目录
一、硬件知识-UART硬件介绍
1. 串口的硬件介绍
2. 串口的参数
（1）怎么发送一字节数据，比如‘A‘ ?
（2）逻辑电压
3. 串口电平
4. 串口内部结构
二、STM32F103 - UART操作
1、串口编程步骤
1.1 看原理图确定引脚
1.2 配置引脚为UART功能
1.3 设置串口参数
1.4 根据状态寄存器读写数据
2、STM32F103串口框架
3、STM32F103串口操作
3.1 看原理图确定引脚
3.2 配置引脚为UART功能
3.3 设置串口参数
3.4 根据状态寄存器读写数据
3.5 USART1的寄存器地址
三、STM32F103 - UART编程
UART的全称是Universal Asynchronous Receiver and Transmitter，即异步发送和接收。 串口在嵌入式中用途非常的广泛，主要的用途有：
打印调试信息；
外接各种模块：GPS、蓝牙；
串口因为结构简单、稳定可靠，广受欢迎。通过三根线即可，发送、接收、地线。
TxD线把PC机要发送的信息发送给ARM开发板。 最下面的地线统一参考地。
波特率：一般选波特率都会有9600,19200,115200等选项。其实意思就是每秒传输这么多个比特位数(bit)。
如果是波特率：115200、数据位：8位、校验位：无校验、起始位、停止位
每一位传输时间：t = 1 / 115200 s
传输1Byte：需要10位（Start、Data、Stop） t = 10 / 115200 s
每秒能传输：1 / t = 115200 /10 = 11520 byte
起始位:先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输数据的开始。
数据位：可以是5~8位逻辑”0”或”1”。如ASCII码（7位），扩展BCD码（8位）。小端传输。
校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性。
停止位：它是一个字符数据的结束标志。
‘A’的ASCII值是0x41,二进制就是01000001，怎样把这8位数据发送给PC机呢？
双方约定好波特率（每一位占据的时间）；
规定传输协议
原来是高电平，ARM拉低电平，保持1bit时间；
PC在低电平开始处计时；
ARM根据数据依次驱动TxD的电平，同时PC依次读取RxD引脚电平，获得数据；
① 前面图中提及到了逻辑电平，也就是说代表信号1的引脚电平是人为规定的。 如图是TTL/CMOS逻辑电平下，传输‘A’时的波形：
在xV至5V之间，就认为是逻辑1，在0V至yV之间就为逻辑0。
② 如图是RS-232逻辑电平下，传输‘A’时的波形：
在-12V至-3V之间，就认为是逻辑1，在+3V至+12V之间就为逻辑0。
RS-232的电平比TTL/CMOS高，能传输更远的距离，在工业上用得比较多。
市面上大多数ARM芯片都不止一个串口，一般使用串口0来调试，其它串口来外接模块。
ARM芯片上得串口都是TTL电平的，通过板子上或者外接的电平转换芯片，转成RS232接口，连接到电脑的RS232串口上，实现两者的数据传输。
现在的电脑越来越少有RS232串口的接口，当USB是几乎都有的。因此使用USB串口芯片将ARM芯片上的TTL电平转换成USB串口协议，即可通过USB与电脑数据传输。
上面的两种方式，对ARM芯片的编程操作都是一样的。
ARM芯片是如何发送/接收数据？ 如图所示串口结构图：
有很多串口，使用哪一个？看原理图确定
至少用到发送、接收引脚：txd、rxd
需要把这些引脚配置为UART功能，并使能UART模块
有哪些参数？
波特率
数据位
校验位
停止位
示例： 比如15200,8n1表示波特率为115200,8个数据为，没有校验位，1个停止位
肯定有一个数据寄存器，程序把数据写入，即可通过串口向外发送数据
肯定有一个数据寄存器，程序读取这个寄存器，就可以获得先前接收到的数据
很多有状态寄存器
判断数据是否发送出去？是否发送成功？
判断是否接收到了数据？
各类芯片的UART框图都是类似的，当设置好UART后，程序读写数据寄存器就可以接收、发送数据了。
STM32F103的USART1接到一个USB串口芯片，然后就可以通过USB线连接电脑了
原理图如下
3.2.1 使能GPIOA/USART1模块
需要设置GPIOA的寄存器，选择引脚功能：所以要使能GPIOA模块。 GPIOA模块、USART1模块的使能都是在同一个寄存器里实现。
3.2.2 配置引脚功能
从上图可以知道，PA9、PA10有三种功能：GPIO、USART1、TIMER1。
3.3.1 设置波特率
波特率算公式：
USARTDIV由整数部分、小数部分组成，计算公式如下：
USARTDIV = DIV_Mantissa + (DIV_Fraction / 16)
DIV_Mantissa和DIV_Fraction来自USART_BRR寄存器，如下图：
3.3.2 设置数据格式
比如数据位设置为8，无校验位，停止位设置为1。 需要设置2个寄存器。
USART1_CR1：用来设置数据位、校验位，使能USART
状态寄存器
数据寄存器 写、读这个寄存器，就可：发送、读取串口数据，如下图：
基地址
typedef unsigned int uint32_t;
typedef struct
{
volatile uint32_t SR; /*!< USART Status register, Address offset: 0x00 */
volatile uint32_t DR; /*!< USART Data register, Address offset: 0x04 */
volatile uint32_t BRR; /*!< USART Baud rate register, Address offset: 0x08 */
volatile uint32_t CR1; /*!< USART Control register 1, Address offset: 0x0C */
volatile uint32_t CR2; /*!< USART Control register 2, Address offset: 0x10 */
volatile uint32_t CR3; /*!< USART Control register 3, Address offset: 0x14 */
volatile uint32_t GTPR; /*!< USART Guard time and prescaler register, Address offset: 0x18 */
} USART_TypeDef;
USART_TypeDef *usart1 = (USART_TypeDef *)0x40013800;
#include "uart.h"
void delay(int d)
{
while(d--);
}
int main()
{
char c;
uart_init();
putchar('1');
putchar('0');
putchar('0');
putchar('a');
putchar('s');
putchar('k');
putchar('\n');
putchar('\r');
while (1)
{
c = getchar();
putchar(c);
putchar(c+1);
}
return 0;
}
#include "uart.h"
typedef unsigned int uint32_t;
typedef struct
{
volatile uint32_t SR; /*!< USART Status register, Address offset: 0x00 */
volatile uint32_t DR; /*!< USART Data register, Address offset: 0x04 */
volatile uint32_t BRR; /*!< USART Baud rate register, Address offset: 0x08 */
volatile uint32_t CR1; /*!< USART Control register 1, Address offset: 0x0C */
volatile uint32_t CR2; /*!< USART Control register 2, Address offset: 0x10 */
volatile uint32_t CR3; /*!< USART Control register 3, Address offset: 0x14 */
volatile uint32_t GTPR; /*!< USART Guard time and prescaler register, Address offset: 0x18 */
} USART_TypeDef;
void uart_init(void)
{
USART_TypeDef *usart1 = (USART_TypeDef *)0x40013800;
volatile unsigned int *pReg;
/* 使能GPIOA/USART1模块 */
/* RCC_APB2ENR */
pReg = (volatile unsigned int *)(0x40021000 + 0x18);
*pReg |= (1<<2) | (1<<14);
/* 配置引脚功能: PA9(USART1_TX), PA10(USART1_RX)
* GPIOA_CRH = 0x40010800 + 0x04
*/
pReg = (volatile unsigned int *)(0x40010800 + 0x04);
/* PA9(USART1_TX) */
*pReg &= ~((3<<4) | (3<<6));
*pReg |= (1<<4) | (2<<6); /* Output mode, max speed 10 MHz; Alternate function output Push-pull */
/* PA10(USART1_RX) */
*pReg &= ~((3<<8) | (3<<10));
*pReg |= (0<<8) | (1<<10); /* Input mode (reset state); Floating input (reset state) */
/* 设置波特率
* 115200 = 8000000/16/USARTDIV
* USARTDIV = 4.34
* DIV_Mantissa = 4
* DIV_Fraction / 16 = 0.34
* DIV_Fraction = 16*0.34 = 5
* 真实波特率:
* DIV_Fraction / 16 = 5/16=0.3125
* USARTDIV = DIV_Mantissa + DIV_Fraction / 16 = 4.3125
* baudrate = 8000000/16/4.3125 = 115942
*/
#define DIV_Mantissa 4
#define DIV_Fraction 5
usart1->BRR = (DIV_Mantissa<<4) | (DIV_Fraction);
/* 设置数据格式: 8n1 */
usart1->CR1 = (1<<13) | (0<<12) | (0<<10) | (1<<3) | (1<<2);
usart1->CR2 &= ~(3<<12);
/* 使能USART1 */
}
int getchar(void)
{
USART_TypeDef *usart1 = (USART_TypeDef *)0x40013800;
while ((usart1->SR & (1<<5)) == 0);
return usart1->DR;
}
int putchar(char c)
{
USART_TypeDef *usart1 = (USART_TypeDef *)0x40013800;
while ((usart1->SR & (1<<7)) == 0);
usart1->DR = c;
return c;
}
PRESERVE8
THUMB
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
AREA RESET, DATA, READONLY
EXPORT __Vectors
__Vectors DCD 0
DCD Reset_Handler ; Reset Handler
AREA |.text|, CODE, READONLY
; Reset handler
Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT main
LDR SP, =(0x20000000+0x10000)
BL main
ENDP
END
#ifndef _UART_H
#define _UART_H
void uart_init(void);
int getchar(void);
int putchar(char c);
#endif