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。

/ d# B% y3 t% K7 q0 v

! W0 h( J" S: ^1 m; N8 y

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:

5 p* j5 N$ L/ b6 }

• 波特率，串口通信的速率
  
  ! A" K& r; j8 I% M5 p: c9 E$ L! n
• 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)
  
  3 V4 Q, B4 q1 `
• 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
  
  2 s' v% g) {( @% T& r
• 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。
  
  ' f, S) V1 s, {2 W
• 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)
  
  

8 `! y  e2 t, I) ?. `% H

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。

$ M  B' |8 I6 j  h& s3 n- z0 I' f

& a4 p- K1 ]  U& C7 P/ C' B! }9 ~
4 w/ n, V8 p* {% {

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。

5 r* Z0 h' l& ]5 q0 h# H

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
  
  & i  t+ l5 N* l* ]3 E
• 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
  
  # f1 f5 y* ?( N3 F2 N6 \' e) r! H

下方为串口的发送和接收图解：

5 u' N+ K& ~4 A9 s2 f: m( f

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。

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。

# {# b* i  {0 |2 z/ m# O% a" r: v

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。

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。

. V: A6 }/ g6 ^% t6 j6 D! Q

* Y( ^) S" m6 H& ?

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

* W( T8 Z7 V% T- j% {

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。

( @2 c! P/ ?, ~$ y

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。

- Q2 p$ [& N) c3 d) p

1 u6 V- v. d: U3 A  n2 D0 X

下图即为串口接收的工作流程

( M" c# H9 {5 R  t9 {

7 U3 Y6 X1 t# c5 E  U, }

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？

5 |6 Y4 e! C& H

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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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

/ P# Z$ x6 k8 s5 q" v/ z

. N. D: [. d2 \# G! g- t

USART1对应的引脚

* `6 l) N+ l$ }- s1 q& I

9 I% z! A6 n0 R2 c. X9 {- c$ b

$ w7 n9 Q( J' r6 q4 B

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。

  |% }% k8 x, Q3 g; }) l9 D2 w

**比如我这里只初始化TX发送端**

1. //TX端
   1 N% {0 H$ e$ Q5 ]
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
   ! W' `0 S7 p0 L& _% Y
5.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
   / U) \/ y7 a. _4 D% W
6.     GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

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/ A( v9 w; p8 W6 s# [

3. 串口初始化

+ _- b: I4 m' u. s3 ]. D# f

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
  
  ( x* Q0 n& c/ o9 A; W9 K
• 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
  
  ( M3 G2 n1 T$ s9 h0 @4 |, f
• 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.   USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
     
  3.   USART_StructInit(&USART_InitStruct);  //初始默认值
     : L# u9 f$ @# p2 l; N
  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
       F3 @5 A9 P# K- l; [, \, C4 ^
  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
     - ~" T6 U$ c8 P6 |
  10.   USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);

  复制代码
  
  * v& o  s7 p+ |) r7 O# ^

  w5 H  |$ j5 G8 i$ M

4. 串口使能

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

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. q, B0 }3 y  V. M" S

5. 串口发送数据

0 E; k& i; T/ T+ V7 p# t  G  _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)
   , q9 Z+ b: {- m; _" S
2. {
   " Q+ E' r; f7 ?" p- `4 w8 E
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
   
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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& G- O' b% N7 g) h: Q( ~

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 {4 F, p4 @; W7 C' D; l0 F

四、串口接收的两种实现方式

5 q) W  k: |$ N& k! y+ a. Q

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 G) N7 @; U' Z. i  K. F& X( L" 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。
  
  3 w' Q. O  M" \5 n3 P
• 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。
  
  . S  f, l& P. Q& s: l' {

1. 需要更改的地方

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
     . t2 u! A8 ~7 ^! l$ z# B2 f, e/ r* f
  2.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
     4 f2 ?  U5 `  ?
  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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  / t8 N1 ^1 M2 j/ U7 F1 F" f

• 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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2. 查询RXNE标志位

* B! W$ ^( W  q, G. y8 O% F/ U

这里我们还是来看一看RXNE标志位的描述

- E4 E+ m+ O1 U  b4 |6 H

! D% ?1 ?' K. h3 Z, i& M! ~

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 `+ X- J+ m3 A6 _/ 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;
   5 g1 R, t& y# [
2. int main()
   4 Y0 o8 |- h- e0 L1 W
3. {
   
4.     Serial_Init();
   7 Y9 q( h: }6 [& l, ?( T" h- a0 ?3 k) G
5.     Serial_SendByte(0x16);
   8 R+ b( W6 L# G- O
6.     while(1)
   
7.     {
   : Z* O6 f2 f5 i( C* L
8.         if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET)   //0 循环等待 1 可以接收数据
   
9.         {
     L0 `% N5 ?$ z6 e# u
10.             RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);           
    
11.       Serial_SendByte(RX_Data);
    
12.         }
    9 q5 w( F' U. D( G1 l
13.     }
    3 L3 ^+ Y1 v5 t  e
14. }

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2 q) u4 Y1 P% f  e6 h  W- T8 p

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。

/ h; ?! a* a7 G, d$ r# y

1 p. c4 M1 \: G" K; }0 G

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);
   
3.   
   ( `6 M4 D  C" R$ [/ \- ^6 B- C
4.   //配置NVIC
   9 H+ l/ c! P1 V5 t* i* K3 a7 i
5.   NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
   5 L2 T8 [# E' `( w  Z1 g
6.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
   
7.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;   //选择USART2的中断通道
   9 r9 Z7 S' X- C! ~* ?
8.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;    //中断使能
   % z* e8 [# p  V6 I, G0 P) L, w
9.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
   
10.   NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
    
11.   NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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0 {5 j4 R. f! a* y- S

• 中断服务子函数
  
  

. J4 ^9 `4 ?5 n1 x, |  X# D, b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。

' p1 J* h  l/ X6 d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)
   & v/ q7 T: K5 y! F, @- \
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);
   
6.     Flag=1;
   & q( H4 s4 m# W( n3 d
7.     USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
   
8.   }
   + ^$ e% Y' B, q
9. }

复制代码

• 主程序测试
  
  % Z; W: v2 Y) y0 K) H

1. uint8_t RX_Data;
   2 f( `0 m- \/ ^  v$ r+ _2 R, a
2. uint8_t Flag;
   
3. 
   
4. int main()
   ' ~8 }3 \5 o' [. `
5. {
   
6.     Serial_Init();
   $ h, h/ E) q+ n! t" g. F# M
7.     Serial_SendByte(0x16);
   3 {- q! N/ m' r2 o
8. 
   4 _& Q$ e, t( }9 J$ K1 J  n
9. 
   + p5 O# a" C* N* Q
10.     while(1)
    
11.     {
    
12.         if(Flag==1)
    . ~4 Y, Q: v. [/ |, g
13.         {
    
14.             Serial_SendByte(RX_Data);
    
15.         }
    
16.     }
    
17. }
    
18. 
      I/ T' f, _5 |& E9 Q2 b  `# E
19. void USART2_IRQHandler(void)
    + E- l) F1 r& h# l3 R) L
20. {
    
21.     if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
    
22.     {
    # {1 M: ^3 C- N/ ]* N( o  Q1 h1 o
23.         RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
    
24.         Flag=1;
    
25.         USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
    ( ?+ L3 |: x; w/ s/ h9 w$ b
26.     }
    
27. }

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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。

4 T% K8 i; D0 m0 E

. c% F0 S$ \- Z+ e4 V; m) C

+ q4 U* c# x& t( @/ Z0 D8 r

总结

: R$ v' ~) ~( C

到这里，就大致总结了串口的发送和接收。

% F, N' x; o7 @, A  D6 N) {1 q2 t

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。

转载自： 古月居

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