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

- w' x+ B( H- e
空闲，一般为高电平
3 f5 L7 w! l6 @' f- L9 j% 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)

& @! @" x' @! ]7 E! ^* b8 f- @
数据位，发送数据帧，1为高电平，0为低电平。低位先行。

- L# h8 f2 J& V/ @" Z& t
比如发送数据帧0x0F 在数据帧里就是低位线性即 1111 0000
0 M5 j K$ R8 V
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。

2 K& h" h: S! a0 S! I
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)

: Y$ U7 ~9 ]5 a, @; o' B

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
! e% I- v q8 U6 o% V
发送移位寄存器，把一个字节的数据一位一位的移出去

E' h, @$ n0 d9 U: g& I
接收数据寄存器RDR

5 d3 Z$ M' q" C; x2 D; t9 W4 H
接收移位寄存器，把一个字节的数据

s/ V: U# W- j" {

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
4 d( V0 b' d2 O6 Q! y' M& W4 X2 c
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
+ q$ z+ B3 f- Z- F9 i h
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
! r9 l+ J. Y! v3 ]2 o
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
8 }7 ?, `/ g' h9 c7 w+ X
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2; //USART2对应的TX端为GPIOA2
5 I( B) ?2 O) K6 [( \/ z
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50MhZ Z6 _+ V; m& b* Z* q. A
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
: U# H. P/ F0 {- Z2 Z! [% P' ?
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。
3 i4 U0 b% h- `, q' z, x
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
r; U( X+ f) d/ C$ d0 v/ c# [
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
V) ]" n% x( n6 K3 R- N: q9 g
USART_StopBits 停止位有1、0.5、2位，我们这里选1位停止位

7 S$ Y) s4 f5 W; [" F$ L0 u
USART_WordLength 数据位有8位和9位可以选择
1. //串口初始化
  - L d! T9 C N3 |! G" ~! M; m
2. USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
  5 k" v9 K! Z" Y" |
3. USART_StructInit(&USART_InitStruct); //初始默认值$ z, u; [: a5 ]+ d
4. USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
  R8 H( o% V2 z' o
5. USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; //不使用硬件流触发# L# R8 }9 E5 k9 k
6. USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx; //TX 发送模式
  : i P7 @. v3 R- m* Z" x
7. USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No; //不选择校验
  3 |: _7 C' _7 B) p
8. USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1; //停止位1位
  : Q7 K+ x" b: i6 F& F0 j
9. USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; //数据位8位
  $ U' `- s- y3 _
10. USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);
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8 i: U* p, n. S( `* W9 q

4. 串口使能

//串口使能$ z8 f0 ]* k+ z9 Y
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)
( c9 V y1 h) [" t X$ o
{8 p$ i# P/ T, a3 T2 ?7 o0 G
USART_SendData(USART2,Byte);6 M" X& v( |0 ]
//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
+ D' N+ E8 P ^. U
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 p; x3 b+ U! J* A* ]4 }
}

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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。
' B1 A% U, e' I+ f- N6 g) r
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。
& @. H. F8 `& q. D: m

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: h) t( t* l+ s X- n( y
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; //上拉输入2 B. {" N1 |+ j0 ?) ^" w. C
3. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;2 N* d7 R8 r& j4 R' J* O
4. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50MhZ
  : x' Y8 j* n5 n* ]' H1 K- d
5. GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
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0 ]& n: H4 y, q1 r6 L$ P/ g

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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* w" c% D3 ?& Y1 O! A: U% d4 ^

2. 查询RXNE标志位

, G- t9 l+ t- I0 x/ P; D# L- N

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;% d; i$ `' y! C" \% N1 ]" ~2 y
int main()* Y" b# [& Z; Q+ {! _$ l
{
6 k( u# H" y+ L. W
Serial_Init();
/ e8 n q$ s' C
Serial_SendByte(0x16);6 C6 K5 G# [# D
while(1)
/ E; v" [* R0 `, K0 p! _
{
( y4 m2 n' @9 S6 x7 P9 E
if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET) //0 循环等待 1 可以接收数据 K( A& z0 i! y8 G! w2 d$ f$ P
{
6 C e4 O5 }8 @! f, `
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
, W' T' G& l4 p9 s
Serial_SendByte(RX_Data);! I& J5 l+ O& Q
}& ?% [4 L3 m7 Y" x! Z6 U! Q& f
}
2 u' s+ }2 A4 P/ V" b
}

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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

+ J- c, Q! ^! |1 W4 G' h5 z

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。

+ L% L( _4 p- |. f8 t& b! p5 X

//开启中断输出控制/ Q# q4 ]+ l/ _* Q
USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
{$ `- H( z& K* H
( \ m8 ?, P+ n* C) N$ @
//配置NVIC
/ j6 v i9 l7 n: B
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); 0 q2 ~+ `$ j# E4 Q* \3 k7 M. F
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
1 x8 A z$ J/ f; J8 S" u+ ]
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn; //选择USART2的中断通道
, T: h! \, d* p% _
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //中断使能- P% z) k; ~! ~- T$ g5 R @& c, t
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
; n* G' v5 @, X4 `8 ? X
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
' J9 `# E4 J; N
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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中断服务子函数

' T$ g' v4 t; R0 }, a' |! T! D7 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)
$ a, D4 k9 Q( z$ M/ v
{
5 M7 u8 s' x& H0 p& b; o6 v' G- d9 t
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET) //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
7 N% F' k/ y o* W4 W
{
( K% C0 ~+ s% U2 ?8 s- u& ~0 a
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);- l3 ?' V% _! a6 C7 C
Flag=1;9 h+ G6 A. i' ]* N
USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE); //清除RXNE标志位
5 k1 Y/ ` j8 q
}
4 ?5 x% X \8 x* W/ s& w' D
}

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主程序测试

" |; m8 T: L; S0 B

uint8_t RX_Data;
. @+ g. w; v# Y8 ?* ]! _
uint8_t Flag; a- x* V+ P( X3 ~1 J$ R) G0 ?# P5 `: u
8 F$ R0 l" ?, X: b ?
int main()) V$ H$ m3 T. S0 S! u* x
{
! J# l K; y# Q1 R; R
Serial_Init(); d g8 g* v l6 n2 R. q
Serial_SendByte(0x16);
3 y) p3 U) G) Z* z' \
' T; R. C, R3 m8 [9 S
% `9 H+ f/ \& h* {/ h
while(1)) h" T! p; g2 i/ {% e7 R
{
' u5 N( `- i' l3 f: v- d
if(Flag==1)
8 y; l5 ]0 _1 e3 Q& X4 O
{
# Y" R6 w8 r3 l1 a5 R/ `/ i8 p
Serial_SendByte(RX_Data);
* B# j3 J d- B$ q
}9 o7 x; X5 U" u- v
}
! n; p# h4 Q2 ?5 ^% O; G
}
# V' \4 f2 U+ M) {) m
% }& s' S5 C( ~" ~: A4 U2 _* w5 R% r
void USART2_IRQHandler(void)
* o6 v$ m% X1 B& \
{: i2 `) d' M% u" _: U3 c3 S& h1 N
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET) //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据2 q3 W/ c2 S, {% _* e
{
) Y) W$ L; d% j1 `) r
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
) `' \( K% o8 p* T7 I
Flag=1;
! k% e4 ], ?; ^$ o' M1 Q
USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE); //清除RXNE标志位
/ ~3 o2 D. ?& i* H, ]
}6 T) g1 b$ x3 y2 F. f3 o; q* C
}