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。

2 W& C: [) [7 B3 W' W7 C

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。

6 w0 ~$ F" H1 q" y0 h/ P3 e. e

对应的STM32引脚分别是RX和TX端。STM32的串口资源有USART1、USART2、USART3.

$ @: Z: v9 C* U" {

串口的几个重要的参数:

. W. H  r1 K! x

• 波特率，串口通信的速率
  
  
• 空闲，一般为高电平
  
  + v7 l  V' ^! T* W3 `/ s
• 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)
  
  6 @0 T; G2 Q9 d8 q2 _: M

7 n7 F4 `4 Y4 _4 O: @( O

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。

1 s- f5 m( e/ ~* z+ c% s1 f

' E6 @& T. V5 p, y) b

* M3 v8 ^+ u# b# {0 d

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

/ U- q/ s. h% e0 ^0 @7 ]. I

• 发送数据寄存器TDR
  
  1 o4 k, I8 ~4 ]1 z
• 发送移位寄存器，把一个字节的数据一位一位的移出去
  
  
• 接收数据寄存器RDR
  
  
• 接收移位寄存器，把一个字节的数据
  
  6 H, i4 E+ ~, M, X1 ^5 e

" j1 T( x4 M; J. J( y. w! o

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。

' h& w( O8 v' }; y

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。

' d+ L2 _  a9 W) V7 s

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。

1 Z. s. a! s# S

7 \0 P/ ^+ E' u* K0 v& u

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

  i& u/ i  G3 W0 k2 k/ N6 ]" A

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。

7 A7 ]& a9 [6 P! N6 d) @

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。

1 ]2 e& L/ A, [$ m

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。

! w6 ]+ o' z) B/ c

9 V; c$ V$ U' N$ w- S6 f

下图即为串口接收的工作流程

  e; |1 z4 Y; v4 P0 e) _/ L# i

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

1. RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);  //开启USART2的时钟
   & G7 y5 {  q- P0 Q0 ?6 P
2. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);   //开启GPIOA的时钟

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( F5 w! y- S* X1 ^! G

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。

# A# [  g& X4 d# N! f  _. m' F

USART2对应的引脚

# ^  M0 p) U7 y% b

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。

/ L% Z5 `3 c) M

**比如我这里只初始化TX发送端**

1. //TX端
   
2.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   2 e; t5 Y, g2 d4 u- G6 V
3.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
   
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
   
6.     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

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& ~4 x( A  S) N% J# N5 v

3. 串口初始化

% ?8 m4 @: d3 S6 O: R/ N

注意哈，USART_Init()这个函数，是用来配置串口的相关参数的。

$ A& }8 R1 w# p

• 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
  
  9 h8 ]7 P) y$ J% b) s
• 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
  
  
• 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
   2 s% R6 S: x2 b3 g0 T; j
2.   USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
   2 g7 H; N0 C& ?8 N
3.   USART_StructInit(&USART_InitStruct);  //初始默认值
   
4.   USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
   
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
   $ g- }/ F8 [) p2 T( ^% M
7.   USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No;       //不选择校验
   4 K: N& y! k5 \0 {. ?1 b3 E
8.   USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1;      //停止位1位
   
9.   USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;  //数据位8位
   ' o; v) E5 j2 q7 I  A# u
10.   USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);

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5 |" E6 D0 z# \+ w' e* J& Q

4. 串口使能

1. //串口使能
   & o: ^/ c1 `$ q; t6 o
2.    USART_Cmd(USART2,ENABLE);

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5. 串口发送数据

9 E4 b4 D( J1 ]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。

. T* N# d2 g- N

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)
   0 U% J/ \" n5 L
2. {
   ; T' N* K: u1 y& r! u
3.   USART_SendData(USART2,Byte);
   
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
   9 w* Q) V( H. L7 W" `- b! m. X  X
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  
   
6. }

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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。

2 E* s$ q# f; [+ S( a2 R

下方为发送数据图例，STM32向串口发送0x16数据

7 b3 T  J3 ]* m5 {4 b. d, z& E
# d  a7 L% i3 s7 Y% \) M: C

7 L0 I6 e. `! G# `" A

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？

7 o0 b1 h$ l5 L" i0 M# j' s: r

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。

( j* }2 i* a# r, s/ s, @' s

• 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。
  
  : u! X$ V; j9 y0 j) P+ b; K3 D
• 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。
  
  # t8 a0 y  _+ @- |0 C' d5 U3 ?7 D) @

1. 需要更改的地方
2 t9 r4 \0 V! M( t

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
  
  ' V. X' r' g0 G# W

1. //RX端
   - f6 Q. b* W" W" R. M" J8 c
2.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
   6 e( i5 v5 A8 P3 H3 _
3.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;
   # a+ V( R, Y2 P, u2 y
4.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
   & I( i/ C2 c8 G$ R1 s  J$ W
5.     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

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& \' O# y' K7 s

• 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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3 l+ \" n7 \1 q0 S. v

% s3 W9 b/ Z# [  B

2. 查询RXNE标志位

4 u6 l0 u; z2 m- G) f2 d( L' \

这里我们还是来看一看RXNE标志位的描述

9 l$ E+ Q! }4 @' T1 F

8 H9 W- {, R4 q+ l5 N3 {. R: F8 K

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()
   
3. {
   
4.     Serial_Init();
   
5.     Serial_SendByte(0x16);
   : H1 t' p* f+ \, n. `2 m4 D! b' |
6.     while(1)
   ' E9 c% b  m/ u5 c
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);           
    , Y. V9 a0 y8 a8 `, h$ ~; a9 [
11.       Serial_SendByte(RX_Data);
    
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。

  z5 X- V5 |+ E$ O

$ d( W8 x6 e* S. q9 ~4 }

6 |4 u2 c+ b: B6 J, T& ?

3. 使用中断

' ~8 k* z" D+ c7 k) C

• 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
   ' ?, a2 \6 o+ j2 V7 @& \6 h
2.   USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
   
3.   
   ( O0 o3 b# F! O% x. r; a
4.   //配置NVIC
   * ^- B$ p' w& A+ Z
5.   NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
   1 c8 ?" P. N  i& x- K4 p
6.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
   
7.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;   //选择USART2的中断通道
   2 i3 ^& {/ S( `4 P
8.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;    //中断使能
   1 r2 |5 j5 o" @9 e$ \" D
9.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
   * n# M( Q1 O, s& O, Q
10.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
    ' k  |8 J* K! k9 _. i3 Y3 V) G
11.   NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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) z4 b$ I1 j& g0 f

: S) Y; l3 ^( C# Y

• 中断服务子函数
  
  

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)
   
2. {
   
3.   if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
   - J9 E8 g& g0 j, w# N
4.   {
   
5.     RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
   
6.     Flag=1;
   
7.     USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
     E3 J, p6 n" w1 E8 g& ?
8.   }
   % T/ E2 B  q& r, ?& @1 [
9. }

复制代码

! n9 W/ K4 i6 M+ ?* r  @3 m- K

• 主程序测试
  
  5 n! d) h1 l' ?& A. f7 i% c

1. uint8_t RX_Data;
   9 ~0 Q% o" ^( G
2. uint8_t Flag;
   
3. 
   
4. int main()
   " x9 B0 ]. H9 e( p, u
5. {
   
6.     Serial_Init();
   
7.     Serial_SendByte(0x16);
   3 q/ W6 Q' H7 B3 L( `/ i1 Z  U
8. 
   
9. 
   
10.     while(1)
    0 [0 U* ?- H+ m) w! U/ _, T
11.     {
    
12.         if(Flag==1)
    
13.         {
    
14.             Serial_SendByte(RX_Data);
    
15.         }
    7 C6 k2 l. B$ i
16.     }
    
17. }
    # u% @$ C8 s' t1 C: `5 n
18. 
    
19. void USART2_IRQHandler(void)
    
20. {
      k1 ~/ N# Y0 ^
21.     if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
    8 i! a" K$ N8 q9 K" z& H
22.     {
    
23.         RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
    
24.         Flag=1;
    1 ]8 w) q  c6 F! S
25.         USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
    4 p% g: c6 }5 B3 @+ i1 q
26.     }
    
27. }

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" S- y1 W) @/ a- D6 l9 C1 X# I) ~

* m% a. N9 x3 C$ w1 P+ s

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。

% h% a2 J( @  n

4 V3 w/ j; s! X7 d5 l% z

1 Z& Q$ P( v% C+ j5 g( o- O  h2 j

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。

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。

如果有什么写的不对的地方，欢迎指正！

转载自： 古月居

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5 q' T5 K# M& e4 j  a
* P" Q( Y0 V( }0 c& _$ t