STM32的串口通信

+ A7 `5 f4 [$ t

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。

. c; {* O. E- B

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。

. W: @3 j5 R9 v( q: X. Q4 x2 T

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:

8 @0 x9 J: U; ]) w- p

• 波特率，串口通信的速率
  
  3 M4 M; X( T' h! ?- S7 l1 U  e
• 空闲，一般为高电平
  
  . T7 p5 _7 J3 w  X: @' L# }+ w
• 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。
  
  
• 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)
  
  

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。

' M' {0 T/ x* N' f1 q3 h

4 b- S9 a% ~* I8 Y1 Y3 l) `

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。

0 ?% p+ L' I( v* g( [

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
  
  ; _* ^5 U9 G3 s$ k7 A$ o! Q- s
• 接收数据寄存器RDR
  
  
• 接收移位寄存器，把一个字节的数据
  
  

下方为串口的发送和接收图解：

2 C3 r+ k# D% e5 [2 P# E/ q

+ v5 I  q7 G" E& d" B

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。

4 C( w/ ~: o4 `5 R

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。

, a' c5 X; b# d6 |4 i% G3 b% ]6 S

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。

$ r" i) b$ [8 \; Z6 A4 }1 a7 g

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。

: l& b  f9 I2 h% x0 P6 @: R

串口接收

" Z" W1 z" J# V

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。

& ]: T$ l2 ~' z/ T# u" ?

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。

8 B+ \4 H" l3 |# Z( d

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。

9 q& U# I" _& J, X! k7 H

( t) {0 r$ y# j6 A; q

下图即为串口接收的工作流程

/ I5 R2 j& n; S

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？

+ l& r7 h6 D5 k/ G

下方为串口发送的配置。

: r, ~2 g% U+ @# |, P

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
   ' C" |$ }/ c# B# }0 H
2. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);   //开启GPIOA的时钟

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. |- j" T$ l1 l

2. 初始化GPIO口

: o8 e- W; Q8 i

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。

. M) _: I3 T- e% n/ c$ c# `

USART2对应的引脚

$ G7 m6 c- L( \; |5 M4 e! N

USART1对应的引脚

9 d# P4 s$ O7 V4 S+ K" f! q3 G

9 X9 x/ ~) s0 [, k  R" W

" Z; M. u: {& z: w5 ^8 t. v

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
   6 j$ ?# f8 o$ K. o$ _1 \! X
2.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   9 @, w  S9 g9 d
3.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
   8 [2 a- y2 r- {, \" c: ~. t
4.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2;   //USART2对应的TX端为GPIOA2
   
5.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
   $ t: k* P5 B% q* ~9 {: W& f* s/ k
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。

• 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
  
  
• 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
  
  ! \" w4 a% J6 q7 X* J
• 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
  1. //串口初始化
     1 @2 D, D' H6 c; ?5 \
  2.   USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
     
  3.   USART_StructInit(&USART_InitStruct);  //初始默认值
     
  4.   USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
     # X' y4 M: {9 z9 y# h
  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
     
  8.   USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1;      //停止位1位
     7 |4 {9 t6 h$ Q9 P
  9.   USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;  //数据位8位
     
  10.   USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);

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4. 串口使能

1. //串口使能
   7 u  Y1 G* C/ v! t5 {5 V: o/ f
2.    USART_Cmd(USART2,ENABLE);

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5. 串口发送数据

: a# K0 `5 h+ a: A) n2 p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。

; b+ l" ]- X: _& t+ S6 W! V" |

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. {
   
3.   USART_SendData(USART2,Byte);
   2 U( g; E: T( m9 D! R6 L) x
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
   4 s" Q7 r2 G, N& ?. @8 s
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  
   ) M/ J: A3 b  U, A  j1 B* U/ j6 _
6. }

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6 Y" ]6 d7 p- m& I

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 k1 [$ V: ?: b) N% V& t- e

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 a- H8 t7 X1 \9 E3 ~+ z# ^

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。

' R4 j2 C- N) ?0 T5 U

• 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。
  
  
• 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。
  
  

6 W6 V" s8 h5 W& ]  K

1. 需要更改的地方
7 K! H2 T1 L8 B9 s( k
6 U/ K+ n$ C2 }- q  X

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。

( d0 v8 X4 x4 K7 r# t* a

• 初始化RX引脚
  1. //RX端
     
  2.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
     - j  D. m9 o" Q
  3.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;
     
  4.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
     : j' ]2 Q* \$ P* q3 M
  5.     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

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• 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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6 V; Y0 B; @% y5 w* |) X

2. 查询RXNE标志位

$ e/ S" C# L- O( {

这里我们还是来看一看RXNE标志位的描述

6 b& x; U0 \2 q( M

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;
   
2. int main()
   " v0 j3 j4 ^: E% \# S" H/ s
3. {
   ' @% W- B0 E1 z" y+ n
4.     Serial_Init();
   
5.     Serial_SendByte(0x16);
   
6.     while(1)
   
7.     {
   
8.         if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET)   //0 循环等待 1 可以接收数据
   
9.         {
   
10.             RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);           
    0 Y: h5 m6 f4 E! K
11.       Serial_SendByte(RX_Data);
    ' V$ [' q  B8 D( j% h
12.         }
    
13.     }
    
14. }

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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。

+ m+ b$ _: J, r6 x& j! l3 u

, N  y7 ~- t) F' E" O: q' J

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。
  
  

1. //开启中断输出控制
   " y- W3 _$ v2 n. m# F! N
2.   USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
   
3.   
   0 U# Z' ]" [" a5 S+ t( F% @
4.   //配置NVIC
   
5.   NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
   
6.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
   
7.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;   //选择USART2的中断通道
   # k3 B$ d5 l; W! R: |+ ?
8.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;    //中断使能
   
9.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
   
10.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
    
11.   NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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1 Z/ [. ^# T2 ~' I

• 中断服务子函数
  
  ' d6 j8 x$ a& ^1 F

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)
   : j. D5 U' }' _
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.   {
   1 h( T9 e- f2 k% W
5.     RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
   
6.     Flag=1;
   
7.     USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
   
8.   }
   $ d. M! o+ s/ V  [9 ]  H; b" t
9. }

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• 主程序测试
  
  

1. uint8_t RX_Data;
   
2. uint8_t Flag;
   
3. 
   
4. int main()
   
5. {
   
6.     Serial_Init();
   
7.     Serial_SendByte(0x16);
   
8. 
   
9. 
   
10.     while(1)
    ; i3 B& q" u- w3 H) T$ S) q$ k
11.     {
    % Z& q5 S8 z; y: c  D" ^$ R
12.         if(Flag==1)
    / a9 I+ R  W! B- A# L# |1 E% ]
13.         {
    
14.             Serial_SendByte(RX_Data);
    
15.         }
    
16.     }
    
17. }
    
18. 
    1 Q* @- q9 [. a- z
19. void USART2_IRQHandler(void)
    * c: i/ [6 [0 j( L  Q: Y- B
20. {
    ( B! Z, Z0 T9 i# r  z! I- y6 F7 a  e
21.     if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
    : ]8 u; u. C& H- S; E6 l1 [2 ]
22.     {
    5 x# [) @% ^7 m2 ^. k: U; [( o
23.         RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
    
24.         Flag=1;
    : ]$ d1 R, Q9 Q- y" b2 S
25.         USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
    
26.     }
    5 m4 I* O! ^/ p1 f8 |- C& q3 i
27. }

复制代码

/ O* {8 Y; `; \6 c: r6 p

8 G" r" W1 E2 p. B% G! j" H

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。

" Y) T- n7 d# F5 E! c

# c  s& F8 K4 v1 F+ @9 X

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。

+ }) B# t! x3 }( q+ i& u

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。

+ }! v4 M& ^9 K3 N

转载自： 古月居

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' E/ S) R$ `4 t# ~, t