STM32F103學習筆記三 串口通信

2021-01-08 電子工程世界

1、串口通信背景知識

1.1、 設備之間的通信方式

並行通信 串行通信

傳輸原理 數據各個位同時傳輸 數據按位順序傳輸

優點 速度快 佔用引腳資源少

缺點 佔用引腳資源多 速度相對較慢

1.2、 串行通信分類

1.2.1、按照通信方式，分為：

同步通信：帶時鐘同步信號傳輸。比如：SPI，I²C通信接口

異步通信：不帶時鐘同步信號。比如：UART(通用異步收發器),單總線


1.2.2、按照數據傳送方向，分為：

單工：數據傳輸只支持數據在一個方向上傳輸；

半雙工：允許數據在兩個方向上傳輸。但是，在某一時刻，只允許數據在一個方向上傳輸，它實際上是一種切換方向的單工通信；它不需要獨立的接收端和發送端，兩者可以合併一起使用一個埠。

全雙工：允許數據同時在兩個方向上傳輸。因此，全雙工通信是兩個單工通信方式的結合，需要獨立的接收端和發送端。


1.3、常見的串行通信接口


2、STM32的串口通信基礎

2.1、STM32的串口通信接口有兩種，分別是：

UART（通用異步收發器）、

USART（通用同步異步收發器）、

對於大容量STM32F10x系列晶片，分別有3個USART和2個UART。


2.2、UART引腳連接方法

① 單片機連接單片機


RXD:數據輸入引腳，數據接受

TXD"數據發送引腳，數據發送


對於兩個晶片之間的連接，兩個晶片GND共地，同時TXD和RXD交叉連接。這裡的交叉連接的意思就是，晶片1的RxD連接晶片2的TXD，晶片2的RXD連接晶片1的TXD。這樣，兩個晶片之間就可以進行TTL電平通信了

② 單片機連接PC


若是晶片與PC機（或上位機）相連，除了共地之外，就不能這樣直接交叉連接了。儘管PC機和晶片都有TXD和RXD引腳，但是通常PC機（或上位機）通常使用的都是RS232接口，因此不能直接交叉連接。RS232接口是9針（或引腳），通常是TxD和RxD經過電平轉換得到的。而單片機採用的是 TTL電平，所以需要 連接一個RS232轉換器 將TTL電平轉換成 PC可以識別的RS232電平，再交叉連接。

經過電平轉換後，晶片串口和rs232的電平標準是不一樣的：


單片機的電平標準（TTL電平）：+5V表示1，0V表示0；

Rs232的電平標準：+15/+13 V表示1，-15/-13表示0。


RS-232通訊協議標準串口的設備間通訊結構圖如下：

所以單片機串口與PC串口通信就應該遵循下面的連接方式：

在單片機串口與上位機給出的rs232口之間，通過電平轉換電路(如下面圖中的Max232晶片) 實現TTL電平與RS232電平之間的轉換。


2.3、UART異步通信特點

全雙工異步通信；

分數波特率發生器系統，提供精確的波特率。發送和接受共用的可編程波特率，最高可達4.5Mbits/s；

可編程的數據字長度（8位或者9位）；

可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；

可配置的使用DMA多緩衝器通信；

單獨的發送器和接收器使能位；

檢測標誌：① 接受緩衝器 ②發送緩衝器空 ③傳輸結束標誌；

多個帶標誌的中斷源，觸發中斷；

其他：校驗控制，四個錯誤檢測標誌。

2.4、STM32串口異步通信需要定義的參數

STM32異步通信參數：

①起始位

②數據位（8位或者9位）

③奇偶校驗位（第9位）

④停止位（1,15,2位）

⑤波特率設置

（奇偶校驗位分為奇校驗和偶校驗兩種，是一種簡單的數據誤碼校驗方法。奇校驗是指每幀數據中，包括數據位和奇偶校驗位的全部9個位中1的個數必須為奇數；偶校驗是指每幀數據中，包括數據位和奇偶校驗位的全部9個位中1的個數必須為偶數。

校驗方法除了奇校驗(odd)、偶校驗(even)之外，還可以有：0 校驗(space)、1 校驗(mark)以及無校驗(noparity)。 0/1校驗：不管有效數據中的內容是什麼，校驗位總為0或者1）

UART串口通信的數據包以幀為單位，常用的幀結構為：1位起始位+8位數據位+1位奇偶校驗位（可選）+1位停止位。如下圖所示


2.5、 UART（USART）框圖

任何USART雙向通信至少需要兩個腳：接收數據輸入(RX)和發送數據輸出(TX)。

RX：接收數據串行輸。通過過採樣技術來區別數據和噪音，從而恢復數據。

TX：發送數據輸出。當發送器被禁止時，輸出引腳恢復到它的I/O埠配置。當發送器被激活，並且不發送數據時，TX引腳處於高電平。在單線和智慧卡模式裡，此I/O口被同時用於數據的發送和接收。

● 總線在發送或接收前應處於空閒狀態

● 一個起始位

● 一個數據字(8或9位)，最低有效位在前

● 0.5，1.5，2個的停止位，由此表明數據幀的結束

● 使用分數波特率發生器 —— 12位整數和4位小數的表示方法。

● 一個狀態寄存器(USART_SR)

● 數據寄存器(USART_DR)

● 一個波特率寄存器(USART_BRR)，12位的整數和4位小數

● 一個智慧卡模式下的保護時間寄存器(USART_GTPR)


2.6、 串口通信過程

① 數據接收過程

外部設備將數據發送到 串行輸入移位寄存器，串行輸入移位寄存器在將數據傳送到輸入數據緩衝器，MCU在從輸入數據緩衝器中讀出數據

② 數據發送過程

MCU將要發送的數據寫入輸出數據緩衝器，輸出數據緩衝器在將數據寫入串行輸出移位寄存器，串行移位寄存器在將數據輸出到外部設備


3、 串行通信的編程

3.1、串口通信的相關寄存器

3.1.1、 USART_SR狀態寄存器

FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);


3.1.2、 USART_DR數據寄存器

void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);

uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);


3.1.3、 USART_BRR波特率寄存器

void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);


波特率計算方法：



3.2、 串口操作相關庫函數（省略入口函數）：

**void USART_Init();** //串口初始化：波特率，數據字長，奇偶校驗，硬體流控以及收發使能

**void USART_Cmd();**//使能串口

**void USART_ITConfig();**//使能相關中斷


**void USART_SendData();**//發送數據到串口，DR

**uint16_t USART_ReceiveData();**//接受數據，從DR讀取接受到的數據


**FlagStatus USART_GetFlagStatus();**//獲取狀態標誌位

**void USART_ClearFlag();**//清除狀態標誌位

**ITStatus USART_GetITStatus();**//獲取中斷狀態標誌位

**void USART_ClearITPendingBit();**//清除中斷狀態標誌位


3.3、 串口配置一般步驟：

串口時鐘使能，GPIO時鐘使能:RCC_APB2PeriphClockCmd();

串口復位:USART_DeInit(); 這一步不是必須的

GPIO埠模式設置:GPIO_Init(); 模式設置為GPIO_Mode_AF_PP

串口參數初始化：USART_Init();

開啟中斷並且初始化NVIC（如果需要開啟中斷才需要這個步驟） NVIC_Init();

USART_ITConfig();

使能串口:USART_Cmd();

編寫中斷處理函數：USARTx_IRQHandler();

串口數據收發：

void USART_SendData();//發送數據到串口，DR

uint16_t USART_ReceiveData();//接受數據，從DR讀取接受到的數據

串口傳輸狀態獲取：

FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);

void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);

4、 串口編程

（參照3.2、3.3的章節，其中有關於代碼配置的步驟）

usart.c


//串口1中斷服務程序

u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];     //接收緩衝,最大USART_REC_LEN個字節.

//接收狀態

//bit15， 接收完成標誌

//bit14， 接收到0x0d

//bit13~0， 接收到的有效字節數目

u16 USART_RX_STA=0;       //接收狀態標記   

  

void uart_init(u32 bound)

{

  //GPIO埠設置

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

 

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

 

//USART1_TX   GPIOA.9

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //復用推輓輸出

  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9

   

  //USART1_RX   GPIOA.10初始化

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空輸入

  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10  


  //Usart1 NVIC 配置

  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//搶佔優先級3

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //子優先級3

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根據指定的參數初始化VIC寄存器

  

   //USART 初始化設置


USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率

USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長為8位數據格式

USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一個停止位

USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//無奇偶校驗位

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無硬體數據流控制

USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收發模式


  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1

  USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//開啟串口接受中斷

  USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口1 


}


void USART1_IRQHandler(void)                //串口1中斷服務程序

{

u8 Res;

    #if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果SYSTEM_SUPPORT_OS為真，則需要支持OS.

OSIntEnter();

[

1

] [

2

]

關鍵字：STM32F103  串口通信 編輯：什麼魚 引用地址：http://news.eeworld.com.cn/mcu/ic464309.html

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