STM32学习笔记06—USART驱动实验

* B3 H. z5 c8 Q1 b: }
6.1 STM32串口简介
       在之前的51单片机开发中已经详细地描述过串行通信协议，但是51中的串口有一个缺点，就是为了使用串口的波特率必须将晶振更换为11.0592MHz，如果采用12MHz晶振就会导致波特率误差太大，以致于串口无法正常收发，但是如果使用11.0592MHz晶振又会存在定时器计数误差（即定时器计数不准确），在STM32中很好地解决了这个问题，并且扩展了串口的应用。
       STM32F103ZET6最多可提供5路串口，有分数波特率发生器、支持同步单线通信和半双工单线通讯、支持LIN、支持调制解调器操作、智能卡协议和IrDASIRENDEC规范、具有DMA等。STM32的USART模块结构框图如下图所示。
- a1 q0 G1 {9 }3 e+ x
( H2 Q( C5 V- D; i) H# }" r4 t+ M我们可以从框图发现，STM32的波特率是低4位表示小数部分，高12位表示整数部分，这就是为什么STM32可以在不更换晶振的条件下使用串口通信。
7 X% M& ~" {- P7 M% W0 j! C6.2 相关寄存器
; H/ ?" A) A& r9 U6.2.1 控制寄存器USART_CR1
  b' y, U  I% n4 q
( I+ x  C: L1 a- V7 bBit 13：USART使能
       0：USART分频器和输出被禁止
       1：USART模块使能
0 v" [2 b) B1 A  k- I* P& S9 BBit 12：字长
       0：一个起始位，8个数据位，n个停止位
       1：一个起始位，9个数据位，n个停止位
Bit 11：唤醒的方法
       0：被空闲总线唤醒
2 l3 D" r! o- ~8 Z9 Z       1：被地址标记唤醒
Bit 10：检验控制使能
       0：禁止校验控制
3 {+ W2 ]8 I3 o$ C8 ^2 `% |0 \       1：使能校验控制
5 a# V- z, l) e8 j' }- EBit 9：校验选择
4 R3 N5 T0 C$ _/ B6 k( q6 T( z       0：偶校验
       1：奇校验
$ I4 j5 Q: m& Y! B! k/ {7 [Bit 8：PE中断使能
" \: R. ~2 }9 \( c/ W       0：禁止产生中断
  P( _7 W( ^/ W' G. J       1：当USART_SR中的PE为1时，产生USART中断
) F$ N# _: w2 Q1 a* L- `/ h  rBit 7：发送缓冲区空中断使能
2 @# R; }5 {" e0 s5 X' H       0：禁止产生中断
       1：当USART_SR中的TXE为1时，产生USART中断
Bit 6：发送完成中断使能
, [' o% B# u+ H3 K8 Y; y       0：禁止产生中断
       1：当USART_SR中的TC为1时，产生USART中断
Bit 5：接收缓冲区非空中断使能
) Z! G) K- m' c% ?% ]       0：禁止产生中断
       1：当USART_SR中的ORE或者RXNE为1时，产生USART中断
3 [0 g: H) n4 C- m/ S( _, sBit 4：IDLE中断使能
4 U2 s; O8 J3 p, N. D& F# A9 ^       0：禁止产生中断
6 u$ v0 o2 k; p+ ^/ M. h! Y       1：当USART_SR中的IDLE为1时，产生USART中断
% A& G; x9 n" X4 VBit 3：发送使能
       0：禁止发送
' z* ?& M: R7 s; ]8 S( a) {       1：使能发送
9 s( K" e5 i3 h  NBit 2：接收使能
       0：禁止接收
& h4 f8 c# S, Y% g  ^" i; Z' {       1：使能接收，并开始搜寻RX引脚上的起始位
* j6 J" o: v8 k' mBit 1：接收唤醒
  P/ h" r9 p( T( E) t3 n" o       0：接收器处于正常工作模式；
       1：接收器处于静默模式
Bit 0：发送断开帧
       0：没有发送断开字符
' v5 [- Z# q- s4 ~; w" [8 Y4 A7 J       1：将要发送断开字符
$ b4 C$ W4 a, ^- m6.2.2 波特率寄存器USART_BRR
- U7 c& z1 f+ }& }  I) Z' h" m
$ P* P2 ^8 c* S1 \; g5 `. @2 E9 tBit 15~Bit 4：波特率整数部分
Bit 3~Bit 0：波特率小数部分
& ]3 O; r; k; L6 w; I注：波特率的计算公式

6.2.3 数据寄存器USART_DR
2 m6 W3 e+ I. |+ s( }* g: t
7 \$ l) K; T$ m+ m9 F" WBit 8~Bit 0：数据值
       包含了发送或接收的数据。由于它是由两个寄存器组成的，一个给发送用TDR，一个给接收用RDR，该寄存器兼具读和写的功能。当USART_CR1中PCE位被置位进行发送时，写到MSB的值(根据数据的长度不同，MSB是第7位或者第8位)会被后来的校验位取代。当使能校验位进行接收时，读到的MSB位是接收到的校验位。
6.2.4 状态寄存器USART_SR

Bit 9：CTS标志（如果设置了CTSE位，当nCTS输入变化状态时，该位被硬件置高，由软件将其清零）
       0：nCTS状态线上没有变化
       1：nCTS状态线上发生变化
Bit 8：LIN断开检测标志（当探测到LIN断开时，该位由硬件置1，由软件将其清零）
       0：没有检测到LIN断开
       1：检测到LIN断开
Bit 7：发送数据寄存器空
6 y( e1 c/ W! o       当TDR寄存器中的数据被硬件转移到移位寄存器时，该位被硬件置位，对USART_DR的写操作，将该位清零。
       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
& c: x( W% N7 iBit 6：发送完成
       当包含有数据的一帧发送完成后，并且TXE=1时，由硬件将该位置’1’。然后写入USART_DR清除该位。
( ^* Z+ G7 l; A1 k4 A0 K       0：发送还未完成
       1：发送完成
9 X8 b; D- ^! t3 [. ?# UBit 5：读数据寄存器非空
' k. E7 m5 _* z  m& u3 o$ G/ J       当数据被转移到USART_DR寄存器中，该位被硬件置位。对USART_DR读操作可以将该位清零。
       0：数据没有收到；
  u0 t7 Q* {# n3 A. u7 y       1：收到数据，可以读出
) A8 {* D# v  N6 ^# p3 wBit 4：检测到总线空闲
       当检测到总线空闲时，该位被硬件置位，则产生中断。先读USART_SR，然后读USART_DR清除该位。
9 \( s* `5 U0 ?5 R2 p       0：没有检测到空闲总线
       1：检测到空闲总线
. |! u9 o) D2 {5 Z5 e1 o/ |* \Bit 3：过载错误
* j2 C6 Y$ u7 S/ d* I! ~       当RXNE仍然是1的时候，当前被接收在移位寄存器中的数据，需要传送至RDR寄存器时，硬件将该位置位，先读USART_SR，然后读USART_CR清零。
       0：没有过载错误
# ~' [' b- Q/ d       1：检测到过载错误
Bit 2：噪声错误标志
- y5 d3 b% l, L7 B: v" p: k       在接收到的帧检测到噪音时，由硬件对该位置位。先读USART_SR，再读USART_DR清0。
6 a& w- k) W) U! B% G       0：没有检测到噪声
4 |- b) ^! T. E8 W/ F$ P       1：检测到噪声
Bit 1：帧错误
( R# P. x$ ?4 h* X       当检测到同步错位，过多的噪声或者检测到断开符，该位被硬件置位。先读USART_SR，再读USART_DR清零
       0：没有检测到帧错误
0 y- A" l2 q" Z9 Y0 @4 Z, I4 @       1：检测到帧错误或者break符
Bit 0：校验错误
. h/ k/ z% ~# U6 ]) b       在接收模式下，如果出现奇偶校验错误，硬件对该位置位。依次读USART_SR和USART_DR清零，在清除PE位前，软件必须等待RXNE标志位被置1。
       0：没有奇偶校验错误；
$ I. \: D1 [; [# Z$ a       1：奇偶校验错误
0 c/ c8 W# S% q! \- ?& ]. F6.3 printf函数重映射
" h0 z+ W( }$ _: D- |学习C语言的时候会经常用到一个函数，就是格式化输出printf，这个函数的源代码如下所示。
; G) O0 H- Y# a* O; m9 g! i
9 ~& q( a: [  N) A 从上图可以看出来，printf函数实际上的核心是putchar函数，在KEIL中，由于我们使用了MicroLIB，所以putchar函数改为了fputc函数，此时，我们只需要修改fputc函数就可以完成printf重定向，重定向代码如下图所示。
6 W8 y, d- N$ Q; Q
6.4 串口例程
使用printf函数将串口接收到的字符串发送出去。
（1）底层寄存器文件stm32f10x.h添加串口寄存器地址。
. g2 o& v  ]- b( p5 x7 n （2）在SYSTEM目录下新建usart1目录，并在usart1目录下新建usart1.c和usart1.h两个文件。

（3）将usart1.c和usart1.h两个文件加入工程。
（4）在usart1.c文件内写入以下代码。
（5）在usart1.h添加以下代码。

: T/ g- y4 E7 s. X; k: |6 W" Y1 S（5）在1.c文件中添加以下代码。

6.5 实验结果
* x: I( e% C9 c  K: K$ x) N5 A



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