STM32F103之UART上位机通信

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flyingstar 发布时间：2025-8-14 18:09

技术帖
文章封面:
文章简介:	UART 简介通用同步异步收发器(USART：Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) 特点：串行、全双工、同步/异步通信(USART可支持同步通信，UART只支持异步通信) 发送和接收共用的可编程波特率可编程数据字长度(8位或9位)（常用8位）可配置的停止位-支持1或2个停止位（常用1位停止位）可配置奇偶校验位（一般不用）

一、USART简介
1.1 UART 简介
通用同步异步收发器(USART：Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)
特点：串行、全双工、同步/异步通信(USART可支持同步通信，UART只支持异步通信)

发送和接收共用的可编程波特率
可编程数据字长度(8位或9位)（常用8位）
可配置的停止位-支持1或2个停止位（常用1位停止位）
可配置奇偶校验位（一般不用）

1.2 物理拓补图
接口通过三个引脚与其他设备连接在一起。任何USART双向通信至少需要两个脚
RX：接收数据输入
TX：发送数据输出
GND：双方要共地，双方通过USART进行通信，两个设备必须要共地，因为逻辑1---3.3V电压(对于地的电压)，如果两个设备不共地则对地电压的高电平(3.3V就可能不太一样)。共地的意义是让两个设备的通信电平对地电压相等

143313vbrrl0ybxaap3skz.png.thumb.jpg

1.3 数据帧格式
一帧数据=1bit起始位[低电平]+8bit数据位+1bit奇偶校验位[可以不用]+1bit停止位[高电平]

USART总线空闲，即没有数据发生，TX线为高电平

<1>数据位：USART发送的1次数据量是1Byte=8bit；[5、6、7、8]
<2>数据字：数据位+奇偶校验位；如果不用校验位，数据字=数据位=8bit；如果使用校验位，数据字=数据位+校验位=9bit
奇校验：数据位中的1的个数+校验位中的1的个数为奇数
偶校验：数据位中的1的个数+校验位中的1的个数为偶数
<3>停止位：可以被配置为1bit(默认)；2个停止位(可用于常规USART模式、单线模式以及调制解调器模式);0.5个停止位：在智能卡模式下接收数据时使用;1.5个停止位：在智能卡模式下发送和接收数据时使用
<4>发送顺序:先发送低位，再发送高位

1.4 框图

143305ex594sdg0xa59ahj.png.thumb.jpg

对于这个框图，最关键的是两个标志位TXE(发送为空标志位)，RXNE(接收不为空标志位)
数据通过RX端口进入MCU的UART的接收移位寄存器，随后进入接收数据寄存器(RDR),进入后RXNE被置1，表明可以读
MCU通过数据总线获得数据，数据再到发送数据寄存器(TDR),若TXE=1，说明数据已经被转移到移位寄存器，表明可以发送

二、串口通信
配置UART

开启了接收中断和空闲中断

/****************************
*@brief uasrt1端口配置函数
*@param    void
*@return void
*@NOTE    PA10->RX PA9->TX
         PA10,PA9位于APB2上
*@time    2025-6-3
******************************/
void usart1_Init(uint32_t Baud_Rate)
{
      //1.打开引脚时钟PA
      RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE)    ;

      //2.打开usart1时钟
      RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE) ;

      //PA9->TX推挽复用输出
      GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct_TX                   ;
      GPIO_InitStruct_TX.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP       ;
      GPIO_InitStruct_TX.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9             ;
      GPIO_InitStruct_TX.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz       ;
      GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct_TX)       ;


      //3.配置,PA10->RX浮空输入
      GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct_RX                   ;
      GPIO_InitStruct_RX.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_IN_FLOATING ;
      GPIO_InitStruct_RX.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10             ;
      GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct_RX)       ;

      //4.配置usart1,
      USART_InitTypeDef USART_InitStruct                                        ;
      USART_InitStruct.USART_Mode             = USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx    ;
      USART_InitStruct.USART_Parity             = USART_Parity_No                ;
      USART_InitStruct.USART_StopBits          = USART_StopBits_1             ;
      USART_InitStruct.USART_BaudRate          = Baud_Rate                      ;
      USART_InitStruct.USART_WordLength       = USART_WordLength_8b          ;
      USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None  ;
      USART_Init(USART1,&USART_InitStruct)                                        ;


               USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE)                   ;//开启接收中断 RXNEIE=1
                     USART_ITConfig(USART1,USART_IT_IDLE,ENABLE)                   ;//开启空闲中断 IDLE=1
               //初始化NVIC
               NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStruct                            ;
               NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel                = USART1_IRQn ;//中断通道
               NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd             = ENABLE    ;//中断使能
               NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority       = 2          ;//响应先级
            NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2          ;//抢占优先级
            NVIC_Init(&NVIC_InitStruct)                                  ;

      //5.使能usart1
      USART_Cmd(USART1,ENABLE)                                                    ;
}

接收发送函数

/****************************
*@brief    发送字符函数
*@param void
*@return void
*@note    MCU会将数据发送到DR寄存器中的TDR寄存器中，
当TXE==1时，TDR寄存器会将数据加载到移位寄存器中,可以发送
*@time 2025-6-3
******************************/
void usart1_sendbyte(uint8_t str)
{
      while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==0);
      USART_SendData(USART1,str);
}

/****************************
*@brief    发送字符串函数
*@param uint8_t *str
*@return  uint16_t len
*@note 发送字符串本质上就是发送字符
*@time 2025-6-3
******************************/
void usart1_sendstr(char *str,int len)
{
      while(len)
{
               usart1_sendbyte(*str++);
               len--;
      }
}

/****************************
*@brief 接收字符
*@param void
*@return void
*@note MCU接收到数据后先放在DR寄存器的接收移位寄存器
      数据会到RDR寄存器中，当RXNE==1时，说明RDR有数据，可以读
*@time    2025-6-3
******************************/
uint16_t usart1_receivebyte()
{
      while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)==0);
      return  USART_ReceiveData(USART1);
}
/****************************
*@brief 接收字符串函数(idle标志位)
*@param  void
*@return void
*@note    void
*@time 2025-6-3
******************************/
void usart1_receivestr(char*buff)
{
      uint8_t flag;
      while(1)
{
               if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)==1)
   {
                              *buff=USART_ReceiveData(USART1);
                              buff++;
                              flag=1;
                     }
                     if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_IDLE)==1&&flag)
   {
                              *buff='\0'; //当发送时发送结束标志
                              //先读SR，再读DR将置IDLE位置0
                              USART1->SR;
                              USART1->DR;
                              break;
                     }
      }
}

打印函数

记得勾选微库，printf函数不涉及到中断，它是将内存中的数据输出到上位机

//printf()的底层借助fputc函数进行输出
int fputc(int ch,FILE*stream)
{
      usart1_sendbyte(ch);
      return ch;
}

中断函数
MCU接收到数据时，进入接收中断函数，将数据存到rx_buff[100]数组里；当上位机不发送数据时，说明空闲状态，进入空闲中断，将 rx_buff[100]数组里面的数据发到上位机

/****************************
*@brief usart1中断实验
*@param  void
*@return void
*@note    void
*@time 2025-6-4
******************************/
char rx_buff[1000]={0};
char cnt=0;
void USART1_IRQHandler(void)
{
//当RXNE=1时,有数据接收
      if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)==SET)
{
               rx_buff[cnt++]=USART_ReceiveData(USART1);
               USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);//清除标志位
      }

      //当IDLE=1时，
      if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_IDLE)==SET)
{
               usart1_sendstr(rx_buff,strlen(rx_buff));
               cnt=0;
               USART1->SR;
               USART1->DR;                               //清除标志位
      }
}

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