基于STM32的串口通信经验分享

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攻城狮Melo 发布时间：2023-8-10 14:48

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文章简介:	基于STM32的串口通信经验分享

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。

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
! R: X3 D5 A V6 a/ T
空闲，一般为高电平

* p; B% l1 r% D* Q" L
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)
; q( T: W w; L$ E
数据位，发送数据帧，1为高电平，0为低电平。低位先行。

' ] B0 ?( Y! N# T
比如发送数据帧0x0F 在数据帧里就是低位线性即 1111 0000

! s) ?- |: \2 }" B& [! 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。
# U6 Y: e9 e5 ]% b9 a2 U
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)

$ Z, E6 ^/ l, T3 b; A$ v4 O0 U6 A$ ]

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。

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
# o" \4 j" |. r; }5 i6 |7 s+ a! }
发送移位寄存器，把一个字节的数据一位一位的移出去
& n# ~- T4 l. k
接收数据寄存器RDR

$ s" ]% f+ _$ L
接收移位寄存器，把一个字节的数据
! Y4 X+ R( S" \; z3 v

下方为串口的发送和接收图解：

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。

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。

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

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

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？

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

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE); //开启USART2的时钟0 W: B. @( j# u/ a
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

USART1对应的引脚

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**

//TX端
# c+ ]6 d: z: R$ J: i R( Y/ k, N
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
# z* l( c) e/ W3 S
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
7 K/ [+ p6 D6 B8 a& u
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2; //USART2对应的TX端为GPIOA2
3 f, L; @4 I9 G, w3 t
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50MhZ) T4 ]" f% O% [4 J, R0 _
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
o# S8 v4 b- s1 |, O6 C! 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。
) S# }- n9 J$ \/ |
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
, v) h3 A- A( y$ I
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
) t' u$ M: }! C
USART_StopBits 停止位有1、0.5、2位，我们这里选1位停止位
6 ?* N$ w S2 B* w7 b
USART_WordLength 数据位有8位和9位可以选择
1. //串口初始化# e- c4 y2 f( W3 e: b
2. USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
  0 [- E9 [6 l/ X2 K/ T! @7 c( j# ?
3. USART_StructInit(&USART_InitStruct); //初始默认值4 A, f& D8 ^% [& k+ z" C
4. USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
  5 f* w6 z, x& Q9 ]
5. USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; //不使用硬件流触发& K5 ^$ W* M& |
6. USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx; //TX 发送模式
  $ {9 X6 t1 ^/ K& S5 m% W
7. USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No; //不选择校验, {# y' b8 p, G! T! b
8. USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1; //停止位1位2 V2 s) i7 H3 e$ T
9. USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; //数据位8位
  8 ?) l+ t7 q4 ^7 d4 _ L# j
10. USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);
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: D/ l+ m2 I9 [% S( G, |0 r$ |) `

4. 串口使能

//串口使能
" ~$ b5 Z4 ~$ _7 c
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。

void Serial_SendByte(uint16_t Byte)$ x; }" B) K! P/ m. m
{; W- J+ y& K' V, j
USART_SendData(USART2,Byte);, @8 e s# I6 L' { J a
//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
3 N D9 o6 h. Y2 ^* X' @
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 3 g) }0 {5 d# ^' ^6 T
}

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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

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。
, d6 b# P4 d4 E& @* ~
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。

2 \8 b. |6 k1 z+ J6 m9 H% {

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
  # r$ K/ T1 e. n( c
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; //上拉输入
  ( N2 g/ E6 O+ B8 c; I
3. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;
  # L/ `: n8 v- n0 t+ s% H
4. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50MhZ/ Q; [- V) ~( p/ \
5. GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
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, g, {/ v* L: `$ T1 R; H

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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7 x- R6 u4 B8 g' r

2. 查询RXNE标志位

, L. j* e; P/ k. m4 @8 @

这里我们还是来看一看RXNE标志位的描述

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

uint8_t RX_Data;
4 N- Y9 J5 u/ U' d
int main(); r. Z1 P/ J8 m) J
{
+ n: A+ l7 O. A7 L4 ]: G9 @
Serial_Init();
9 |* S& ]0 s! e- ?, c, c% c* q
Serial_SendByte(0x16);0 k U G' ?! _3 {. \8 {5 _
while(1)2 @9 U" c8 X/ N/ t$ D% _3 o9 i
{
3 d. Y! a( K, ^/ `
if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET) //0 循环等待 1 可以接收数据
$ R1 w+ c* j9 n- y
{
2 V4 R$ V9 \8 g# s- a, P
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2); % R# G2 w. E `/ J5 c
Serial_SendByte(RX_Data);
}* f# b0 P. v7 C! n# t
}
8 k! w9 @" @. w+ V. p/ @$ q+ Z! F
}

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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

: R3 q1 i# z) Y' u3 |

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。
) t0 T% ~5 L6 E R' v

//开启中断输出控制
9 d7 ]- K" J7 P
USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);, T4 a: X1 ?8 A+ t0 D9 k; L
: i, U7 R4 E* p2 s$ v
//配置NVIC/ V S% Z) m' } x
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
9 P# Z* O+ W: A+ J' E9 z
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
* F5 l/ P5 c! s3 ~1 v5 {$ ^
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn; //选择USART2的中断通道
: J) y! p# l# L$ a5 i) c( ~0 p1 D3 H
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //中断使能
( d1 M* z$ Q5 a% L
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
4 E' r7 ]2 m3 l. V- ]
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
: z: W3 T5 r" G/ z! f
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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中断服务子函数
$ C9 T9 j* H5 P9 T1 a

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。

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。

void USART2_IRQHandler(void)
% V# l' K6 W6 r* v( }3 [9 X
{
+ a0 W% C+ G' [7 Q: ^
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET) //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
1 _; A+ M' Y- a0 z/ ^
{
b' g3 f+ `$ i; p) u" c% @ \
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);+ H$ O6 C1 W6 e. b) K
Flag=1;
" l% n, |# U3 t1 }
USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE); //清除RXNE标志位" u9 Z& `* ^1 F' E
}, p4 G& E8 a ^) @9 F! X$ p0 E* ^
}

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主程序测试

" o- M. C3 P- _$ q

uint8_t RX_Data;& {# x6 f) Z/ S: [
uint8_t Flag;6 ^9 q% ^) F$ N8 O3 t @& P
( D1 x g5 d4 ^% \; O' K- g
int main()( Q; V0 U9 E- R; u/ Z
{( O! h% K) Y/ x" f
Serial_Init();1 `' Q7 u6 O) H+ c# Y0 k3 a
Serial_SendByte(0x16);
% J% M) r. B! _: R+ X8 h/ }5 M3 n
3 d9 ]9 a9 w1 I% h8 ~
6 R1 W' u: h# X7 f# R, p) P4 _6 O
while(1)
# i4 v; f% E$ L( F1 B" W
{2 h W X# o' n3 r& [
if(Flag==1)8 ?6 t* X) j& p+ r
{
) Y; b7 m& d4 u7 Z- D
Serial_SendByte(RX_Data);6 Z- u: G9 t3 S! D. z7 ?
}
}, a5 h; G/ \
}
8 D/ v8 N4 Z! H! Q2 V
}
& J% I* k7 g9 F2 V7 {" ?* t- u( e
; Q3 n( _7 X K$ J, ^+ e! R% p2 p6 J
void USART2_IRQHandler(void)
) {! V8 s" c) j: |* ]
{
1 t/ W8 \4 L# ^: C. S7 G( t$ b! q/ O1 U
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET) //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
+ k5 d g, A; Y5 S
{
+ K* r0 G- H1 e
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
4 X/ v2 _" K3 w0 N+ j1 s1 W A
Flag=1;+ l V2 Y( z& |; D( c3 o
USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE); //清除RXNE标志位
: d1 I `* M$ J1 x+ L
}
5 K2 b6 T5 Q/ O6 _& e+ y+ r. y
}