基于STM32串口通信经验分享

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攻城狮Melo 发布时间：2023-7-26 14:43

技术帖
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文章简介:	STM32—串口通信(串口的接收和发送)

STM32的串口通信

本文在于记录自己的学习过程中遇到的问题和总结，各种情况下串口通信在STM32的实际使用方面占有很大的比重，本文主要对串口通信做一个简要的总结。

一、STM32里的串口通信

在STM32里，串口通信是USART,STM32可以通过串口和其他设备进行传输并行数据，是全双工，异步时钟控制，设备之间是点对点的传输。

对应的STM32引脚分别是RX和TX端。STM32的串口资源有USART1、USART2、USART3.

串口的几个重要的参数:

波特率，串口通信的速率

1 b5 Y: J; R, m: V) @' j
空闲，一般为高电平
3 a' a0 S+ s T: Y$ k
起始位，标志一个数据帧的开始，固定为低电平。当数据开始发送时，产生一个下降沿。(空闲–>起始位)
9 [: L- P( w% C0 J# h, U' }0 H& z: k4 F
数据位，发送数据帧，1为高电平，0为低电平。低位先行。

0 J7 H% v3 i% Q& z7 S4 i9 G
比如发送数据帧0x0F 在数据帧里就是低位线性即 1111 0000

- D4 l2 t' ^( ?' i5 o: y9 K) N% O
校验位，用于数据验证，根据数据位的计算得来。有奇校验，偶校验和无校验。

) n/ Y! e$ D' x
停止位，用于数据的间隔，固定为高电平。数据帧发送完成后，产生一个上升沿。(数据传输–>停止位)
5 _; K F$ l- k2 G

下方就是一个字节数据的传输过程，从图中可以看出，串口发送的数据一般都是以数据帧的形式进行传输，每个数据帧都由起始位，数据位，停止位组成，且停止位可变。

二、串口的发送和接收

USART是STM32内部集成的硬件外设，可以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，也可以自动接收RX引脚的数据帧时序，拼接成一个字节数据，存放在数据寄存器里。

当配置好USART的电路之后，直接读取数据寄存器，就可以自动发送数据和接收数据了。在发送和接收的模块有4个重要的寄存器

发送数据寄存器TDR
0 f* B, {- |" {+ R9 d5 `' m" A7 W
发送移位寄存器，把一个字节的数据一位一位的移出去

# _6 }; q, e; h
接收数据寄存器RDR
/ q5 i' E6 C G, Z- C
接收移位寄存器，把一个字节的数据
7 [- c u0 [1 H: E

下方为串口的发送和接收图解：

串口发送

在配置串口的各个参数时，可以选择发送数据帧的数据位的大小，可选8位或9位。

串口发送数据实际上就是对发送数据寄存器TDR进行写操作。

1. 当串口发送数据时，会检测发送移位寄存器是不是有数据正在移位，如果没有移位，那么这个数据就会立刻转移到发送移位寄存器里。准备发送。

2. 当数据移动到移位寄存器时，会产生一个TXE发送寄存器空标志位，该位描述如下。当TXE被置1，那么就可以在TDR写入下一个数据了。即发送下一个数据。

3. 发送移位寄存器在发送器控制的控制下，向右移位，一位一位的把数据传输到TX引脚。

4. 数据移位完成后，新的数据就会再次从TDR转移到发送移位寄存器里来，依次重复1-3的过程。通过读取TXE标志位来判断是否发送下一个数据。

串口接收

数据从RX引脚通向接收移位寄存器，在接收控制的控制下，一位一位的读取RX的电平，把第一位放在最高位，然后右移，移位八次之后就可以接收一个字节了。

当一个字节数据移位完成之后，这一个字节的数据就会整体的移到接收数据寄存器RDR里来。

在转移时会置RXNE接收标志位，即RDR寄存器非空，下方为该位的描述。当被置1后，就说明数据可以被读出。

下图即为串口接收的工作流程

三、串口在STM32中的配置

首先要明确几点：使用STM32串口外设中的哪一个？串口发送或者接收数据？串口相关的参数配置？发送或接收是否使用到中断？

下方为串口发送的配置。

1. RCC开启USART、串口TX/RX所对应的GPIO口

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE); //开启USART2的时钟
6 a) A# ~7 D/ |
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //开启GPIOA的时钟

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2. 初始化GPIO口

这里注意哈，根据自己的需求来配置GPIO口，发送和接收是都需要还是只需要其中一个。然后对应的根据引脚定义表来初始化对应的GPIO口。

USART2对应的引脚

USART1对应的引脚

这里根据手册来看，RX引脚模式配置成浮空输入或者上拉输入。TX引脚模式配置成复用推挽输出。

**比如我这里只初始化TX发送端**

//TX端
8 O2 {9 L! `6 j1 Q1 Z7 ?
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
' a/ K" {7 @: ~
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出, k1 c$ G' u' c5 E0 h/ @
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2; //USART2对应的TX端为GPIOA2
% `$ J# v$ H% A. @% w, Z! h
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50MhZ4 B7 y" w$ P3 X: W5 e
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

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3. 串口初始化

注意哈，USART_Init()这个函数，是用来配置串口的相关参数的。

USART_BaudRate 串口通信使用的波特率一般是9600或者是115200，这里我们给9600

* Z& V% K# ? t' ^ l( c' N+ C, N
USART_HardwareFlowControl 是否选择硬件流触发，一般这个我们也不选，所以选择无硬件流触发。
2 z$ p" @% B- o/ i$ @/ i
USART_Mode 这个参数要注意了哈，串口的模式，发送模式还是接收模式，还是两者都有
) V7 ^1 A& H) O, u
USART_Parity 校验位，可以选择奇偶校验和不校验。没有需求就直接无校验

J) O7 b4 T, C4 {3 o4 z) k8 S; c
USART_StopBits 停止位有1、0.5、2位，我们这里选1位停止位

6 I4 N8 K( i2 G3 P
USART_WordLength 数据位有8位和9位可以选择

" z( l2 W$ C9 m6 q$ _

//串口初始化
$ ~, K. S+ Z, L! Z
USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
1 P7 K* B0 k. w! y% I7 k7 B+ e8 [8 W
USART_StructInit(&USART_InitStruct); //初始默认值
3 {. w" p( I9 t
USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
! O- L1 K( ?$ h) F, q' m5 p( q' J
USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; //不使用硬件流触发" c+ M" [/ C O/ A$ G
USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx; //TX 发送模式5 M9 y9 w( A& M0 Q G: a
USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No; //不选择校验
C0 Q- H* k( }: v: ] {% |
USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1; //停止位1位+ k+ ~ ^9 T" ^# ?- F8 H
USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; //数据位8位' d0 Y% s, l8 I) `
USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);

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4. 串口使能

//串口使能
% P: r( B6 r+ T, V- o+ d
USART_Cmd(USART2,ENABLE);

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5. 串口发送数据

注意哈，我们要判断TXE标志位的状态。0，数据还没有被转移到移位寄存器；1,数据已经被转移到移位寄存器。

当TXE标志位为1时，就说明可以发送下一个数据了。详细过程可看上面串口发送的解释。

void Serial_SendByte(uint16_t Byte): x- u j$ F' _ H% U" W, Y" E/ r
{5 |# x! X2 m2 n! A% _! W
USART_SendData(USART2,Byte);
' G. y1 `4 d/ h! N4 {: f
//0 表示数据还未转移到移位寄存器循环等待 1 数据已经被转移到了移位寄存器可以发送数据
( X7 O- g! C$ `0 B$ s1 F7 H
while(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_TXE)==RESET); //不需要手动清零再次写入TDR时会自动清零 : U. e) G7 z1 o4 A0 S5 ?% W
}

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经过上述五步的配置，单片机就可以通过串口发送数据了。

下方为发送数据图例，STM32向串口发送0x16数据

四、串口接收的两种实现方式

上方是发送数据的例子，那么串口接收又该如何配置，又要在串口发送的例子上做哪些更改呢？

这里我们可以通过查询或者中断的方式来进行接收数据的两种方式。

查询方式就是通过不断的查询RXNE标志位，通过判断RXNE位的状态来确定数据是否接收。
& X+ J0 J( F5 [
中断方式就是通过配置接收输出控制通道，配置NVIC，在中断服务子函数里进行数据的接收。

0 {# U1 E3 M# S, m1 ^ |$ X

1. 需要更改的地方

既然我们要实现串口的接收，那么就要配置串口RX引脚，在串口模式中添加USART_Mode_RX模式。

初始化RX引脚

8 q% D! \; k( {* C3 w& d+ Y

//RX端/ X: a; x& c/ p7 \
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; //上拉输入* ] A0 ~/ {, @4 {+ u1 H
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;
3 \* c5 {! ]2 g1 c l" T3 g
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50MhZ* n1 ^* r6 V9 I O2 ]& J# {6 w
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

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添加串口模式

, p- _, C8 t5 J+ u, O: [

USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx; //TX 发送模式 RX 接收模式

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2. 查询RXNE标志位

% h& w5 W H9 `/ t( M; o

这里我们还是来看一看RXNE标志位的描述

上图描述，为0时数据没有收到，为1时收到了数据，数据可以从RDR里读出

所以在主程序里不断读取RXNE标志位，如果为1，表示数据可以读出

uint8_t RX_Data;) {( `: T' G5 K& ]. K1 [
int main()
% [: v/ r2 I8 x( C- u
{ 6 N- n4 E9 _ P- h0 Z9 ^; [4 ?7 h m
Serial_Init();; P6 L# h8 F% P: l5 d
Serial_SendByte(0x16);
) M3 r, n0 L; l; b& ~
while(1)4 E" ]2 x. O0 j8 X7 \. a: E* ~- S
{
; D8 e! ]1 w4 B2 C" B
if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET) //0 循环等待 1 可以接收数据
* m1 ]% F/ h5 g& y$ L7 ~9 Y. E
{* _4 E, X& Q5 M: e2 d; [9 z. `% i
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
$ `$ ?7 M- g+ d Z( w* O. K
Serial_SendByte(RX_Data);0 \3 O3 p" F) P+ b _9 e$ E% J G
}: ^4 C: }. O: P2 B6 U- q4 D" C
}
& r R4 \& o. T ~) r
}

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下图为程序现象：pc向单片机发送数据0x15，单片机接收数据0x15，并且把接收到的数据作为数据发送到pc，在pc上显示0x15。

3. 使用中断

: [, A' \/ S/ m) V# ]2 t

通过配置串口的接收作为中断源，开启中断输出控制，配置NVIC。开启中断通道。
5 q) x0 E" h5 ?# ~8 y

//开启中断输出控制5 |( s2 ]/ O5 h0 ]$ E4 I
USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
4 Q. d& d7 j5 a% k: i
' N& Z2 {0 R. E8 Q6 a
//配置NVIC
% J# X& D. Z/ e2 N# U
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
2 E b0 ?! C" ]# w- }
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;! w: f) b5 Y5 \( V- p5 _* Y
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn; //选择USART2的中断通道
5 c1 r/ X2 B- P3 o
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //中断使能; Y, `, ^3 g$ i, |
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
6 V4 K$ Z5 V2 X; T) a
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
4 M; C# x0 Z8 S/ l2 V0 K
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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中断服务子函数

7 Q P. V: S4 p7 G2 e

中断服务子函数写好后，就可以在中断里读取接收到的数据了。

当接收到数据后，触发接收中断，主程序暂停执行。接收完数据后主程序回复执行。当接收到数据时，就触发中断。

void USART2_IRQHandler(void)
W/ n7 v0 V" e B* U, Q& y% `
{) A L2 m4 r% f
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET) //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据# G. q5 P" ?( V/ U2 K! W
{
& j- V$ ^2 w2 K0 q0 N" h
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
8 F& f1 a# }2 H
Flag=1;9 Z3 {8 ~3 I( C# `) Y
USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE); //清除RXNE标志位/ M! a: N" X2 V, H; R+ ~+ U* @
}
* R% D, s* w* b! X' T7 p9 ~! X8 c( J2 Y
}

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主程序测试

5 ]: W2 O* M1 Q$ i, Z9 c: S' [

uint8_t RX_Data;1 o, e. e" @! a( {
uint8_t Flag;
n( b3 A2 C: V$ C) C& E- w
3 K( ]$ U9 D- D4 A0 T: q" Y3 Q
int main(), f* d$ d1 O% o% U9 ^% g
{
: f' b) W6 K4 n, L3 F# ]; @
Serial_Init();
4 V& G2 q& b; E7 A! Z) I
Serial_SendByte(0x16);
* W6 Q( p8 }6 a6 v
9 g$ N5 X2 r! r1 A B7 k
! d# R# t0 z3 |0 m k+ V7 {
while(1)6 O, M2 f; U1 u" ^/ K
{* D( B+ ~. b6 H# S3 \+ ]
if(Flag==1)
1 q# B+ K6 e, B: H% K3 m v2 a
{
2 f4 ^, Q6 }' G- T/ X) ?
Serial_SendByte(RX_Data);7 h) a) l8 t( N7 o4 n
}4 b5 u+ I* W" h# T
} g/ V7 X3 b0 z
}
1 K% Q2 V5 S1 m. H: s' P* \0 I& [
5 A2 `, d0 m5 t
void USART2_IRQHandler(void)
. e% e# Q. r" ^
{
, h& M3 J/ ~+ O4 @# W( r
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET) //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据- q6 q9 G) U2 ~; k) k
{. R; T$ Q: y9 D7 C
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
1 R. v" D/ D" I, Q& n
Flag=1;8 v" O0 x3 F) w1 \6 m# p( N
USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE); //清除RXNE标志位
+ e2 ?4 ~3 C( T/ s7 V3 ?
}
a9 E0 M3 q* z$ c- \
}