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
6 D, j2 |# K2 T9 E: j, Z" R# \" k2 G
空闲，一般为高电平

F1 m4 p' m* q( T$ f
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)

- {, J1 b3 {: W3 n
数据位，发送数据帧，1为高电平，0为低电平。低位先行。

( M: e0 k8 R& G
比如发送数据帧0x0F 在数据帧里就是低位线性即 1111 0000

; b B0 b: \. M0 E* J r# V- U
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。

2 A {0 `1 \$ I2 k4 k0 K1 L2 J, n
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/ }/ ^" E! x) A c

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

4 `! t6 s7 ?/ V9 }5 @
发送移位寄存器，把一个字节的数据一位一位的移出去
8 m( a. H' z0 s- |6 @% q
接收数据寄存器RDR
/ V. s7 L" D z( \6 W
接收移位寄存器，把一个字节的数据

% X1 C) T1 ^) [# ]

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# U7 h# @8 S. G5 |" s# w
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
0 R* Y- [5 D3 r% j+ ^+ e% _6 N+ F
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
% ]& D5 j1 O2 P! P, E
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
. V, U- ^7 d9 Y2 ]
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2; //USART2对应的TX端为GPIOA2
\2 c2 r$ u7 c* `6 H( I
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50MhZ
2 N z: a m: i
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

# i, C# ^: ^. ]' Q1 _
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。

+ d' J+ G9 n3 T/ e& [4 g
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
* i+ e% m# X( H4 {' j
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

2 [+ b: c5 G0 Y! x. x
USART_StopBits 停止位有1、0.5、2位，我们这里选1位停止位

7 A' k$ O1 k' S3 z2 I! t
USART_WordLength 数据位有8位和9位可以选择
1. //串口初始化
  # w7 V7 A+ E$ A" i" ?) t
2. USART_InitTypeDef USART_InitStruct;% P m$ z& R$ w! Y$ Z P& W4 ^0 p
3. USART_StructInit(&USART_InitStruct); //初始默认值
  5 i) Z5 o: `0 t: w4 c
4. USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;! E/ M- Z! U( T% _5 w
5. USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; //不使用硬件流触发) o0 E+ `' N& x+ g' T3 w
6. USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx; //TX 发送模式 v" d: b7 \- }
7. USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No; //不选择校验; S' O, I0 G9 W& c- |: `
8. USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1; //停止位1位9 O( R9 e. F$ v \* }
9. USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; //数据位8位
  , A# f7 v' |/ m/ n) s4 s
10. USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);
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6 q2 p. C& _6 o; F8 E0 I5 N) |

4. 串口使能

//串口使能 W& x* a& Q7 m
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)$ }' L3 ` J. K4 y5 s( [7 |& M
{
% G4 \" P; p# _8 X
USART_SendData(USART2,Byte);8 ?3 A3 ? q2 ?0 B& X1 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
) A [3 R( h6 }. R- p
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 Z" u0 X9 o8 @' }: I. }
}

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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。
+ T& Q( k, q7 D7 J$ z
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。

/ z' L$ H) S9 ^% o3 U( H! y5 F4 m

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; g; l+ e! C) C5 `; B
2. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; //上拉输入 j0 K7 g" z" l' l6 u
3. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;- p/ g" K$ ]0 h5 g. m
4. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50MhZ
  5 T. v* n" k# }% w
5. GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
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) n$ c) Z1 s2 M7 l& s

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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% O$ v. G" G8 ?2 ^* d& B0 U

2. 查询RXNE标志位

+ _2 ~/ }5 Q* B6 \

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;- E: V+ y r, }2 v$ J
int main()
( |) G5 [- r' S2 `1 N( W
{
' @6 Y+ I0 X: e. e# b/ w5 t7 z
Serial_Init();$ G' _' o- g. N# J9 m% S) J* Y
Serial_SendByte(0x16);" ~: _ y! J4 _% z! ^5 W+ l o
while(1)3 H: H5 C6 ~) L3 D
{9 v |; h8 p8 z E
if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET) //0 循环等待 1 可以接收数据7 T, I" I6 w# C2 y( z) M7 i% M
{7 g2 d7 |% O; v
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2); $ Z6 r9 b0 R1 Z. a8 M$ K; |
Serial_SendByte(RX_Data);+ b; ]7 Y5 ^9 D' r
}
% q% C0 X9 {) ]. a8 N
}
$ |1 e2 Q; _- z& ]( U7 `- }
}

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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

6 G) T/ x% r: ~4 {- H! |- k

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。

% w- j+ `8 c, X0 v; S6 F2 g, ~8 o

//开启中断输出控制
% ]1 s! @* `# _9 Y
USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);: |. S! q& Z* G1 j
! W, X u; ]8 o+ q% s6 _! f
//配置NVIC& m" `) Y: w- D D9 T, U
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); - J1 ~! \/ e0 |% r2 @! N, a
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
2 t Y' z% M6 {$ } O
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn; //选择USART2的中断通道
$ c( t o+ A5 W; N8 N5 y2 t7 Y
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //中断使能
9 T5 G8 E8 r2 U. Y6 r; o
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
$ Z# T( r2 H$ A$ V
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;: p9 A; x* v& i6 T- [7 d0 c; {) k4 X
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

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中断服务子函数
* p" V$ |$ Q7 m; H

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)
. p7 i1 u( m& w7 P: ]- s
{
: G7 M% T/ J$ |' J) T" |
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET) //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据4 c Q. b7 h7 I
{
2 o: {! F0 E/ n1 C
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
& |0 N7 @/ O( ^
Flag=1;, s) {6 \/ o `$ O
USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE); //清除RXNE标志位
8 R) k* i$ q4 h N' s
}
% j' [" Z' W8 S, T. A7 J
}

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主程序测试

uint8_t RX_Data;; S) _* ^4 f/ e5 S
uint8_t Flag;% J+ A; E8 G* g. Y0 P
7 I+ y& A# k. w- |8 X& X6 P( ]
int main()
x: x: g% J. W$ X
{
6 }1 c5 y! N4 [6 w* y
Serial_Init();
# [5 Q6 E4 J7 f5 B
Serial_SendByte(0x16);& @ b3 S2 }9 T r4 |+ n
) g- z" a4 y0 k4 t. g
3 L9 E; V0 T% {
while(1)
2 c7 }+ u/ |3 l$ l5 X
{3 E5 L( R; a! o! j) G+ ^
if(Flag==1)! |0 V6 m7 o+ T
{, F7 Y$ g: t; \0 D
Serial_SendByte(RX_Data);
7 Y5 g1 x/ K% d: f3 q7 B9 b
}
1 R/ Q# ^- n- M- n
}
! o: R9 I) ~, q5 S+ D4 f
}
T& w$ s/ v4 ~8 V% {
6 k; s1 W ?, D1 F3 j3 T- e& {% i
void USART2_IRQHandler(void)
* k! I2 X+ \; n
{
7 {, g4 J1 c; x$ a$ M; a
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET) //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据4 t: Q( h& o3 Q' [) n! }
{! x) n9 s, K# k
RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
k% y1 c; f3 \- ?" _
Flag=1;4 S2 C- T$ i' g- o* p8 {: p' d% B7 y+ j
USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE); //清除RXNE标志位
' D3 b! a2 m) R w. L. k9 t/ X
}- o* W: B2 {* C' E5 G: E; Y! R3 {
}