STM32的串口通信

* S2 L! Q# u$ J) i

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

" d; O1 D5 C4 l9 i

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。

% l4 N# ]( N8 ~# B% M, q

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

6 |& l/ Z2 y1 s+ g# p3 l0 g

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
  
    l- J/ w, O+ S6 W9 u: g  G
• 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)
  
  6 b5 K% r; [% I
• 数据位，发送数据帧，1为高电平，0为低电平。低位先行。
  
  
• 比如 发送数据帧0x0F 在数据帧里就是低位线性 即 1111 0000
  
  
• 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)
  
  . }( o) {* {4 \# K, \5 U" @' e

$ W! ?8 A8 Z$ C+ g4 Y; P* m5 x- z7 ~

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。

' R0 \! P+ L( i8 h7 g
2 O2 f% S" T$ t

3 l6 p; n; Y% |/ n+ d& i7 T

二、串口的发送和接收

7 O+ S# p' |1 X; a. |# |

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。

* A; }4 o6 F* w; }8 h7 \, S2 H

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

2 \& Y; C2 u! X2 S' w8 w

• 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
  
  5 j6 j* I6 c& r0 C0 N* X  q- h, ?
• 接收数据寄存器RDR
  
  
• 接收移位寄存器，把一个字节的数据
  
  

+ |& P; @& j6 Q, |: s; p4 `

下方为串口的发送和接收图解：

* ?6 L, y, d+ Y' a2 j- P0 {

' q! W0 }3 J; ]# d! ]) {

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。

% J' ^: w9 l( Y& |+ _9 r0 {3 }

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。

# l# e* E1 h( F3 O/ K- l. F

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。

  q$ u+ v/ N% m- x) h9 v! w

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。

; s1 `% H- ^; e5 ^! R; @8 R9 w& v0 _

下图即为串口接收的工作流程

0 w8 j' S$ I) c! _7 g7 a

5 }3 R2 t- }# u. L

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。

# b5 d. s2 _$ G) a' a% t% a

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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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

; f% {: F) L9 |

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**

1. //TX端
   3 i# R( }+ P' X
2.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   + Q0 l2 P# m, g- H, B
3.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
   ( A+ O* q8 Q: N5 R4 W
4.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2;   //USART2对应的TX端为GPIOA2
   : L4 e! v2 G7 m6 {
5.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
   , H( q+ O% D2 {
6.     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。

0 x5 w# R$ S' ?0 L; i

• 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
  
  $ n$ B1 O6 C4 M  }* U
• 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
  
  $ i# a) d. X3 j- I" ]
• USART_StopBits 停止位 有1、0.5、2位，我们这里选1位停止位
  
  ! }/ p3 @& b6 H7 A, ]
• USART_WordLength 数据位 有8位和9位可以选择
  1. //串口初始化
     4 t8 `6 K& [* I& I4 U) Y8 e
  2.   USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
     
  3.   USART_StructInit(&USART_InitStruct);  //初始默认值
     0 [) X( R* l9 c2 ]4 t9 v
  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
     
  7.   USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No;       //不选择校验
     : p0 X" C& P/ |& ^- B* a; Y
  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
     
  10.   USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);

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) _6 @* _* b4 z( K3 j8 ^% w8 h5 H

4. 串口使能

1. //串口使能
   
2.    USART_Cmd(USART2,ENABLE);

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: }4 x8 j; i* L$ I

5. 串口发送数据

5 T, a7 N6 ~9 j5 y: O8 g% E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。

1. void Serial_SendByte(uint16_t Byte)
   
2. {
   * y% `" h7 c  j0 c6 A. t
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
   
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  
   % q7 b1 u- s; e( J
6. }

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6 o4 l: J# u5 `3 w/ @& p! B

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

7 m0 q4 a! }$ ~, R

4 L# A! s2 v; t# }# u5 z0 ~

: A2 Y* a7 b: i4 ?

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？

; m, `6 X  V  E) s

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。
  
  0 Y- J' O" x+ K- F
• 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 K% ]. Z/ f% u0 f% V

+ \# M9 I3 s0 T

1. 需要更改的地方

8 T! x  m: d2 f% x: z

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
  1. //RX端
     
  2.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
     + X8 T' h( F* s8 s8 T0 n  x
  3.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;
     
  4.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
     6 T3 G' h+ ^  G: K$ u7 m
  5.     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

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  ' M+ w5 p  U; K: q2 p1 u( s

2 p+ c: T+ x: {* z3 l

• 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 ^* O' c! c( H5 [2 O! x7 _

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

1. uint8_t RX_Data;
   & u2 y$ C  x; z$ h% Q1 }
2. int main()
   - k) h. A1 b  \
3. {
   
4.     Serial_Init();
   4 C; k0 y/ P3 `/ ?4 i' T. J
5.     Serial_SendByte(0x16);
   
6.     while(1)
   
7.     {
   1 ?' a* v8 v. t7 |3 O8 i
8.         if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET)   //0 循环等待 1 可以接收数据
   , ?, _2 W3 q& x
9.         {
   3 y& l2 h: S) D6 {. w0 }1 V1 p: b
10.             RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);           
    " r# R( `  `2 E8 b' a
11.       Serial_SendByte(RX_Data);
    $ @# q2 U5 {! O
12.         }
    
13.     }
    4 q/ h0 f7 M: g& S
14. }

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4 E' `  x" C  `2 \3 s

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。

; w1 w! l0 H. d% g" @. x

3. 使用中断

• 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。
  
  $ E$ T  n3 e$ ^) k" s+ @' W9 S

1. //开启中断输出控制
   
2.   USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
   " O6 K8 [& p" Q  F9 W
3.   
   
4.   //配置NVIC
   
5.   NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
   1 }6 U6 P2 f! q
6.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
   , C2 B' S3 B6 Y; x8 g* _0 w
7.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;   //选择USART2的中断通道
   9 c" w  [* \3 I( f$ X
8.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;    //中断使能
   
9.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
     F$ B+ w! o, ~- }6 e; ?4 A
10.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
    
11.   NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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• 中断服务子函数
  
  3 T/ y0 {& l/ T  Z7 d0 C

/ J4 R; O3 M. `! {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 w& N2 F" P) E) ^
2. {
   " u' L: Q' \2 q4 ^
3.   if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
   
4.   {
   ( w7 R3 d5 Q9 N" y$ u/ S0 R
5.     RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
   
6.     Flag=1;
   ; C6 g" `! z: ~  J
7.     USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
   . O% p/ \2 d5 _, J6 p' w
8.   }
   
9. }

复制代码

" k  p  P" A1 B/ E

• 主程序测试
  
  $ T9 N% g5 w6 F5 c1 J

1. uint8_t RX_Data;
   $ H# ^, |* r# v
2. uint8_t Flag;
   
3. 
   / P3 l" Z2 z7 B" q8 W5 |
4. int main()
   
5. {
   ' k  @* q+ R& o- s+ _
6.     Serial_Init();
   4 L. \6 T1 B0 W
7.     Serial_SendByte(0x16);
   
8. 
   
9. 
   0 j7 m# _, L7 t" {& L9 i
10.     while(1)
    + v) x9 i" H( g
11.     {
    
12.         if(Flag==1)
    9 A: I" q' D  T3 s- j0 _3 @
13.         {
    
14.             Serial_SendByte(RX_Data);
    7 r' P$ V3 I( @1 K4 B
15.         }
    
16.     }
    . [1 Z- N) H0 T) z+ s. u; u9 y
17. }
    . m7 h. y0 q2 E) K" r
18. 
    5 f) W  p4 w9 y
19. void USART2_IRQHandler(void)
    1 p2 @: L: P3 ?! T3 J
20. {
    
21.     if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
    
22.     {
    . v% D. x$ Y5 Y; @
23.         RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
    
24.         Flag=1;
    
25.         USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
    ; U. J" _. |- [" |
26.     }
    # \  @2 X  R: a' p: u
27. }

复制代码

0 ?  O  @" `$ ]# f

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。

# l' a/ L# X1 t

1 n1 a3 h. W; h* ], n) y" U# i

总结

+ P; }' e6 `* {0 L" u5 r

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。

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。

转载自： 古月居

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