STM32的串口通信

! h) N+ \9 R0 G, s1 x) 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。

  a( F  `" |9 K+ Y

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:

• 波特率，串口通信的速率
  
  % z- z7 [7 G3 f% x
• 空闲，一般为高电平
  
  
• 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)
  
  1 \* k9 p1 T  |; C' S% Y3 V
• 数据位，发送数据帧，1为高电平，0为低电平。低位先行。
  
  & h- H; r0 Y* \
• 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)
  
  ! A; g4 Y0 _2 k. z! X

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。

9 [, {1 u2 a; y; m9 H( |

/ U4 a0 H" d; C8 i9 U

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

* P- v7 B; }( ?) ]  V! w

• 发送数据寄存器TDR
  
  
• 发送移位寄存器，把一个字节的数据一位一位的移出去
  
  ) N, k- @. X$ x
• 接收数据寄存器RDR
  
  ( {6 t6 U3 Z% b' M
• 接收移位寄存器，把一个字节的数据
  
  ! s6 Q; z, M4 P

下方为串口的发送和接收图解：

+ s. L9 U: {8 e/ q2 x

; R, L4 k! j' @9 X

串口发送

( R* o1 u6 H$ N3 J- F. m' |' a; F  R" X

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。

) o: N% U, A: k+ q

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。

$ b' ^+ a) T/ z* X& [3 w0 F

0 y+ F0 \8 r9 e( J1 R9 d

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。

; y+ W% _1 y7 p6 U& E& j5 ~

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。

! j+ Z6 ^0 W% q+ Q

串口接收

5 L. E( s+ `. {) D9 C% 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。

) S* C% m* z( D  R

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。

" _9 Z8 \; P% r

* i0 T& @6 Z% q6 g  D1 k

8 y; M% T; Z+ Z7 ~' l- e

下图即为串口接收的工作流程

) Q7 F! d/ Q9 k+ N, \; A( t6 O

; h# @* z6 t& P$ ]/ D6 U0 R

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？

$ O3 a( o9 |* I5 S5 w* B& r

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
   
2. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);   //开启GPIOA的时钟

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$ K( Q( h) s5 `5 }( Q

2. 初始化GPIO口

3 J9 F, J; O/ o5 a8 h* }/ O" G

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。

, F, y  A) ?; R: E, ?# h  y

USART2对应的引脚

. E0 k' p/ r8 G+ m+ m1 k

USART1对应的引脚

( O8 w' X3 k, K- h

) d) {+ z! P- L5 B% q$ \$ m

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。

**比如我这里只初始化TX发送端**

1. //TX端
   
2.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
3.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
   # z( H' n( Y3 s7 l1 \5 ^% F% a5 ~
4.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2;   //USART2对应的TX端为GPIOA2
   0 l) D/ r% L, Z, q: z- t& n7 E9 Z- F
5.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
   
6.     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

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) v- q7 @) z% j7 h3 N

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。

* `0 P: @; r: n- b( R

• 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
  
  
• 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
  
  , d" ~6 e$ n* J" K( {
• 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
   7 I9 D- ^. x/ X) R2 O
2.   USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
   
3.   USART_StructInit(&USART_InitStruct);  //初始默认值
   
4.   USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
   5 _' S% N) J! r/ D. o3 x9 n- Q
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
   
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
   
10.   USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);

复制代码

, E/ D' [- h4 ]& b( q

4. 串口使能

1. //串口使能
   
2.    USART_Cmd(USART2,ENABLE);

复制代码

5. 串口发送数据

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。

, u; F" a* W$ I4 ~: _+ p; M

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. {
   
3.   USART_SendData(USART2,Byte);
   3 a, X' f8 L4 T0 C) G1 c$ v
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
   
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  
   0 R- I. @. r8 Y, G9 U5 P( E9 |2 Q
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。

下方为发送数据图例，STM32向串口发送0x16数据

0 |% H! r: j+ Y0 N8 o( t) p1 R

% Q4 }$ r9 p+ O8 x8 m

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。

1 [  l+ d5 v0 m3 c# p

• 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。
  
  % {; o) U, r  l( F, 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。
  
  

4 ?" R6 {0 u5 j8 h$ ?

1. 需要更改的地方

  w  _. m- }; s: K1 g% ?1 F

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。

+ t& V$ m4 j, {& F, l8 a' I

• 初始化RX引脚
  
  # e7 U1 b. O+ z7 \6 h

1. //RX端
   * f. S4 O, ^4 p
2.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
   
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 e3 M( I, f6 \( W+ r- |: M

• 添加串口模式
  
  8 w- R: {# u; N- K7 M4 o6 W/ }

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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2. 查询RXNE标志位

这里我们还是来看一看RXNE标志位的描述

% `! ~  b# X% ^  Z) e, B9 {. D# {

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

. N6 O) I& e! K) U9 j. g/ T( e

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()
   ! y' D) {) B" a2 j, x$ Z1 G
3. {
   
4.     Serial_Init();
   - e5 v1 `" h9 K. D6 e* o0 K3 g
5.     Serial_SendByte(0x16);
   
6.     while(1)
   9 I' Q% @% G1 Y
7.     {
   ( t& Q% S3 R! w8 N; b7 f
8.         if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET)   //0 循环等待 1 可以接收数据
   . w6 H" G0 C4 g! W! Y
9.         {
   , S( a0 V2 T3 ?* \" N- M
10.             RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);           
    + W8 @! ?. v& _" p5 Z0 a
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。

- N2 v& `4 j6 z- {

3 a0 U/ D- v$ O9 F

2 M8 Z# l( E' ^9 v& ^" f( |; i4 e9 g7 d

3. 使用中断

• 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。
  
  : J0 N- ?5 o; F, H3 u3 D5 U* a

1. //开启中断输出控制
   
2.   USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
   
3.   
   
4.   //配置NVIC
   . X9 x5 ]+ u  X* Z2 z7 |  Y
5.   NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
   
6.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
   0 }2 s; v$ O' o2 |8 w3 W, @
7.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;   //选择USART2的中断通道
   0 U2 I0 y5 f+ D" [1 d
8.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;    //中断使能
   0 J5 b/ ~" `" J# \
9.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
   0 G- ?3 `- v" j% ?! I9 \4 E/ C# j0 D
10.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
    
11.   NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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8 L+ x. p9 w* e, u- R% A

• 中断服务子函数
  
  4 x) ]$ k1 D5 `$ Y: F& c: X

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。

! t, y4 t# Y: X( L+ l6 [; 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)
   
2. {
   0 t! A, j' k) \+ j" T1 M) F( \
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);
   3 X" y9 |. X; s
6.     Flag=1;
   
7.     USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
   
8.   }
   
9. }

复制代码

& w4 g6 s% U( d, H

• 主程序测试
  
  

1. uint8_t RX_Data;
   
2. uint8_t Flag;
   " o, s1 X; S7 o" Y, x1 t
3. 
   0 m9 S4 q0 k6 D+ |  N
4. int main()
   
5. {
   
6.     Serial_Init();
   
7.     Serial_SendByte(0x16);
   
8. 
   ! E; M' E) y3 n7 Y7 O
9. 
   # {3 K% u' ~6 R, A
10.     while(1)
    / q+ r) u# Z( T5 S3 m$ K
11.     {
    
12.         if(Flag==1)
    3 C  r% y& Y# d1 h8 X" `! E& n% b
13.         {
    # G+ E6 I, X8 c
14.             Serial_SendByte(RX_Data);
    ' o0 |/ `' P3 C( z' H  k
15.         }
    
16.     }
    
17. }
    " i  C/ P5 b# p  R# q
18. 
      d' ~& ?" I* X! u9 ^
19. void USART2_IRQHandler(void)
    . d( |; E; \8 X; h
20. {
    * r9 P# r/ D3 V. Z2 L0 ?4 L
21.     if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
    
22.     {
    
23.         RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
    , m& r5 U9 A" j% k# k
24.         Flag=1;
    
25.         USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
    : @" F5 |  q3 z- \) D2 b" o" u
26.     }
    # U3 {; o3 E% f
27. }

复制代码

7 F3 \; f8 H4 R

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。

2 a% x  s7 Q" M, Z8 T

总结

到这里，就大致总结了串口的发送和接收。

( n6 Z/ }5 y3 _: z5 k+ R2 P

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。

" y! {( j8 T3 y5 O8 q

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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/ _8 m9 W2 N) d- s- J! r  c; i

6 ]9 E0 N! p0 ]5 a5 P( t2 `