UART通讯实验—控制LED

2018-7-6 06:08:54 2164

一、概述

1、UART简介

UART:通用同步/异步串行接收/发送器，由时钟发生器、数据发送器和接收器三大部分组成。UART是一个全双工通用同步/异步串行收发模块，该接口是一个高度灵活的串行通信设备。STM32F407IGT6具有6个UART收发器，可使用相应的代码使能后使用。

2、UART特点

全双工操作(相互独立的接收数据和发送数据)。
同步操作时，可主机时钟同步，也可从机时钟同步。
支持8和9位数据位，1或2位停止位的串行数据桢结构。
由硬件支持的奇偶校验位发生和检验。
数据溢出检测。
帧错误检测。
包括错误起始位的检测噪声滤波器和数字低通滤波器。
三个完全独立的中断，TX发送完成、TX发送数据寄存器空、RX接收完成。
支持多机通信模式。
支持倍速异步通信模式。

3、UART时序

图4_0 UART时序

空闲位：高电平。

启动位：一个低电平。

字符数据：可以选择8和9位数据位。

奇偶校验位：根据需要选择是否进行校验。

停止位：一个高电平。

4、TTL、RS232、RS485、RS422通信

TTL、RS232、RS485都是指电平信号，USART可使用相应的电平转换芯片，实现这三种通信。

TTL：电平信号数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”。通讯方式为全双工通信。
RS232：232中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑“1”为-3到-15V;逻辑“0”为+3到+15V。通讯方式为全双工，通讯距离15m，RS-232的数据最高传输速率为20Kbps。
RS485：RS485采用差分信号负逻辑，逻辑"1”以两线间的电压差为-(2~6)V表示;逻辑"0"以两线间的电压差为+(2~6)V表示。通讯方式为半双工，通讯距离1200m，RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。
RS422：RS422采用两对差分线传输数据，电平与RS485相同。通讯方式为全双工，通讯距离1200m，RS-422的数据最高传输速率为10Mbps。

二、硬件电路

图4_1UART引脚图

图4_2UART转USB

本试验使用的芯片STM32F407IGT6，使用UART为UART_4，引脚位PA0和PA1，经过串口转USB芯片CH340转换后，可通过USB接口与计算机通讯。

三、实验原理

计算机安装 CH340 驱动后，可通过串口工具来接收串口发送的数据和向串口发送给数据。用串口工具打开iCore3对应的端口，波特率设为115200，发送相应的命令，便可以控制ARM LED的亮灭情况。串口命令如下表：

表4_1：串口控制命令

LED_RED_ONcrlf	LED 红灯亮
LED_RED_OFFcrlf	LED 红灯灭
LED_BLUE_ONcrlf	LED 蓝灯亮
LED_BLUE_OFFcrlf	LED 蓝灯灭
LED_GREEN_ONcrlf	LED 绿灯亮
LED_GREEN_OFFcrlf	LED 绿灯灭

图：4_3 控制实例

四、源代码

1.USART初始化结构体介绍

typedefstruct
{
uint32_tUSART_BaudRate;
uint16_tUSART_WordLength;
uint16_tUSART_StopBits;
uint16_tUSART_Parity;
uint16_tUSART_Mode;
uint16_tUSART_HardwareFlowControl;
} USART_InitTypeDef;

波特率：每秒传输的二进制位个数。
数据长度：可选择8位，9位。
停止位：可选择0.5位、1位、1.5位和2位。
校验位：可选择无校验、奇校验、偶检验。
USART模式：可选择接收模式、发送模式、收发模式。

2．主函数

/*
* Name : main
* Description : ---
* Author : ysloveivy.
*
* History
* --------------------
* Rev : 0.00
* Date : 11/21/2015
*
* create.
* --------------------
*/
int main(void)
{
inti;
char buffer[20];
led.initialize();
usart4.initialize(9600);
usart4.printf("hello! I am iCore3!rn"); //串口4输出
while(1){
if(usart4.receive_ok_flag){ //接收完成
usart4.receive_ok_flag = 0;
for(i = 0;i <20;i++){
buffer = tolower(usart4.receive_buffer);
}
//比较接收信息
if(memcmp(buffer,"led_red_on",strlen("led_red_on")) == 0){
LED_RED_ON;
usart4.printf("ok!rn");
}
if(memcmp(buffer,"led_red_off",strlen("led_red_off")) == 0){
LED_RED_OFF;
usart4.printf("ok!rn");
}
if(memcmp(buffer,"led_green_on",strlen("led_green_on")) == 0){
LED_GREEN_ON;
usart4.printf("ok!rn");
}
if(memcmp(buffer,"led_green_off",strlen("led_green_off")) == 0){
LED_GREEN_OFF;
usart4.printf("ok!rn");
}
if(memcmp(buffer,"led_blue_on",strlen("led_blue_on")) == 0){
LED_BLUE_ON;
usart4.printf("ok!rn");
}
if(memcmp(buffer,"led_blue_off",strlen("led_blue_off")) == 0){
LED_BLUE_OFF;
usart4.printf("ok!rn");
}
}
}
}

3.USART初始化及相关配置

/*
* Name             : initialize_usart4
* Description       : ---
* Author          : XiaomaGee
*
* History
* -------------------
* Rev             : 0.00
* Date             : 11/21/2015
*
* create.
* -------------------
*/
staticint initialize_usart4(unsignedlongintbaudrate)
{
      GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;
      USART_InitTypeDefUSART_InitStructure;
      NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
      RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);          // GPIO时钟使能
      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;                      //PA0为复用推挽输出
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
      GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;                      //PA1为浮空输入
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
      GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
      GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource0,GPIO_AF_UART4);          //PA0引脚复用为UART4
      GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource1,GPIO_AF_UART4);          //PA1引脚复用为UART4
      USART_DeInit(UART4);
      RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_UART4, ENABLE);          //UART4时钟使能
USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudrate;                //波特率
      USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;    //8个数据位
      USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;          //1个停止位
      USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;          //无奇偶校验位
      USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
      USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;  //收发模式
      USART_Init(UART4, &USART_InitStructure);                      //初始化UART4
      USART_Cmd(UART4, ENABLE);                                     //使能UART4
      USART_ITConfig(UART4,USART_IT_PE,ENABLE);
      USART_ITConfig(UART4,USART_IT_RXNE,ENABLE);                   //打开UART4的中断
      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = UART4_IRQn;
      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
      NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
      return0;
}
/*
* Name             : send_buffer4
* Description       : ---
* Author          : XiaomaGee
*
* History
* -------------------
* Rev             : 0.00
* Date             : 11/21/2015
*
* create.
* -------------------
*/
staticint
send_buffer4(void * buf,intlen)
{
      char *p = (char *)buf;
      if(len<= 0)return -1;
      while(len --){
            send_byte_to_usart4(*p);
            p ++;
      }
      return0;
}
/*
* Name             : send_byte_to_usart4
* Description       : ---
* Author          : XiaomaGee
*
* History
* -------------------
* Rev             : 0.00
* Date             : 11/21/2015
*
* create.
* -------------------
*/
staticint
send_byte_to_usart4(char data)                //TTL通信
{
      while(!(USART_GetFlagStatus(UART4,USART_FLAG_TC) == 1));       //等待发送数据完成
      USART_SendData(UART4,data);                                     //将数据写入数据寄存器中
      return0;
}
/*
* Name             : send_string_to_usart4
* Description       : ---
* Author          : XiaomaGee
*
* History
* -------------------
* Rev             : 0.00
* Date             : 11/21/2015
*
* create.
* -------------------
*/
staticint
send_string_to_usart4(char * str)
{
      while(*str!='\0'){
            while(!(USART_GetFlagStatus(UART4,USART_FLAG_TC) == 1));
            USART_SendData(UART4,*str++);
      }
      return0;
}
/*
* Name             : UART4_IRQHandler
* Description       : ---
* Author          : XiaomaGee
*
* History
* -------------------
* Rev             : 0.00
* Date             : 11/21/2015
*
* create.
* -------------------
*/
int
UART4_IRQHandler(void)
{
while(USART_GetFlagStatus(UART4,USART_FLAG_RXNE) == 0);
      usart4.receive_buffer[usart4.counter++]=USART_ReceiveData(UART4); //接收数据
      if(usart4.receive_buffer[usart4.counter - 1] == 'n'&& usart4.receive_buffer[usart4.counter - 2] == 'r'){
                     usart4.receive_buffer[usart4.counter-1]=0;
                     usart4.counter=0;
            usart4.receive_ok_flag=1;
return0;
}
/*
* Name             : printf
* Description       : ---
* Author          : XiaomaGee
*
* History
* -------------------
* Rev             : 0.00
* Date             : 11/21/2015
*
* create.
* -------------------
*/
staticint
my_printf4(constchar * fmt,...)                            //串口4输出
{
      __va_listarg_ptr;
      charbuf[UART_BUFFER_SIZE];
      memset(buf,'\0',sizeof(buf));
      va_start(arg_ptr,fmt);
      vsprintf(buf,fmt,arg_ptr);
      va_end(arg_ptr);
      send_string_to_usart4(buf);
      return0;

五、实验现象

通过串口调试工具输入相应的命令，可以看到iCore3执行相应的明命令，LED按控制命令亮灭。

六、代码包下载
    iCore3_4_USART.rar