
前言 众所周知,串口通信是MCU最基本的通信方式,对于STM32来说也是如此。本文重点讲述STM32单片机的串口通信,主要包括的内容是:通信基础知识、串口通信原理、USART有关寄存器和自定义编写串口通信函数。7 G1 U" [" e% k9 }5 S/ |# y * ^+ f; @! L1 |' z& {5 T/ Y) e0 s& _ + s7 H; K& r `$ I 一、通信接口背景知识 1. 并行通信和串行通信% Q' C8 N4 p+ q7 p% i6 | 所谓通信,其实说白了就是处理器与外部设备之间的交流,就像电脑连接键盘、鼠标或打印机之类。计算机领域的通信一般有两种方式,即并行通信和串行通信。这两种方式的优缺点对比如下:) E, _' }6 W: ?2 x' p% ~+ Y 7 d- q4 ]$ P# u8 A2 V 并行通信* ]3 P6 Q* G& i' [3 ^ -传输原理:数据各个位同时传输。, d1 |- r2 s6 B7 v* ~ -优点:速度快, {$ w6 v7 ?% r -缺点:占用引脚资源多( D1 t" H( x& ?* f' q t- x: D 1 ?$ e% I. @& F, z' o7 V1 g- u 串行通信 -传输原理:数据按位顺序传输。 -优点:占用引脚资源少& C3 R6 K9 L9 S. w$ `* n, o! K -缺点:速度相对较慢 ; S+ w' G8 s$ [5 u( g' c6 }4 ^ 5 M% ?* r9 p! C1 x 2. 串行通信的分类 由于本文所讲的串口通信属于串行通信,所以就不对并行通信做过多的讲解了,下面是串行通信的分类,按照数据的传送方向可以分为:0 w$ S$ W' c8 L9 ^3 g0 C3 n ) Z3 q. z6 y R: G" Q1 |4 J q 7 L: ]2 N5 l8 a- }/ h 单工:数据传输只支持数据在一个方向上传输 半双工:允许数据在两个方向上传输,但是,在某一时刻,只允许数据在一个方向上传输,它实际上是一种切换方向的单工通信; 全双工:允许数据同时在两个方向上传输,因此,全双工通信是两个单工通信方式的结合,它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。3 }' \0 j1 E' }! l4 k / y3 ^( R# |( O) C 为了清晰的表述这三种传输方向上的区别,我们看下图:# D. _" F" f V8 Y/ }( k ![]() (a)单工通信 (b)半双工通信 (c)全双工通信& l" s$ s7 X1 k4 a0 n 另一种分类方式是根据通信是否有时钟信号来划分的,分为同步通信和异步通信。/ m6 L3 ^" c/ N; r+ u 同步通信指的是带有时钟同步信号,比如:SPI通信、IIC通信;7 H0 ~; E) l7 m. [4 c3 l6 D 异步通信指的是不带时钟同步信号比如:UART(通用异步收发器),单总线。 我们以下面的表格来详细对比串行通信接口2 M1 C" ?, ^0 K6 r& P( O ) f& C' k- @/ k# j. U. Q* N ![]() . F1 w9 N" z6 V 二、STM32的串口通信基础6 r# Y8 s) M0 b0 Y) s% h5 d 1. 串口通信接口% _: z$ ^+ p( M+ z$ ] STM32共有两种串口通信接口,分别是:UART通用异步收发器,USART:通用同步异步收发器 - d; @3 r4 p; w9 \8 u* s6 j 6 L; G/ n9 {$ P, ~' B6 [ 对于大容量的STM32F10x系列芯片,包含3各USART和2个UART。UART异步通信的引脚连接方法如下: ![]() ![]() 5 W9 f" H/ S$ R9 }$ I L # B- p, L0 M; n! M0 k, w 这里需要注意的是:TX引脚要连接另一个控制器的RX引脚,反之RX亦然。 % Z c! v6 o) f Q* R5 S 下图是STM32大容量芯片的5个串口对应的引脚号,可以通过中文参考手册查询8 p, l4 S4 F( s6 C0 r 4 ~2 Y* Q) V9 v/ T( `' G8 { ![]() # x" P. }) A7 w0 x% C$ ?0 I- q , h( R6 ^. o* }4 J3 Z9 s. F. j 查阅官方手册,UART异步通信方式的特点如下:. q; H( q5 s, a- q* j9 P 全双工异步通信。 分数波特率发生器系统,提供精确的波特率。发送和接受共用的可编程波特率,最高可达4.5Mbits/s 可编程的数据字长度(8位或者9位);+ }- _7 w/ j$ ?% t' P% b3 a 可配置的停止位(支持1或者2位停止位);2 D/ c1 O+ v, o& s E: V 可配置的使用DMA多缓冲器通信。" a' ]# M% v( \$ X7 G" V 单独的发送器和接收器使能位。: i/ t5 M) Z) U* L* ? 检测标志:① 接受缓冲器 ②发送缓冲器空 ③传输结束标志 多个带标志的中断源。触发中断。( _- ]+ h4 B$ {8 y 其他:校验控制,四个错误检测标志。 ! S, a/ L1 w- b8 c4 \ + b- d& j: |! o8 F. f 2. 串口通信框图 r( P: l; j$ ]2 b5 a$ F( q* L 学习STM32单片机的外设,最重要的是要理清楚它的框图,下图就是串口通信的框图: ![]() ) {+ g& @& t) R+ \! H% ` 从这个框图可以看出,STM32的串口通信是由最下面的波特率控制部分产生波特率,给来自PCLK1/2的时钟做预分频,再经过1/16分频后传给发送/接收其控制,最后分别发送给发送移位寄存器和接收移位寄存器。这两个寄存器分别在发送数据寄存器(TDR)和接收数据寄存器(RDR)的控制下完成和外部之间的数据发送和接收。 7 F- ]- r( Z# G& B8 D 3. 串口通信相关寄存器 STM32串口通信的相关寄存器共有3个,分别是:/ O- T5 i' H+ \( _3 @ USART_SR状态寄存器 USART_DR数据寄存器6 l# {" }- F. \7 H* C4 B USART_BRR波特率寄存器0 K! c" O! A, x* C! h % ]) r2 J7 k$ O: [% m! t 6 S, o2 S! C/ x4 d 下面是来自中文参考手册的部分截图介绍: ![]() 1 a# z) X {- Z/ e1 [( h& a ![]() 6 d5 d: V- ?7 l" L( n i1 C ![]() . U$ }0 x. d" m. i) T) [ ![]() ( O" j) k+ Z7 ~" K ![]() 1 \: d6 }7 h0 i) `9 {, l 还有一个寄存器是控制寄存器,用来存放串口的控制和中断相关配置位,这里不做展开了。# z4 t( ^. |3 I# c% a& H , Q4 t8 r% a- R; W, G 建议大家在学习基础外设(GPIO、定时器、外部中断、串口通信等)的时候不仅可以熟悉库函数的编写过程,寄存器编程也同样重要,不一定要掌握,理解即可。读者不要被寄存器编程吓住了,其实串口的寄存器相对于GPIO是很少的,配置过程也比较简单。# g: n3 m5 h+ K8 f6 h3 ~8 d: Z 4. 波特率计算方法" K7 ?/ C2 E& D& n3 _* P , n( U! J* E u. v' y: w , e! ]1 T" i s. ?; [4 B ![]() T$ F7 P7 {+ A D( B/ f; L/ n$ X( f ![]() 这是官方文档的信息,波特率预分频器是分数预分频器,为什么小数部分要乘以16呢,大家可以理解位最后的小数是四位,四位二进制的1111正好就是16(15)。 三、库函数配置/ K6 q& P4 P. Y 1. 串口配置一般步骤 T s% N% p- A 串口时钟使能,GPIO时钟使能:RCC_APB2PeriphClockCmd();$ r; Y* R$ b8 h 串口复位:USART_DeInit(); 这一步不是必须的4 H, F5 V5 F; L8 U9 e GPIO端口模式设置:GPIO_Init(); 模式设置为推挽复用以及浮空输入或者上拉输入(具体可参照中文参考手册)/ k* u, G& w7 O, A6 n$ w. y8 K 串口参数初始化:USART_Init(); 开启中断并且初始化NVIC(如果需要开启中断才需要这个) NVIC_Init();USART_ITConfig(); 使能串口:USART_Cmd(); 编写中断处理函数:USARTx_IRQHandler(); 串口数据收发:void USART_SendData();//发送数据到串口,DR uint16_t USART_ReceiveData();//接受数据,从DR读取接受到的数据9 F# V5 f: J P- c 串口传输状态获取: FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG); 0 g: @9 o* T! V& J. ? void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);* g- G8 j) u4 ^: |% t2 J: o# @3 j! q ————————————————8 s/ w8 c8 m0 I 版权声明:KevinFlyn . K9 a) u" ~: y( F. \7 F 如有侵权请联系删除 |
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