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【经验分享】STM32串口通信UART使用

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STMCU小助手 发布时间：2022-2-7 21:16
uart使用的过程为：
  • 1. 使能GPIO口和UART对应的总线时钟
  • 2. 配置GPIO口的输出模式
  • 3. 配置uart口相关的基本信息
  • 4. 使能uart口的相关的中断，如接收中断、空闲中断等
  • 5. 编写中断接收函数
  • ( T+ ^! a( a- n
配置对应的GPIO口
对于STM32F4_Discovery开发板而言共有五个，选择UART5作为实验串口，其对应的IO口为PC12、PD2。
  • UART5_TX: PC12
  • UART5_RX: PD26 |' z# _4 M7 H7 p* L
首先需要将对应的GPIO口配置为复用功能，如下所示：
  1. GPIO_InitTypeDef gpioInitStructure;/ [4 E' j  f! C7 U/ z. T6 t- h1 R
  2.         //
    ' z  [' t: J& ]0 Q7 [. k) y+ N
  3.         // 使能对应的GPIO口时钟) [- R  C4 I1 m" A5 S
  4.         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC | RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);
    1 ]" U- N: w- }- k; ~/ X, U
  5.         //
    4 u9 V. A6 a$ V6 B4 j' m
  6.         // UART5 TX:PC12  RX:PD22 [  r7 y3 o; F
  7.         //
    ) a, c, G4 b  }: ^; [' [$ T2 K1 Q
  8.         GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_UART5);
    9 L# ?* m2 B! Y) z$ F% d& ]3 H
  9.         GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_UART5);
    & W+ p" n4 r$ S' J( ^, Z' h
  10.         //. ~% o8 J- j; m; r5 Y% F
  11.         // PC12        ! Z" e1 ^* Y/ X* |8 c3 `" P
  12.         gpioInitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
    3 y6 m9 i3 ^+ l$ P, V4 f
  13.         gpioInitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;* |7 `: O" u: B8 J
  14.         gpioInitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    - ~& l% j. O: m- ?+ ?
  15.         gpioInitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;  t0 o" I; O2 c6 L+ Z8 k) E9 T
  16.         gpioInitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;        8 Q4 r! M4 e$ i' ]% ~$ ^0 f
  17.         GPIO_Init(GPIOC, &gpioInitStructure);        ( d- a+ F5 L& u9 X
  18.         // PD2! M' @- ]% U! J
  19.         gpioInitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;4 h* O3 r6 k- d; U: N
  20.         GPIO_Init(GPIOD, &gpioInitStructure);
复制代码

# G/ o6 q5 ^1 |7 l% T+ b
对于GPIO口的配置，实际上是对GPIO各个寄存器的配置。GPIO_PinAFConfig()函数作用是配置GPIOx_AFR寄存器，每个口的复用功能选择由四个位来配置（具体参考STM32F4XX参考手册），因此16个GPIO空需要两个32位寄存器，在STM32F4处理器中，分别是GPIOx_AFRL、GPIOx_AFRH。而在库函数中，将寄存器的地址对应到相应的结构体上，与这两个寄存器放在一个AFR[2]数组中，如下所示。
  1. typedef struct0 [& L) S* h8 [' l, i% h( M
  2. {
    0 a" h2 c* u+ B# S
  3.   __IO uint32_t MODER;    /*!< GPIO port mode register,               Address offset: 0x00      */
    1 S8 E2 d/ w, p" o0 z
  4.   __IO uint32_t OTYPER;   /*!< GPIO port output type register,        Address offset: 0x04      */9 D2 `8 H2 ^- J. Y! P
  5.   __IO uint32_t OSPEEDR;  /*!< GPIO port output speed register,       Address offset: 0x08      */% X! e0 b: F6 {' h* B
  6.   __IO uint32_t PUPDR;    /*!< GPIO port pull-up/pull-down register,  Address offset: 0x0C      */
    + v/ b' u! A) g: `; M
  7.   __IO uint32_t IDR;      /*!< GPIO port input data register,         Address offset: 0x10      */1 {1 `: u: ~9 x; d3 m( n+ B
  8.   __IO uint32_t ODR;      /*!< GPIO port output data register,        Address offset: 0x14      */
      j* O5 m5 c# |: O
  9.   __IO uint16_t BSRRL;    /*!< GPIO port bit set/reset low register,  Address offset: 0x18      */, w9 Z4 l9 h/ _; |
  10.   __IO uint16_t BSRRH;    /*!< GPIO port bit set/reset high register, Address offset: 0x1A      */9 P. J% p$ b6 L) Q# Z
  11.   __IO uint32_t LCKR;     /*!< GPIO port configuration lock register, Address offset: 0x1C      */2 a) f  _# F& I5 Z% T, l
  12.   __IO uint32_t AFR[2];   /*!< GPIO alternate function registers,     Address offset: 0x20-0x24 */
    / `8 ]" z, }% H" [# U, c
  13. } GPIO_TypeDef;
复制代码

6 w6 N! `. M1 e
GPIO_Init()函数作用是配置GPIO口的输出输入功能，将GPIO_TypeDef结构体中的寄存器依次配置为相应的模式。
GPIO口配置完成之后，需要配置UART口。
0 f( P. F1 c8 N& L; U
UART口配置
配置UART口的同时，需要配置对应的接收中断，对应代码如下：
  1. NVIC_InitTypeDef nvicInitStructure;4 L* D; e9 \! p  z
  2.         USART_InitTypeDef uartInitStructure;
    . C3 u" K& N% Q7 B/ [' x
  3.         //使能uart5时钟
    1 ^; V+ |: u; Z" I& V- W
  4.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_UART5 , ENABLE);3 ~8 E, d, F4 a& r# ?* \3 p2 H  ^
  5.         //
    , o3 H0 R0 V" I9 W$ r" X
  6.         // 配置UART5
    ) h& W$ \& o4 W& E! P4 U' A
  7.         uartInitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    1 v/ k" q* T5 A2 G0 i. ~- T
  8.         uartInitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
    / a6 U4 W9 r) p1 G3 u% \7 B, m: E
  9.         uartInitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;* V3 s3 ~; s. ~
  10.         uartInitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    7 E1 O8 l' ]" `+ O2 m! Q( W
  11.         uartInitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;1 G$ w* g0 i; S  x% s: Z! x  v
  12.         uartInitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;( ^, y5 b, U- Y& G1 ?
  13.         USART_Init(UART5, &uartInitStructure);& y& A& }" V; P8 J/ Q$ \. F
  14.         //3 N) U6 g( U9 U- S- P- c- x
  15.         // 配置外设接受中断* r  f* \, o# c2 q
  16.         nvicInitStructure.NVIC_IRQChannel = UART5_IRQn;        ; a1 ~/ c; N& ?" _# A
  17.         nvicInitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    2 d) h- z5 u' x, y% Z
  18.         nvicInitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    % z: c% H3 o$ Z
  19.         nvicInitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;' G* H( \& L3 H; a/ A% X' i
  20.         NVIC_Init(&nvicInitStructure);# k; b( ~, B0 r& X
  21.         //1 ?9 \# o  N( N7 H: X2 B" |) I8 [
  22.         USART_Cmd(UART5, ENABLE);
复制代码

  f- L! |+ f& M
配置UART5的过程主要由USART_Init()函数实现，该函数完成对UART寄存器的配置。在库函数中，UART寄存器如下所示：
  1. typedef struct- v1 m3 @8 K, g. y4 r2 V6 u) X5 t
  2. {
    : q/ w' l3 P/ I! u  R) e" x/ ^
  3.   __IO uint16_t SR;         /*!< USART Status register,                   Address offset: 0x00 */
    8 m  L. T1 l6 Z, f. {7 L
  4.   uint16_t      RESERVED0;  /*!< Reserved, 0x02                                                */
    # K1 ^& f  T, O3 k4 F2 q
  5.   __IO uint16_t DR;         /*!< USART Data register,                     Address offset: 0x04 */
    " _# u8 l. S' F" {. R% h
  6.   uint16_t      RESERVED1;  /*!< Reserved, 0x06                                                */# S# i+ d  }( ~% w  D8 G4 d5 C0 Z
  7.   __IO uint16_t BRR;        /*!< USART Baud rate register,                Address offset: 0x08 */
    - _( \2 i, ^5 `2 q
  8.   uint16_t      RESERVED2;  /*!< Reserved, 0x0A                                                */
    ' P3 M: H) ]$ w- P2 I. m
  9.   __IO uint16_t CR1;        /*!< USART Control register 1,                Address offset: 0x0C */- b! r5 k$ i1 B$ D( q8 z+ \
  10.   uint16_t      RESERVED3;  /*!< Reserved, 0x0E                                                */6 s/ H+ i; M" g( l- C
  11.   __IO uint16_t CR2;        /*!< USART Control register 2,                Address offset: 0x10 */
    + e0 o- A9 d& z) W+ y
  12.   uint16_t      RESERVED4;  /*!< Reserved, 0x12                                                */2 B& u( o% E) d. }
  13.   __IO uint16_t CR3;        /*!< USART Control register 3,                Address offset: 0x14 */
    8 s4 H) w/ ]6 D! D6 L6 e  q
  14.   uint16_t      RESERVED5;  /*!< Reserved, 0x16                                                */: G* t7 R+ N2 J
  15.   __IO uint16_t GTPR;       /*!< USART Guard time and prescaler register, Address offset: 0x18 */+ D; B" [* w: n5 c
  16.   uint16_t      RESERVED6;  /*!< Reserved, 0x1A                                                */
    + f* r1 Z* O& L
  17. } USART_TypeDef;
复制代码
% b% ~1 \1 x4 e! t5 `1 f1 q/ s
UART寄存器详细内容可以参考STM32F4中文手册，这里简单介绍下以下几个寄存器：
  • SR寄存器：状态寄存器，包含了一些标志位，如TXE（发送数据寄存器为空）、TC（发送完成）、RXNE（读取数据寄存器不为空）
  • DR寄存器： 数据寄存器，只用其低9位（DR[8:0]）。当发送数据时，将数据写入该寄存器，该寄存器将数据发送到TDR或者移位寄存器发送，当数据写到移位寄存器时，TXE标志置1（数据写入时置0）。TXE为1时可以继续写入数据，否则新写入的数据会把原有数据覆盖。读取数据时，也是从该寄存器读取数据。
  • BRR波特率寄存器：波特率寄存器，用来设置波特率的值。
  • CR1寄存器：包含使能位UE、字长M、过采样倍率、奇偶校验、接收使能、发送使能等控制信息。: r: s( @& T* x) n* N
数据收发单字符发送       
* m1 n4 p% T/ q" k5 p9 b) h
  1. //发送一个字符，USART_SendData函数实际就是将字符写入USART_DR寄存器# a  W; t: Q, Z+ \. n" m- M
  2.         USART_SendData(pUSARTx,ch);
    6 n/ a# [) Z( O, q# X. x! U# Z! R
  3.         //$ l1 I5 P: _7 E) `+ X
  4.         //等待发送寄存器为空，只有当USART_FLAG_TXE == 1 时才可以继续想DR寄存器写入数据，否则会将上一个数据覆盖掉。
    2 {2 P: m& J! h  K  T2 O4 b
  5.         while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET)
复制代码

6 E) H0 q$ J; k3 X& |  d1 a
& y7 M6 q# d3 m2 W# z, y) b) u字符串发送 1 ~% \0 H' R2 F; n  D6 L
  1. /***************** 发送字符串 **********************/
    & \8 F4 c& u3 R: ]
  2. // 发送字符串是每个字符依次发送，相当于循环执行单字符发送函数。
    & |4 {6 l7 V6 F) B1 n. V8 S4 @; a9 i
  3. //
    2 O1 R$ E8 e" E/ Y* w& b
  4. void uart_send_str( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
    $ t) C% g9 A3 j: J
  5. {" y* f9 U3 Z- h
  6.         unsigned int k=0;
    - l$ G; r# U( o: L8 H7 _
  7.         //, u9 N, ^; l8 a4 m, U! W
  8.         do {" e/ _0 J& y& J2 x7 E; L% a  \  C2 u% E
  9.                 uart_send_byte( pUSARTx, *(str + k) );
    8 v* Z7 l2 c  `, m2 K& R
  10.                 k++;) S) `- ?* `' l4 q) b  ?
  11.         } while (*(str + k)!='\0');
    7 Y9 _( x# S2 R+ ~; ?
  12.         //# r: M5 ~2 S" z/ A+ K# _
  13.         /* 等待发送完成 */
    ( w. z0 s! P" b( X! s+ q! V
  14.         while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET) ;; A/ P3 r4 z2 F2 T6 C5 \
  15. }
    " h) s, F1 q: F$ x3 B5 C* R* \  O- y
  16. //6 ^; h' p. z) \+ _+ |
  17. // USART_FLAG_TC为1的条件是，DR寄存器为空并且以为寄存器也为空。相当于所有数据都发送完毕
    3 J: V' u* ~: ?+ ]1 a* E! g) Y
复制代码
字符接收
4 @; i! r& n9 X, M; n" j
  1. uint8_t ucTemp;       
      r7 t# X4 m# d) W6 n
  2.         if (USART_GetITStatus(UART5, USART_IT_RXNE)!=RESET){6 {# u3 h1 N6 f+ h9 I1 I
  3.                         ucTemp = USART_ReceiveData( UART5 );1 A* D# h, L; f6 E/ [0 }
  4.                         // USART_SendData(UART5,ucTemp);
    - r; A, i# I$ j& R: M
  5.                 }8 e1 }6 H: _# [( ]0 `3 Q
  6.         // USART_ReceiveData()函数是将DR寄存器读取并返回* F2 }- }% f* u1 Z  }
  7.         // USART_IT_RXNE不为0表示数据寄存器中有数据，需要将其读出。1 u9 z; O* A5 t1 h; c
  8.         // 每次收一个字符，USART_IT_RXNE会被设置为1，直至数据被读出，USART_IT_RXNE再次被设置为0.8 ~8 ~: v0 R2 `7 v7 y2 M
  9.         // 同时，USART_IT_RXNE也被设置为中断的标志，即接收到数据时，进入中断。) i9 R6 ^* |( c( L9 ]
复制代码

5 X: J# r) e) R! G6 ^% u9 F3 c2 x# P' J! F" ?2 a
6 w1 @! R' k! r
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意法半导体微控制器和微处理器拥有广泛的产品线，包含低成本的8位单片机和基于ARM® Cortex®-M0、M0+、M3、M4、M33、M7及A7内核并具备丰富外设选择的32位微控制器及微处理器。关注该话题即可发布文章！

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