STM32的串口通信

- w7 a3 t4 u9 l% B

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。

' x- a# z( f$ h* w9 }$ D

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:

$ e) l. ~" a. h

• 波特率，串口通信的速率
  
  ' j. D# [; W4 ~% _5 U1 h
• 空闲，一般为高电平
  
  8 U. v, f$ A4 e# ~! ^8 k8 G& c( 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。
  
  / X4 n% _7 R+ G1 r) Z2 k, t( O
• 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。
  
  % j* J% Z2 N$ g' I/ P8 P! G
• 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)
  
  

" t" e  |5 w0 j8 j2 C3 G

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 q4 o. t- f& o) c

1 O" G! Q& _3 f8 J: m% i
4 |. O2 g- ^8 n& J

. O& \3 ]6 \8 k. @

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
  
  1 x/ V2 x7 ~9 k+ 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
  
  3 A& Y8 b$ Y- N5 K: E
• 接收移位寄存器，把一个字节的数据
  
  

( r; z+ s9 a/ A: X- ?

下方为串口的发送和接收图解：

! o6 c- M* Y6 I; g: V' Q( Q0 [

- H+ B: @; L: T+ V; a1 y

串口发送

: X( @' p) y7 D' [/ T, R1 f- _, h& @

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。

( u" l; d5 s, {( l1 _; @, ~4 ^% v. l

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。

. I- V$ L2 M9 Z5 L

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。

: b7 _! e. O5 L7 H" Y, w0 ^

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。

1 o5 x  B$ ?. |8 F8 `

( \' W1 J7 b4 h* D  D

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。

+ W5 A4 q3 Y4 }

串口接收

! F" n* l# `  S; n: y

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。

; Q' z2 j+ ^) u1 m; L! F$ b

下图即为串口接收的工作流程

& [% W, E6 f0 K1 O

三、串口在STM32中的配置

. I# S# `* B- I" q  Q, R: D' J2 [8 t

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？

; ?! n% r) G% }' H4 M* c

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
   : m9 f' c) u3 e$ F' ^+ d- {: |
2. 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

; x1 g$ n" |3 h8 b

6 X3 m) ~7 ]2 `2 D& x

USART1对应的引脚

: t- _3 E1 Q: u8 P+ m* y8 G

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。

0 w0 N% Q9 P, ~- n7 h& t. o

**比如我这里只初始化TX发送端**

1. //TX端
   
2.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   . B! e7 |) V/ `% B4 M
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
   / L) g6 x7 p& f( F' A" g. F6 [
5.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
   
6.     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
  
  % ^8 J. M6 e/ ^% [2 x: {
• 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
  
  : Y0 h; U' y. w* V
• 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
  
    g5 M! p" W$ Z
• 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
  
  " ^0 s6 a0 ?/ Y

1. //串口初始化
   
2.   USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
   
3.   USART_StructInit(&USART_InitStruct);  //初始默认值
   - y! A9 |+ ~. g
4.   USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
   & l1 Y' Z; w0 y: Q& G( B8 V
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
   
7.   USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No;       //不选择校验
   & I  M4 C, y+ Q4 {; I4 g& k: Y
8.   USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1;      //停止位1位
   ; t( Y  H  ]  }: S, f* y1 r$ Y
9.   USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;  //数据位8位
   * x+ v5 B( ^: |. F8 u. W2 U# X
10.   USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);

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: p' u8 ^2 T! y* @& T8 `! K

4. 串口使能

1. //串口使能
   ) k) n( E5 H2 b
2.    USART_Cmd(USART2,ENABLE);

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/ f* _, j" U( U- }

5. 串口发送数据

! S' w& [# \2 T, H4 o0 N, K- K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。

1. void Serial_SendByte(uint16_t Byte)
   
2. {
   & @2 K0 i% Q! Z: C; H/ M) E1 {
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
   6 _7 B/ p6 J8 z2 F2 H
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  
   9 ^  y& P% t$ g2 F) Z: v' N  o7 r
6. }

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3 a- U; C$ f/ Q% K/ K8 ?

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

6 c: u, ^) T% P/ d* ^! g, n0 h

$ e0 V, s3 k7 B
4 d  s' L2 V1 j9 R8 F) d! q3 N

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。
  
  - {) F/ |/ v! b6 O+ c& J* j
• 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。
  
  

- M8 s' \2 |8 N( u

1. 需要更改的地方

: K# N; K: E& X

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
   ( l. A: Z$ W3 }) B
2.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
     @$ |- C8 i# G; S
3.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;
   
4.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
   
5.     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

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2 i+ Q1 k, B4 }2 o/ p- v4 j

; \; }. R1 C0 L7 ^% i+ k

• 添加串口模式
  
  3 @* M# _, d9 [3 [

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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' H0 y0 f4 a: Z0 o! g0 b% ]: e

/ I& n# _+ K8 K% P0 Q6 o" q

2. 查询RXNE标志位

, m+ j+ s+ W$ z& m1 X5 s

这里我们还是来看一看RXNE标志位的描述

; h) e( t8 Z" D

7 s. Y; J( R, j' U1 y7 r

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

0 B' V+ B. g) |3 I9 _" R9 y/ D$ {5 t

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;
   : k3 w4 {% `0 O- I/ C
2. int main()
   / x; m9 v4 O- \
3. {
   
4.     Serial_Init();
   
5.     Serial_SendByte(0x16);
   
6.     while(1)
   
7.     {
   . i: ]# [3 P/ n% ]
8.         if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET)   //0 循环等待 1 可以接收数据
   
9.         {
   0 S( {& f) B6 H/ n
10.             RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);           
    . Y, E2 X# x7 b6 ^9 F6 P$ \4 b
11.       Serial_SendByte(RX_Data);
    : ]" y. I1 e- H! ?1 E
12.         }
    4 t+ a4 i4 k  d& L0 f/ s3 x
13.     }
    " s2 T* H4 e: R# [
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。

3. 使用中断

6 Y; f; f& m& _2 ~7 e5 h# r

• 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。
  
  * o/ y: t0 q, S) T6 b' i

1. //开启中断输出控制
   
2.   USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
   
3.   
   
4.   //配置NVIC
   
5.   NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
   
6.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
   ' l9 s  }, U0 @' j& e' ^
7.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;   //选择USART2的中断通道
   6 H$ r5 P9 J4 p8 Q4 q' c% L% {
8.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;    //中断使能
   
9.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
   ' l  X, s6 o$ j# n
10.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
    9 g( k4 ~5 i9 I$ y
11.   NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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) q+ X( o, E. G8 o* w

5 O/ E% \( _) A# y

• 中断服务子函数
  
  * p5 m( A; h( A; T  S

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。

0 _! x7 e5 p2 d) y. }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)
   * ~4 d+ R# j- [' p
2. {
   
3.   if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
   
4.   {
   
5.     RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
   ) `4 u8 m, w+ E  s$ ], h* N
6.     Flag=1;
   ( G) L0 \0 \+ o( T$ S
7.     USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
   $ A0 M- T( d/ I" `6 W: U; e* ~8 J
8.   }
   
9. }

复制代码

• 主程序测试
  
  6 f5 R  j$ E- ?. B9 J# e- f# w9 k

1. uint8_t RX_Data;
   2 J( R" M" q, ~
2. uint8_t Flag;
   4 m" R& K$ a: F+ \2 z/ L( T
3. 
   
4. int main()
   6 ]8 m% w9 T/ o9 x; S1 r
5. {
   8 K' z* o& |' s' Q7 ~
6.     Serial_Init();
   . f* R9 ^) R, Q1 m: V6 {
7.     Serial_SendByte(0x16);
   
8. 
   - L  }3 D7 d- R
9. 
   3 A. q2 u8 J( A6 \3 e) v) H
10.     while(1)
    7 t, s$ y) B+ M3 L" D  W+ n
11.     {
    
12.         if(Flag==1)
    
13.         {
    
14.             Serial_SendByte(RX_Data);
    
15.         }
    
16.     }
    + r1 s, G$ p0 U  h
17. }
    : O( U+ R6 T3 w4 \0 F
18. 
    " B$ n1 u' @7 ?/ E
19. void USART2_IRQHandler(void)
    4 B7 D) }' k+ D7 l/ B# W
20. {
    ; E- ]' v" F  d$ x
21.     if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
    8 W3 D  I6 m# }
22.     {
    
23.         RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
    * a! ?# _- C6 H* C, V' k  p
24.         Flag=1;
    
25.         USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
    
26.     }
    # v$ z9 S" o1 h7 n
27. }

复制代码

. }% R( h2 p. e: {

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。

5 v2 G3 [: v) T

1 }1 [; X. u) g! f6 o5 b! |

总结

到这里，就大致总结了串口的发送和接收。

4 K) G6 R: h1 k* B/ ^+ u! d! h( E

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。

% `  [3 l) N* \& ?# E

如果有什么写的不对的地方，欢迎指正！

( A# x5 g+ X, N: Z4 }/ F" m

转载自： 古月居

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