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
  
  
• 空闲，一般为高电平
  
  1 Z8 k$ |& y: M) |
• 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)
  
  
• 数据位，发送数据帧，1为高电平，0为低电平。低位先行。
  
  ( {" ^% j/ s, I( S' q
• 比如 发送数据帧0x0F 在数据帧里就是低位线性 即 1111 0000
  
  ; c8 f7 D" H3 I9 G
• 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。
  
  
• 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)
  
  & |1 G  L+ _6 F; e6 f2 {8 I

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。

% C* ~$ j' K2 z1 Y$ i+ K5 A7 a" e
  o3 w! [- K/ A: Z

& Q/ B- U' U: B, t; @1 w- B2 H

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
  
  
• 发送移位寄存器，把一个字节的数据一位一位的移出去
  
  
• 接收数据寄存器RDR
  
  
• 接收移位寄存器，把一个字节的数据
  
  7 U$ m# H1 @5 _& p

% a% M3 Y4 @5 t/ a3 H& Y4 m# Y

下方为串口的发送和接收图解：

  j4 S8 Z8 ?, J7 p/ v9 R- u

, H1 S9 R* T2 _6 o. I% e

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。

! o. j5 Y8 ]% i& v( ]

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。

4 R2 t8 w& }% N  z: U

  ^" @+ U% b1 G0 V/ V9 h4 e

7 O( v2 J+ o/ n" U

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。

2 p; l) @$ L8 }0 C, Y/ t/ c, l

, O1 {$ C9 I& K! J; q9 O* M

) \$ i, b& a2 ]: N0 e1 y

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。

0 }: }& r/ l5 e; |; v/ K

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。

2 E% o" }  C" `2 \

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。

+ Y* e* n6 W( O/ X4 F- x" n: x* e. m9 y

& G, y/ R2 l0 X7 g2 u. n. L

下图即为串口接收的工作流程

% R8 X- o! r9 _  w8 J) m8 A$ b

$ w5 }: a$ ]! z; R: d* f4 X2 V

三、串口在STM32中的配置

  E' [# ~) T- x0 K( \, E

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？

# Y% Q4 ]4 @+ i

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

1. RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);  //开启USART2的时钟
   
2. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);   //开启GPIOA的时钟

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* l( ^: @' ]/ b: L$ U

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

; b4 w! A& s8 }. G; l2 q9 y

1 Y- q) ^. g/ z/ ~

USART1对应的引脚

0 L* e! z# V7 v4 {9 |

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。

. b, V+ ^4 G! g

**比如我这里只初始化TX发送端**

1. //TX端
   
2.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   7 [" J+ L6 j( ]& _  H* N
3.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
   , c; {- v" l: F0 W
4.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2;   //USART2对应的TX端为GPIOA2
   5 j( u0 a( Z' J( V- Y: r+ P
5.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
   
6.     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

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3. 串口初始化

: {- Y. p  {$ K8 r0 I4 v# ]

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
  
  ; g2 e6 I& i6 \
• 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。
  
  
• 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
  
  
• 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
  
  9 J3 r: }# D. c4 i
• USART_StopBits 停止位 有1、0.5、2位，我们这里选1位停止位
  
  
• USART_WordLength 数据位 有8位和9位可以选择
  
  ' [! j/ r' q! k, j

1. //串口初始化
   
2.   USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
   
3.   USART_StructInit(&USART_InitStruct);  //初始默认值
   
4.   USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
   
5.   USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;   //不使用硬件流触发
   
6.   USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx;         //TX 发送模式
   - k& o) X- v( N+ g
7.   USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No;       //不选择校验
   9 ~# G" a" S2 k% r# s/ O
8.   USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1;      //停止位1位
   
9.   USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;  //数据位8位
   , T  @- `( y% V1 [
10.   USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);

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4. 串口使能

1. //串口使能
   ( h) |  n" C: i) r" h
2.    USART_Cmd(USART2,ENABLE);

复制代码

3 \: ]/ N) x' w' O$ p# \/ z, {' c& z

5. 串口发送数据

* Q6 }$ S- o/ g, @6 R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。

. w6 M! n5 C0 @% t: L2 O

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。

1. void Serial_SendByte(uint16_t Byte)
   
2. {
   # V* b' Z- t8 F' ]
3.   USART_SendData(USART2,Byte);
   
4.   //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
   $ m' Q) m" v% m/ A/ f
5.   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  
   2 E( @1 v" w# R$ v) k% X+ A
6. }

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# B, Z* _- q2 g2 b7 H' L

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

3 q1 C1 g$ F1 Y2 Z6 ^

  F/ c) L2 F7 F( l! m4 E! z

3 s: ^# y: k  m" o

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？

2 W8 |; Z2 `: D: F" t; S8 ?. G

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。

- z6 p3 {1 F- I( S& m

• 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。
  
  . a% W9 k4 i) f+ D5 m
• 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。
  
  

1. 需要更改的地方
. @* A# j6 R& E5 {

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
  
  / ?4 t/ D$ H7 g4 Z; q) I

1. //RX端
   
2.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
   
3.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;
   
4.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
   3 h+ w' K% [& m% _  M
5.     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

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$ f- r( H4 F6 ^3 c6 u1 ~

• 添加串口模式
  
  

1. 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

这里我们还是来看一看RXNE标志位的描述

4 D# k+ D% J1 s+ t

$ h9 H& u4 y( K

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

3 }. I+ R2 O/ T6 c

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

1. uint8_t RX_Data;
   . r0 x8 r% ~1 w5 @5 S' G
2. int main()
   4 i2 H! q7 t0 b$ J
3. {
   / J( R# U8 `3 y/ ^7 \6 e
4.     Serial_Init();
   7 I/ y5 T, k: H
5.     Serial_SendByte(0x16);
   
6.     while(1)
   
7.     {
   / E" C$ R% ?" [, q2 e' r
8.         if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET)   //0 循环等待 1 可以接收数据
   
9.         {
   / x% J. A7 s4 G
10.             RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);           
    
11.       Serial_SendByte(RX_Data);
    
12.         }
    ; E5 s. o  e4 V2 U) O6 l: V% k4 r2 r
13.     }
    
14. }

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; W% f8 H8 s$ y3 i

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。

1 x9 f7 _) S9 p8 D$ n! j7 G

& y  L( O; M4 o+ I. |' g8 t; r: [

4 I. ~) l4 @# o3 a$ N) L/ t

3. 使用中断

, O* y( ^1 C8 L

• 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。
  
  

1. //开启中断输出控制
   4 l. s* n+ A: f
2.   USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
   : A, U( D9 b+ l6 A2 ?
3.   
   
4.   //配置NVIC
   
5.   NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
   
6.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
   0 ?% ~( c/ n7 H  D
7.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;   //选择USART2的中断通道
   ' k& M( y1 ]" ~$ L
8.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;    //中断使能
   3 l* R$ w2 A3 n% \$ F
9.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
   ( }) @) E: `8 @! r  q" ?- ^& f9 q
10.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
    5 q3 g2 g$ T( r, z$ }& Z. ]
11.   NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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• 中断服务子函数
  
  % G! H7 L6 R& ~. G, u. h

% R7 T& c5 @3 M! z5 _5 G4 T2 i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。

1. void USART2_IRQHandler(void)
   1 Q7 U" {9 M3 n; t
2. {
   
3.   if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
   
4.   {
   
5.     RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
   7 G7 K1 x4 s1 [& U7 i5 p
6.     Flag=1;
   
7.     USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
   ' D  g7 ?/ d' s/ R; h
8.   }
   4 k8 u  @, l8 c3 k6 }  @& U
9. }

复制代码

• 主程序测试
  
  5 l) ~7 T2 _$ C

1. uint8_t RX_Data;
   
2. uint8_t Flag;
   
3. 
   - I* ~- u5 K3 X$ U# R
4. int main()
   4 B1 `* e+ o4 j* E
5. {
   . t+ @+ @! Y: \7 h# O8 @" Z
6.     Serial_Init();
   - K* N! `& u, z" I+ E/ I# l
7.     Serial_SendByte(0x16);
   ! I( R) i# `. F4 a
8. 
   
9. 
   1 q. k! B! h; A0 V0 h
10.     while(1)
    
11.     {
    3 z1 i  F' Q. C9 E$ D
12.         if(Flag==1)
    / O( l6 \8 X  R( C9 ^* Y
13.         {
    
14.             Serial_SendByte(RX_Data);
    2 p2 M$ Z2 z9 G4 q) N
15.         }
    ) C- N8 f+ q7 T2 w7 [
16.     }
    $ h3 ]7 T) O" X% T  \1 ?5 P
17. }
    " N4 b  f$ B- \. A& L
18. 
    . y" @$ [$ k. n- I* U8 l
19. void USART2_IRQHandler(void)
    ; E& x" q* n  }1 S; H, T2 e  v
20. {
    : h  k0 @4 s7 }$ I
21.     if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
    
22.     {
    
23.         RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
    . a! A8 [' B, ^4 J& Q: B
24.         Flag=1;
    ; V8 Z) _8 v3 D# ?- z
25.         USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
    ! V+ O% d& c# Q" w. ^
26.     }
    
27. }

复制代码

下图为程序现象：可以看到，串口确实收到了数据，只是我把接收到的数据0xFE放在了while循环里，这说明数据接收是成功的，使用中断是可行的。

! K, X* ~% o' H: N; }

5 a- h8 G7 ?0 N8 @

* n( r  l3 e9 v8 k# @! W3 h

总结

到这里，就大致总结了串口的发送和接收。

串口的配置，使用查询或者中断来接收数据。

# Q, f5 d0 b, l6 @

串口的使用会很常用到，所以在这里对串口做一个总结，也算是对之前知识的一个回顾和总结，加强印象。

% B- G0 e5 S: f

如果有什么写的不对的地方，欢迎指正！

& v$ i9 d- P2 ]/ r

转载自： 古月居

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1 |$ F0 M5 a: N; t% q