STM32的串口通信

: C; T* y& |  k7 h8 J! u

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。

( T# \  g& k  P9 d

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。

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
  
  
• 空闲，一般为高电平
  
  $ W+ i  H' A$ q$ v
• 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
  
  1 D  p& r5 n4 k6 j
• 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。
  
  . V% e$ z6 @# g2 m3 Q( ^! l
• 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)
  
  

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。

7 h; D+ _2 m, K+ p0 A4 S" ~5 }

( z, f: t$ T( x

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
  
  - Y( d, o+ z2 B* Q! ~) l) V
• 发送移位寄存器，把一个字节的数据一位一位的移出去
  
  ! k& f# }, E+ R! C1 _
• 接收数据寄存器RDR
  
  
• 接收移位寄存器，把一个字节的数据
  
  ' F5 r8 J' [/ n

5 P4 {; L* e# n1 O1 g

下方为串口的发送和接收图解：

4 l% H2 G( E# v, V

串口发送

% C4 l6 A2 D6 d3 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。

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。

$ K$ v1 f+ e: L% H5 o8 x

) K+ Q3 d- N7 S2 B& o: v1 d5 ^. 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。

: A; j4 g5 D' @0 t! H- @

6 k. ]# ]) L2 m; n2 z

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。

5 i- @. J+ Y( |6 `7 D1 q

串口接收

; M  N' c: D1 D9 h8 `3 E8 q' 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。

6 B- T! X  c$ }4 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。

7 j) `( Z- H9 U- w; Q

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。

0 s. n2 w. s: ?: G, l- s

下图即为串口接收的工作流程

" l' K% `. f0 P) a+ m; P+ z$ g

4 h+ Y. l/ U: [% ~, E* r5 D

三、串口在STM32中的配置

( u. W6 d0 U* t4 X# G: d9 Y

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
   + g$ y  m: y: a* h2 @% N
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。

, y( f" o$ e7 ], O" H

USART2对应的引脚

% @' @" u& i/ Q8 O+ e

USART1对应的引脚

6 G( {* X8 f) _* G

( j2 Y3 {# _+ _; @6 z8 [

7 `( h1 c4 r- z7 N8 ]# N  ~

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
   
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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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
  
  % W; [/ X$ ?9 q2 G
• 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
  
  9 ]: o5 d# M* @
• 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
  
    r/ J' f  M; `( \8 Z5 D

1. //串口初始化
   ' Q; Q0 `2 l/ J1 d$ p7 @
2.   USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
   
3.   USART_StructInit(&USART_InitStruct);  //初始默认值
   
4.   USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
   $ g2 r& J8 r0 Z5 X3 N. c+ w
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
   * A' c9 p. ~/ ^1 a+ N
9.   USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;  //数据位8位
   
10.   USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);

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4. 串口使能

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

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! y5 m3 J% s9 t

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。

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)
   1 j9 M2 t( q# S8 I; W  ~9 W" r, j2 ?8 Z
2. {
   1 C  l% U2 h1 y! j& t
3.   USART_SendData(USART2,Byte);
   % w$ t1 b( g+ q
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  
   
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

; f& K/ a2 f$ R& n' _9 B

7 M0 \% j8 s, X4 Y, y7 T/ ~! J+ h

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。

7 Z3 L4 w+ f$ A' s9 i, X

• 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。
  
  
• 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。
  
  1 |- ^8 {7 k. Y, X5 @

1. 需要更改的地方
# J3 o# E) e  \

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
   ) `/ z1 s/ X5 ~4 m. U4 c. A' q
2.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
   7 G  N5 T3 Q" L; k9 z
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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8 o3 g: t' X! g5 k- J  L3 K9 f" W4 H

4 K3 x/ X) W% }# A

• 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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# C. o0 D9 h+ R% H* H

+ W1 K; t& k$ m& `0 W; P6 t

2. 查询RXNE标志位

这里我们还是来看一看RXNE标志位的描述

# `2 g9 p! q+ w& [

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

* x  c# y8 N- `) ]

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);
   6 g& N  Y+ M% b
6.     while(1)
   ; R1 g/ Q4 y- [1 Y
7.     {
   
8.         if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET)   //0 循环等待 1 可以接收数据
   
9.         {
   8 a+ H, @" u7 ^$ y
10.             RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);           
    
11.       Serial_SendByte(RX_Data);
    
12.         }
    7 P8 P" I6 B( t7 M$ u. U
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。

- L! h2 e6 u5 P$ [) V  I. l& h

+ d, v: n9 n  x3 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。
  
  

1. //开启中断输出控制
   
2.   USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
   ! k' ?6 x7 k/ S" x" r0 V0 b! f
3.   
   
4.   //配置NVIC
   . A- n$ _/ V  c, U& e9 G4 T6 s
5.   NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
   
6.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
   
7.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;   //选择USART2的中断通道
   ( b! X% ?7 F% f! s/ \+ X! _
8.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;    //中断使能
   1 ^5 L3 B* ?1 [, }3 j' y
9.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
   7 `4 ?  e) g, m( ?+ p( `
10.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
    + C$ O1 F& J& L: E/ q/ x; q
11.   NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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• 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。

: ]/ n* A9 w8 g! T) x3 s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)
   3 |# X8 `3 O) a! m
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.   {
   7 |0 S5 j8 f# p4 V6 K
5.     RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
   ; R1 ]" @0 ]0 z5 R- ~1 R3 Q. U
6.     Flag=1;
   6 {" ?: [2 t7 \: U  Z. ^
7.     USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
   
8.   }
   & m3 h! R0 A& w0 [
9. }

复制代码

• 主程序测试
  
  0 ^- n5 {$ t( W9 S# m+ ?7 Y

1. uint8_t RX_Data;
   2 g) G6 u5 D' W" X1 t% D
2. uint8_t Flag;
   + ^) w: P# @' b: U1 [- f
3. 
   
4. int main()
   8 U) y) C8 d: }4 t2 K/ ?% o
5. {
   
6.     Serial_Init();
   
7.     Serial_SendByte(0x16);
   ' [* N/ K! R8 J) _: w9 p
8. 
   4 H$ }! e7 W& `$ _9 `, Q
9. 
   - P# R! x2 U9 y5 n& |9 _, a
10.     while(1)
    
11.     {
    
12.         if(Flag==1)
    + {) E5 q( l7 s0 y& V* p
13.         {
    , |8 f. N# {3 @' U  J
14.             Serial_SendByte(RX_Data);
    3 C2 ~3 F/ j- N8 I8 c" |( @( |
15.         }
    
16.     }
    
17. }
    
18. 
    5 F( e7 ~( m  [$ z( q
19. void USART2_IRQHandler(void)
    2 J: c9 Q7 s" \' M. n
20. {
    1 I8 v' x; R# U3 I
21.     if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
    % c+ V1 Z5 L( `0 P( `
22.     {
    2 @, d6 r9 R& E, G0 L% F
23.         RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
    
24.         Flag=1;
    6 {0 t7 b: }3 h& ]7 y
25.         USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
    
26.     }
    " _1 U0 ^$ `4 Q3 N0 ?- [
27. }

复制代码

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。

, L' H5 n5 ~) r

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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% i( @7 n' a9 X
# P8 ?! N) _0 M! M/ m