基于STM32的串口通信经验分享

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攻城狮Melo 发布时间：2023-8-10 14:48

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文章简介:	基于STM32的串口通信经验分享

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
7 d2 P4 E& N- b0 k1 z7 q
空闲，一般为高电平

$ Y) t7 ]3 |0 o! L0 S4 x6 l
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)

% g& ^6 h6 z( H7 Q5 ^8 d' K
数据位，发送数据帧，1为高电平，0为低电平。低位先行。

2 M1 Y9 W/ i6 `# d w: Y' Z4 i
比如发送数据帧0x0F 在数据帧里就是低位线性即 1111 0000

. U% Y! Q, E Q) w C( M
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。
$ f+ N! J0 F* L% M) w/ b
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)
. d& u. ~$ | s

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
. s% D ?5 j- ~5 [7 L# F+ m2 |9 f
发送移位寄存器，把一个字节的数据一位一位的移出去

8 T% }. K4 s3 ~7 ]8 ?/ D
接收数据寄存器RDR

8 ~9 \ O+ ~5 A) R7 Y7 {
接收移位寄存器，把一个字节的数据

. c: X: j7 h2 s: n

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* N. G. z4 {9 S1 G2 x1 g4 x
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
# x, F, f$ S$ `% i- P( g
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;4 `; `* k0 D- W7 \' J
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出! g) M6 U) C: _& e/ K
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2; //USART2对应的TX端为GPIOA2
/ k9 p( q" Y5 n& e3 Z( l# O8 A
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50MhZ
! k% ^7 J; _; v+ Q& B5 R; V; N
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

; U9 H- B6 r) F I6 {6 q
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。
8 l* d5 V' R( U
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
+ K6 K6 _6 Z" x- ]1 s: X% Z( ^# p* |' P
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

- u5 }( z* ^5 W3 I4 j
USART_StopBits 停止位有1、0.5、2位，我们这里选1位停止位
2 s/ I3 D i$ m# O
USART_WordLength 数据位有8位和9位可以选择
1. //串口初始化
  4 o% N# c6 `- r
2. USART_InitTypeDef USART_InitStruct;/ d. J- L/ n/ i, _7 y
3. USART_StructInit(&USART_InitStruct); //初始默认值; S4 M" D$ n. a2 Q
4. USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;9 ~+ q, Z& u, E/ |8 {
5. USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; //不使用硬件流触发
  & i$ @% n# P* N2 q
6. USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx; //TX 发送模式
  5 [ [4 @8 ?- Y l6 E2 v
7. USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No; //不选择校验) v# i. [ m* ?+ f" Y
8. USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1; //停止位1位
  + ~$ u3 y- g: U# P6 V( ]
9. USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; //数据位8位0 s/ N! f+ n8 b1 e+ M2 Z0 |( {% J
10. USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);
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. s' [8 a; X2 J. n& g8 q

4. 串口使能

//串口使能
8 ~( h {* ]/ u6 E$ @
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)
7 u8 Q. k1 W& \% _( e2 Y
{2 k' o X$ W# s5 o6 Q+ j( g+ `
USART_SendData(USART2,Byte);
2 z$ j- b" V: o# j3 M3 Z& G) c
//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
, ]+ m7 L4 a; t1 Y: O* _+ V% z; M
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 ; t1 [" H& o* N, L/ ~
}

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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。

: f) _- W& K9 ]+ l: D' ?; P) F% N
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。
8 R& p8 }0 w! h+ N) L

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
1. //RX端/ Q6 {& l7 G- ?% \" r1 J
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; //上拉输入" \6 j( H, o: n: d; X
3. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;8 x- e3 B; c8 A; b" q
4. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50MhZ, M- \( I! Q; b* b! W N+ \$ E
5. GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
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- @ x( c! ~: ]9 P3 k

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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- G4 m6 z$ j" C& h, l, V4 F

2. 查询RXNE标志位

9 B& B' s( Y; h. ?( i

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;
) {$ h# d! c, B( G4 c) A
int main()
% q' }& k3 o0 A1 E
{ ! k" l- q9 [6 `: w
Serial_Init();+ W9 y0 s! |* `) \& O
Serial_SendByte(0x16);
2 O+ N6 @/ J- W" I( D9 E
while(1)
2 ~, B8 Q/ @+ @% O
{
" G6 F# J. w8 }9 U% F( w
if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET) //0 循环等待 1 可以接收数据
7 Y6 I9 @5 ?4 z% ]2 W
{0 N0 o* {- K* Z9 ]6 ^# H' Y5 u1 o
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
3 `8 J# a& ^/ S- V0 S
Serial_SendByte(RX_Data);4 M2 u9 f, O$ o0 M' X
}. I" |$ d5 Z- p9 n
}
h' f; D9 }+ u4 ]' \
}

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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

# F# T& m, b* g. C, p

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。
' R) q2 ~8 n: H; _7 n

//开启中断输出控制% }* S+ Y2 d7 A! ]' |
USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
" {5 y+ ^6 h8 X
- E$ ~' G9 [7 U. C
//配置NVIC
" O2 m ]6 U0 F# P+ v- O6 y
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
+ {' Z4 T8 t+ h4 X/ `. g
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
' y4 p& L9 n2 N# O& {
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn; //选择USART2的中断通道8 q# _; F0 q4 W
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //中断使能
, i5 ~7 Z& p; d7 ^6 Z! p
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;+ J @( n( j1 T3 D+ y5 [# d" v
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
. ]+ l, k% ^, g- P: S, D! d* P, w+ _; Z
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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中断服务子函数
; L# t( t8 l$ `& {$ Q

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)
+ R2 s; W, c; T- ?4 @# H0 _
{# F2 S0 Q5 T% |, x
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET) //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据" h( k3 X6 d* A6 ~
{
4 t. p3 x5 N; y W; |! u
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
6 G; ^4 j: s8 B$ Z! d. c- G
Flag=1;/ n% [3 ]7 P% ~( w9 O4 M% G
USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE); //清除RXNE标志位0 J: K% B; @( o8 ~* e
}6 ~+ R( o- O9 v+ k
}

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主程序测试
$ ^: _* k {& f* M1 ~: K. C

uint8_t RX_Data;
7 i" t/ h- x$ K! {5 ]& Y
uint8_t Flag;
) ]( h" |. \+ u9 t5 x; ?5 J+ A
; b v/ I5 Z; i
int main()
; P" Z# l2 d5 D/ f
{
4 \/ A* `) ? A$ `, G- q6 s
Serial_Init();3 d) l$ A- O s
Serial_SendByte(0x16);
7 H% j/ v U" a2 A. @8 S
: i5 [9 K7 e! Y+ L3 L& H7 \ O
while(1); w5 K1 e4 r5 I7 y: Y
{
# N% l8 z- \; O" p) I
if(Flag==1) X* P! w0 }6 e+ U
{
9 ~/ y3 `9 T0 x' q, _
Serial_SendByte(RX_Data);
" `2 R" }+ D4 M
}) a+ k! O$ p. \7 T. K8 K
}
7 W; f" {$ W# p0 R% r! p9 S; T! i
}
- d, c3 g2 _ Q# ^& J- R$ l8 B% t
# }: P4 r! W' x9 v% z8 K) d2 a
void USART2_IRQHandler(void)
8 o% ^( |/ r' G$ M. j" `* V Z
{
: _' s' D2 b" F! l8 V3 K: W* }
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET) //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据" g S0 v3 f1 ~, _
{1 N2 U( Y" f6 K8 J4 s
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);" X8 Z" k; P% ?$ U! B" y
Flag=1;
+ \8 f$ j8 M4 W8 D4 ~/ z
USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE); //清除RXNE标志位
( C- ?' V2 m1 D
}
4 {3 X4 H+ h. O0 @; U
}