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。

+ n/ j3 j+ \* W) u! w

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。

0 Y6 P5 l& C& k: s8 l- e3 d, n

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:

* Z% M# {) V' y7 e, I

• 波特率，串口通信的速率
  
  1 v) I& o" @" J- ^4 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 M9 v$ {( ]* G  m5 H. i
• 数据位，发送数据帧，1为高电平，0为低电平。低位先行。
  
  7 [7 G5 k- a; J  {: |- \
• 比如 发送数据帧0x0F 在数据帧里就是低位线性 即 1111 0000
  
  % Y- g/ L1 {& e. ?  F
• 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)
  
  

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。

3 F; H8 F4 S+ k3 K4 j

4 @# w$ Z& U1 P2 _% Q7 R7 ]

二、串口的发送和接收

8 h/ l0 A7 r  d

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

# @# f6 y9 w6 `2 Z4 V, ]

• 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
  
  - I. }1 S  i9 E5 ~7 P$ f
• 接收数据寄存器RDR
  
  2 v# L) H- [, z  j3 D. R
• 接收移位寄存器，把一个字节的数据
  
  

( ~% a1 _7 L$ q8 ^. H) O/ P4 X

下方为串口的发送和接收图解：

5 j1 X4 y* y; E! R: i3 L

- [' U, g5 b6 F! j3 \+ V4 i

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。

, M" S3 M; r- C  v

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。

+ L( o1 G  u$ ?$ Q3 K

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。

. b6 R7 R& K$ E6 s

1 D! ?, _+ \; A, z2 @8 S; W. Y: T

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。

5 t, n8 {! W. v1 \/ e2 _6 R

( |/ \' n. @. l. H  r

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。

* k0 ]$ N) C: T" R

串口接收

4 H- w- k- q* S! t: l5 }* v# x! D

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。

下图即为串口接收的工作流程

* N7 \# o1 m- Z' Q" x+ I6 L" o

% }& }/ F* W5 [

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？

4 y, n# f6 g) J% ~

下方为串口发送的配置。

: P+ K- Z9 _$ V; U

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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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。

- r. a- v# D7 X+ m4 O$ o" n7 ~; ?

USART2对应的引脚

7 A6 p/ |' Z/ B$ j/ f8 L

. {3 i1 L. D9 z! e

USART1对应的引脚

0 @+ ~1 }( O9 q3 H; }/ S

2 b. m% }0 |0 ?9 N& `8 }) B8 Q

4 V$ ~0 W! |8 b1 C

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。

9 ]- V) R) L, C9 ^

**比如我这里只初始化TX发送端**

1. //TX端
   " z; }, K- G( U. o2 @
2.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   ' @4 l$ W' U% W$ Q4 o+ C
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
   ! R/ N. m" h/ c. A* c, t% H
5.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
   
6.     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

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4 @/ D2 E4 O- B# @* j

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
  
  
• 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。
  
  ) K, d5 K8 Z6 l* P/ l& d, K' [% a( C
• 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
  
    `. t* ?0 d0 T
• 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
  
  2 O* C: h3 U; Z- K
• USART_WordLength 数据位 有8位和9位可以选择
  1. //串口初始化
     ' V5 n3 c( V1 E. s3 X
  2.   USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
     
  3.   USART_StructInit(&USART_InitStruct);  //初始默认值
     
  4.   USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
     ) x& _/ d7 U4 H, ]/ @8 Q( u% @% Y, t
  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
     % Z' Z+ I- }9 j5 D5 F4 Q
  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 B) y4 D2 v5 s) o4 q7 \
  9.   USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;  //数据位8位
     
  10.   USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);

  复制代码
  
  - `1 V$ Q4 t; T& j5 \/ V8 f2 f# F

4. 串口使能

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

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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)
   
2. {
   
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 I% Z  w: D" R; g+ D( B  W
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 o# R/ x; [. ]5 L  J0 H
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

5 J( r5 {& J7 y8 I* n

/ t! m4 h( K- E) S$ F

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？

% ~! I0 t0 m; J6 w8 D; B" H! r  o7 p

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。

4 d& h1 g! i! \9 v4 B  _& 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。
  
  8 w8 Q& z/ R+ x% N: i& e1 v3 [% @
• 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. 需要更改的地方
- v0 f: F5 _/ T3 J: ~' M# o
0 u& x! R) P( N# J8 U  K: L

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。

: z7 t- m5 R8 x5 v, J

• 初始化RX引脚
  1. //RX端
     
  2.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
     ! I! D- ~: z, d  s$ s' R8 r. U/ M' Z
  3.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;
     
  4.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
     
  5.     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

  复制代码
  
  

• 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

  复制代码
  
  

2. 查询RXNE标志位

, F) d; r% q  ~) B$ j5 R

这里我们还是来看一看RXNE标志位的描述

% z+ z! E1 A5 {5 p0 T# ]" r6 V# i

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()
   , A9 |4 P3 p* q) d4 r  Y; z
3. {
   
4.     Serial_Init();
   : w. _5 x9 g$ l; Z  a$ n* U
5.     Serial_SendByte(0x16);
   8 j) ]1 l1 }" u: y9 G5 x; ?% s
6.     while(1)
   , [. K6 [3 b$ n3 U2 @0 x
7.     {
   $ s, Z3 e! C% u$ ~
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);           
    
11.       Serial_SendByte(RX_Data);
    6 U" U9 J4 U8 z9 T: |4 f% @
12.         }
    1 l; n0 K: e3 y
13.     }
    / r+ E& w, P. B: W, B) q
14. }

复制代码

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。

0 O) R& L) y, i/ v: }# ?" A

* C/ ~( }$ o6 A# h2 Y+ L

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。
  
  7 C# n. y7 ?+ e) N, T* E9 O

1. //开启中断输出控制
   3 }" j0 s2 X# Q4 a( ]3 A
2.   USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
   8 ^7 {$ y; {6 J# I
3.   
   
4.   //配置NVIC
   * H% F. k; i/ @, Z# b: e
5.   NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
   5 T$ V1 P8 n2 }  H
6.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
   
7.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;   //选择USART2的中断通道
   
8.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;    //中断使能
   , \6 r7 ?# }6 \. {3 N* \& y! {9 e
9.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
   
10.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
    
11.   NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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# g( ?1 u; B4 l& Q! l" q; `( ^, P) @

• 中断服务子函数
  
  

, U2 V* E8 h# T, T8 o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。

4 S& e" I/ P( z8 O  a/ r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)
   . j6 a! \' a2 B. H! ~1 n2 j, P) l$ |
2. {
   
3.   if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
   : h8 i7 S" c# U2 j
4.   {
   ( q! t1 F2 D6 F$ u9 ]/ d
5.     RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
   
6.     Flag=1;
   
7.     USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
   
8.   }
   
9. }

复制代码

• 主程序测试
  
  ) g4 T& \) F5 H7 @4 Y3 @7 p3 L

1. uint8_t RX_Data;
   
2. uint8_t Flag;
   
3. 
   , l$ p; E2 p; |# j6 G
4. int main()
   
5. {
   1 D. h( Q. Y! J4 }. H7 J
6.     Serial_Init();
   
7.     Serial_SendByte(0x16);
   
8. 
   
9. 
   $ y  n/ y: W7 Q: G
10.     while(1)
    ; k) k& A9 F! q" ~# H
11.     {
    ; M+ q7 b# [% r4 O4 S
12.         if(Flag==1)
    
13.         {
    7 L$ \& ^6 o3 s9 q9 r8 U. C+ @
14.             Serial_SendByte(RX_Data);
    + ?5 h+ @) ]. P( a2 [
15.         }
    
16.     }
    
17. }
    8 ^, f" t) I- O
18. 
    0 s  g% [/ J) g, ]: U
19. void USART2_IRQHandler(void)
    * Z1 b3 q! ^: d' i6 d' ?
20. {
      X( V( c" O7 `, G) Q/ J
21.     if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
    
22.     {
    3 G& m4 f$ E3 x  t
23.         RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
    5 Z2 t/ V+ s+ E% l" V) T6 y
24.         Flag=1;
    $ y3 S8 E7 Z/ Z/ c- J( N2 J
25.         USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
    9 ^8 h$ R: y2 D! R6 P4 R9 j$ Q
26.     }
    
27. }

复制代码

4 I  J: S  f4 q

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。

+ U' E- K7 l9 s( o% b- ^

9 t2 Y3 i3 P) t* b7 A

总结

- y8 c$ d) E1 U5 o

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。

5 c% j0 F) M; J- i5 S& R

转载自： 古月居

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4 q" ]" b9 Y9 m$ Q# `5 c

0 U% P* C7 X9 z( a  R! a