• STM32_USART

    1、USART简介

            USART，即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等。

            在STM32F103C8T6上的USART资源： USART1、 USART2、 USART3

    2、串口通信

            串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信。单片机的串口可以使单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与各式各样的模块互相通信，极大地扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力。

            简单的双向串口通信有两根通信线（发送端TX和接收端RX），TX与RX要交叉连接，当只需单向的数据传输时，可以只接一根通信线；当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片。

    2.1 电平标准

            电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种：

            TTL电平：+3.3V或+5V表示1，0V表示0

            RS232电平：-3~-15V表示1，+3~+15V表示0

            RS485电平：两线压差+2~+6V表示1，-2~-6V表示0（差分信号）

    2.2 串口参数

            波特率：串口通信的速率，单位是码元/s，或者直接叫波特（Baud），在二进制调制的情况下，一个码元就是一个bit，此时可以等于比特率，即每秒发送的比特数，bit/s（bps）

            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

            串口的时序图在空闲时一直为高电平，当起始位给了个低电平信号，告诉对方我要开始传输数据了，根据约定好的规定，传输8位数据，之后拉高电平，标志数据传输完成停止了。如果是多字节数据传输，则重复上述过程。而波特率是设置数据发送的速度，对方在设置时也设置相同的波特率，那么就会尽量保证大家发送和接收是同一个频率，不会出错。

            无校验位结构图：

             有校验位结构图：

    2.3 并行与串行

            并行通信：总线在传递数据时，可以一次性将数据的多个位同时发送

            串行通信：一次只能传递一位数据

     

    3、USART框图

            该图来源于STM32F103xxx：

            该图中的发送寄存器TDR（Transmit DR）和接收数据寄存器RDR（Receive DR）在实际中用的是同一个地址，在程序上只表示位一个寄存器，就是数据寄存器DR（Data Register），但是在实际硬件中，是分成了两个寄存器，TDR是只写的，RDR是只读的。

            发送移位寄存器就是将每一个字节的数据一位一位的移出去，接受寄存器类似。

            USART简要结构：

    4、发送器/接收器配置

    4.1 数据帧格式

    4.1.1 不同数据位

    4.1.2 不同停止位

    4.2 配置过程

    4.2.1 发送器配置过程

            （1）通过在USART_CR1寄存器上置位UE位来激活USART

            （2）编程USART_CR1的M位来定义字长。

            （3）在USART_CR2中编程停止位的位数。

            （4）如果采用多缓冲器通信，配置USART_CR3中的DMA使能位(DMAT)。按多缓冲器通信中的描述配置DMA寄存器。

            （5）利用USART_BRR寄存器选择要求的波特率。

            （6）设置USART_CR1中的TE位，发送一个空闲帧作为第一次数据发送。

            （7）把要发送的数据写进USART_DR寄存器(此动作清除TXE位)。在只有一个缓冲器的情况下，对每个待发送的数据重复步骤7。

            （8）在USART_DR寄存器中写入最后一个数据字后，要等待TC=1，它表示最后一个数据帧的传输结束。当需要关闭USART或需要进入停机模式之前，需要确认传输结束，避免破坏最后一次传输。

            清零TXE位总是通过对数据寄存器的写操作来完成的。TXE位由硬件来设置，它表明：数据已经从TDR移送到移位寄存器，数据发送已经开始；TDR寄存器被清空；下一个数据可以被写进USART_DR寄存器而不会覆盖先前的数据。

            如果TXEIE位被设置，此标志将产生一个中断。

    4.2.2 接收器配置过程

            （1）将USART_CR1寄存器的UE置1来激活USART。

            （2）编程USART_CR1的M位定义字长

            （3）在USART_CR2中编写停止位的个数

            （4）如果需多缓冲器通信，选择USART_CR3中的DMA使能位(DMAR)。按多缓冲器通信中要求的配置DMA寄存器。

            （5）利用波特率寄存器USART_BRR选择希望的波特率。

            （6）设置USART_CR1的RE位。激活接收器，使它开始寻找起始位。

            当一字符被接收到时：

                    RXNE位被置位。它表明移位寄存器的内容被转移到RDR。换句话说，数据已经被接收并且可以被读出(包括与之有关的错误标志)。

                    如果RXNEIE位被设置，产生中断。

                    在接收期间如果检测到帧错误，噪音或溢出错误，错误标志将被置起。

                    在多缓冲器通信时，RXNE在每个字节接收后被置起，并由DMA对数据寄存器的读操作而清零。

                    在单缓冲器模式里，由软件读USART_DR寄存器完成对RXNE位清除。RXNE标志也可以通过对它写‘0’来清除。RXNE位必须在下一字符接收结束前被清零，以避免溢出错误。

    5、输出重定向

            因为c库中的printf默认是输出到屏幕的，单片机没有屏幕，在这里是将数据输出到串口，因此需要对printf进行重定向。在printf中，putc函数是其底层，printf函数执行过程中就是不断调用putc函数，所以对putc函数进行重写。

    1. int fputc(int ch, FILE *f)
    2. {
    3. 	Serial_SendByte(ch);
    4. 	return ch;
    5. }

            在编译的时候，还要勾选魔术棒- Target中的USE MicroLIB。

    6、示例代码

    1. //serial.c
    2. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
    3. //使用printf函数，要在keil中勾选USE MicroLIB选项，MicroLIB是Keil为嵌入式平台优化的一个精简库
    4. #include 
    5. #include 
    6.  
    7. uint8_t Serial_RxData;
    8. uint8_t Serial_RxFlag;
    9.  
    10. void Serial_Init(void)
    11. {
    12. 	//第一步，开启时钟，打开需要用的USART和GPIO的时钟
    13. 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
    14. 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    15. 	
    16. 	//第二步，GPIO初始化，把TX配制成复用输出，RX配置成输入
    17. 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    18. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出
    19. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    20. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    21. 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    22. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;	//上拉输入
    23. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    24. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    25. 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    26. 	
    27. 	//第三步，配置USART，直接使用一个结构体
    28. 	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    29. 	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;	//波特率，系统内部会自动算好该波特率对应的分频系数
    30. 	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;	//硬件流控制，这里不使用流控
    31. 	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;	//串口模式,这里同时开启发送和接收的部分
    32. 	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;	//校验位
    33. 	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;	//停止位，这里选择1位停止位
    34. 	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;	//字长，这里不需要校验位，所以选择8位
    35. 	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    36. 	
    37. 	//使用中断，如果不使用接收可以不配置这一步
    38. 	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);	//开启RXNE位到NVIC的输出
    39. 	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    40. 	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    41. 	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    42. 	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    43. 	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    44. 	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    45. 	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    46. 	
    47. 	
    48. 	//第四步，如果只需要发送的功能，那么直接开启USART，初始化就结束了
    49. 	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
    50. 	
    51. 	//这里标志位置1后，不需要手动清0，系统会自动完成
    52. }
    53.  
    54. //串口发送函数
    55. void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
    56. {
    57. 	USART_SendData(USART1, Byte);	//调用该函数将变量写入到TDR中，
    58. 	//然后等待TDR的数据转移到移位寄存器了，才能放心，如果没有转移时，就再次写入数据，救护产生数据覆盖
    59. 	while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);	//这里标志位置1后，不需要手动清0，系统会自动完成
    60. }
    61.  
    62. //uint8_t的指针类型，指向待发送数组的首地址
    63. void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
    64. {
    65. 	uint16_t i;
    66. 	for (i = 0; i < Length; i ++)
    67. 	{
    68. 		Serial_SendByte(Array[i]);
    69. 	}
    70. }
    71.  
    72. //对printf函数进行重定向，因为printf默认是输出到屏幕的，stm32没有屏幕，重定向到串口输出
    73. int fputc(int ch, FILE *f)
    74. {
    75. 	Serial_SendByte(ch);
    76. 	return ch;
    77. }
    78.  
    79. //设置一个读取标志位后清除的函数
    80. uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
    81. {
    82. 	if (Serial_RxFlag == 1)
    83. 	{
    84. 		Serial_RxFlag = 0;
    85. 		return 1;
    86. 	}
    87. 	return 0;
    88. }
    89.  
    90. uint8_t Serial_GetData(void)
    91. {
    92. 	return Serial_RxData;
    93. }
    94.  
    95. //中断函数的名字，从启动文件中找
    96. void USART1_IRQHandler(void)
    97. {
    98. 	//判断标志位
    99. 	if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
    100. 	{
    101. 		Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);
    102. 		//置一个自己的标志位
    103. 		Serial_RxFlag = 1;
    104. 		//清除标志位
    105. 		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
    106. 	}
    107. }

  • 相关阅读:
    react源码中的协调与调度
    Multi-Party Threshold Private Set Intersection with Sublinear Communication-2021:解读
    最后一个单词的长度[简单]
    快手如何快速的进行引流，并且推荐几款我正在用的工具。
    基于OpenCV的轮廓检测（3）
    黑豹程序员-架构师学习路线图-百科：HTML-网页三剑客
    mysql bigInt和hibernate的long类型转换错误
    达芬奇MacOS最新中文版 DaVinci Resolve Studio 18中文注册秘钥
    .NET Web入门到高级路线（新版本）
    LVS+DR+apache+keepalived负载均衡
  • 原文地址：https://blog.csdn.net/m0_57368670/article/details/139248716