（十三）STM32——串口通信（UART）

目录

学习目标

内容

通信方法

并行通信

串行通信

通信方向

通信方式

 UART

特点

串口参数

通信流程

寄存器

USART_SR

USART_DR 

USART_BRR

过程

代码

运行结果

运行结果

遇到的问题

总结 

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学习目标

        本节我们要学习的的是STM32的通信部分，主要介绍UART（通用异步收发器），是一种异步、全双工的通信方式。

内容

        首先，我们先来介绍一下通信的基本知识，之前在51单片机的学习中我们也接触过UART，在此就不做详细介绍，感兴趣的同学请看51单片机基础——串口通信 。

通信方法

并行通信

•    传输原理：数据各个位同时传输。
•    优点：速度快
•    缺点：占用引脚资源多

串行通信

•    传输原理：数据按位顺序传输。
•    优点：占用引脚资源少
•    缺点：速度相对较慢

通信方向

• 单工： 数据传输只支持数据在一个方向上传输
• 半双工：允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；
• 全双工：允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。
   

通信方式

• 同步通信：带时钟同步信号传输。如SPI，IIC通信接口
• 异步通信：不带时钟同步信号。如UART(通用异步收发器),单总线

        这是一些常见的串行通信接口，熟悉51单片机的同学应该都接触过，在此不做详细介绍，感兴趣可以去我的51单片机笔记一一了解。我们需要知道的是同步就需要时钟，半双工一般是需要一个输入输出端口，而全双工一般有两个。

 UART

        与51不同的是，STM32F407支持6个UART。但其他都是基本一样的，所以理解起来还是比较简单的。

特点

• 简单双向串口通信有两根通信线（发送端TXD和接收端RXD）
• TXD与RXD要交叉连接
• 当只需单向的数据传输时，可以直接一根通信线
• 当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片
• 支持小数波特率发生器系统，提供精确的波特率。（通信双方事先约定好一种速度即波特率）
• 可配置的16倍过采样或8倍过采样，为速度容差与时钟容差的灵活配置提供了可能。
• 可配置的停止位（支持1或者2位停止位）
• 可编程的数据字长度（8位或者9位）
• 可配置的使用DMA多缓冲器通信
• 单独的发送器和接收器使能位
• 检测标志：
  • 接收缓冲器；
  • 发送缓冲器空；
  • 传输结束标志；
• 多个带标志的中断源，触发中断（串行通信可以发送接收数据，接收到一个数据可以触发一个中断）
• 其他：校验控制、四个错误检测标志

串口参数

        我们在使用通信之前，需要设置好串口通信所需的参数，如下所示。

1. 起始位
2. 数据位（8位或9位）
3. 奇偶校验位（第9位）
4. 停止位（1、15、2位）
5. 波特率设置

通信流程

        红色代表发送，蓝色代表接收，其实核心部分就是下面的设置波特率 ，而这一部分，我们会在后面的代码中呈现出来，在此不做介绍。

 

寄存器

USART_SR

        SR寄存器叫做状态寄存器（Status register），具体每个位对应是什么就不一一介绍，手册上都有详细的介绍。到时候再到代码进行介绍。

USART_DR 

        DR寄存器叫做数据寄存器（Data register），主要用来接收和发送数据。

USART_BRR

        BRR寄存器叫波特率寄存器（Baud rate register），用来配置波特率。

过程

1. 串口时钟使能，GPIO 时钟使能。
2. 设置引脚复用器映射：调用 GPIO_PinAFConfig 函数。
3. GPIO 初始化设置：要设置模式为复用功能。
4. 串口参数初始化：设置波特率，字长，奇偶校验等参数。
5. 开启中断并且初始化 NVIC，使能中断（如果需要开启中断才需要这个步骤）。
6. 使能串口。
7. 编写中断处理函数：函数名格式为 USARTxIRQHandler(x 对应串口号)。 

代码

        这一段代码，就是简单的一个串口通信，我们使用单片机与电脑通信，将数据发送给单片机，再由单片机发送给电脑。

#include "stm32f4xx.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"

void My_USART1_Init(void)
{
	// 串口1是接在APB2上的
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;// GPIO
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;// 串口
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;// 中断
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);// 使能串口1
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);// 使能GPIO
	
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);// PA9，PA10初始化
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	// 设置串口
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;// 波特率
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 硬件流控
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;// 发送接收
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;// 奇偶校验
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;// 停止位
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;// 发送位数
	
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
	
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
	
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	
	// 设置中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;// 响应优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;// 抢占优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_Init( &NVIC_InitStructure);
}

// 中断函数
void USART1_IRQHandler(void)
{
	u8 res;
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)){
		res = USART_ReceiveData(USART1);
		USART_SendData(USART1,res);
	}
}

int main(void)
{
	// 中断分组
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	My_USART1_Init();
	while(1);
}

运行结果

        上面的代码是一个简单的例子，接下来我们看一个复杂一点的例子，只给出主函数，其他头文件有需要的可以找我或者去正点原子官方进行下载。

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "beep.h"
#include "key.h"


int main(void)
{ 
 
u8 t,key,len;
	u16 times=0;  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);// 设置中断优先级分组2
	delay_init(168);		//延时函数初始化
	uart_init(115200);	//波特率115200
	LED_Init();		  		//初始化LED
	KEY_Init();// 按键初始化
	printf("您好，请问有什么能帮助到你的吗？\r\n");
	while(1)
	{
		key = KEY_Scan(0);
		if(USART_RX_STA&0x8000)// 判断接收完成位
		{					   
			len=USART_RX_STA&0x3fff;// 数据长度
			printf("\r\n您发送的问题我们已经收到:\r\n");
			for(t=0;t<len;t++)
			{
				USART_SendData(USART1, USART_RX_BUF[t]);         // 向串口1发送数据
				while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);// 等待发送结束
			}
			printf("\r\n\r\n");//换行
			USART_RX_STA=0;
		}else
		{
			times++;
			if(times%30==0)LED0=!LED0;//LED闪烁，提示正常
			delay_ms(10);   
		}
		if(key == 1){
			printf("\r\n您好，我是人工客服小陈，很高兴为您服务！\r\n");
		}
	}
}

运行结果

遇到的问题

        在此过程中，遇到了一些问题，比如代码补全功能调不出来，还有XCOM的乱码问题，代码补全的问题，用MDK的exe替换就好了，因为可能是之前安装的是51的安装包。关于乱码的问题，我单独写一篇文章，希望能帮助遇到相同问题的同学，关于使用XCOM进行串口通信时乱码的解决方案。

总结 

        好了，关于串口通信我们先讲这么多，希望能对大家有所帮助，谢谢大家了！