------ 传输字符串
传输字符串和单个字符的差别就在于数量，我们只需要 判定字符串头尾，然后将字符串内容都保存下来，然后传递给主函数即可。
首先，修改中断服务函数。
c
void USART1_IRQHandler(void)
{
static uint8_t RxState = 0; //定义表示当前状态机状态的静态变量
static uint8_t pRxPacket = 0; //定义表示当前接收数据位置的静态变量
if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) //判断是否是USART1的接收事件触发的中断
{
uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1); //读取数据寄存器，存放在接收的数据变量
/*使用状态机的思路，依次处理数据包的不同部分*/
/*当前状态为0，接收数据包包头*/
if (RxState == 0)
{
if (RxData == '@' && Serial_RxFlag == 0) //如果数据确实是包头，并且上一个数据包已处理完毕
{
RxState = 1; //置下一个状态
pRxPacket = 0; //数据包的位置归零
}
}
/*当前状态为1，接收数据包数据，同时判断是否接收到了第一个包尾*/
else if (RxState == 1)
{
if (RxData == '\r') //如果收到第一个包尾
{
RxState = 2; //置下一个状态
}
else //接收到了正常的数据
{
Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData; //将数据存入数据包数组的指定位置
pRxPacket ++; //数据包的位置自增
}
}
/*当前状态为2，接收数据包第二个包尾*/
else if (RxState == 2)
{
if (RxData == '\n') //如果收到第二个包尾
{
RxState = 0; //状态归0
Serial_RxPacket[pRxPacket] = '\0'; //将收到的字符数据包添加一个字符串结束标志
Serial_RxFlag = 1; //接收数据包标志位置1，成功接收一个数据包
}
}
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); //清除标志位
}
}然后在 Serail.h 中加入 ------
c
extern char Serial_RxPacket[];
extern uint8_t Serial_RxFlag;就是共同使用同一个变量。
同样，也要在Serial.c 中加入变量声明 ------
c
char Serial_RxPacket[100]; //定义接收数据包数组，数据包格式"@MSG\r\n"
uint8_t Serial_RxFlag; //定义接收数据包标志位尾声
OK，串口的大致内容就是这些，如果有问题，可以私信 或者 评论，我会尽我所能帮助大家，需要源代码也是同样可以 私信 或者 评论。
感谢大伙观看，别忘了三连支持一下
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