STM32串口通信怎么使用？

  USART通用同步异步收发器（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）是一串行通信设备，可以灵活地与外部设备进行进行**全双工信息交换**
  UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter），它是在 USART 的基础上裁剪了同步通信功能，只保留异步通信功能我们平时使用的串口通信都是 UART
  1.通信接口背景知识介绍

  1.1通信双方的两种通信方式

  

• 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
    
    
  
  
• 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
    
    
  
  

  1.2串行通信的分类

  单工：数据只支持在一个方向上传输（看电视）
  
  

  

  **半双工：**同一时刻只允许在一个方向传输（对讲机）
  
  

  

  全双工：允许同时在两个方向上传输（电话）
  
  

  

  1.3常见的串行通信接口

  
  

  

  2.USART功能概述

  任何 UART 双向通信至少需要 3 个引脚，数据发送引脚 TXD，数据接收引脚 RXD，数
  据参考地 GND。串口连接必须共地！！！
  
  

  

  这里解释下电平标准，根据使用使用的电平标准不同，可以分为 TTL 和 RS232 标准，因为控制器一般都是 TTL 标准，因此如果需要进行 RS232 通信时，一定要使用 R232转换器进行 TTL 和 RS232 的电平转换
  
  

  

  3.STM32串口资源

  
  

  

  

• 全双工异步通信。
  
• 分数波特率发生器系统，提供精确的波特率。发送和接收共用的可编程波特率，最高可达4.5Mbits/s
  
• 可编程的数据字长度（8位或者9位）；
  
• 可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；
  
• 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：① 接受缓冲器 ②发送缓冲器空 ③传输结束标志
  
• 多个带标志的中断源。触发中断。
  
• 其他：校验控制，四个错误检测标志。
  
  

  4.串口通信过程

  
  

  

  5.STM32串口通信使用方法

  串口通信需要定义的参数
  

• 起始位
  
• 数据位（8位/9位）
  
• 奇偶校验位
  
• 停止位
  
• 波特率设置（收发两端要一致）
  
  

  6.串口通信相关函数

  

• 初始化函数 bsp_InitUart
  
  
  
  
  • 打开 GPIO 时钟
    
  • 打开 UART 时钟
    
  • 配置 USART Tx 为复用功能
    
  • 配置 USART Rx 为复用功能
    
    
  • 第1步： 配置GPIO
    
    
  • 第2步： 配置串口硬件参数
    
  • 第3步： Usart1 NVIC 配置
    
  • 第4步： 使能串口1
    
    
  
  
• 中断服务函数 USART1_IRQHandler
  
• 状态清零函数 Uart0_STA_Clr
  
• 打印输出函数 fput
  
• 数据发送函数 USART1_Send_Data
  
  

  7.STM32F1的 USART 库

  7.1对应库函数

  

• 使能 USART 时钟
  下面的函数用于使能 USART1 的时钟
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USARTx,ENABLE)
  下面的函数用于使能 USART2、USART3 UART4、UART5
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_UARTx,ENABLE)
  
• 使能 GPIO APB2 时钟（GPIO 是挂载在 APB2 高速总线上的）
  
• 用函数 GPIO_Init()配置 GPIO 引脚，主要有以下两种配置方式，分别对应 RXD 和 TXD的引脚
   输入：浮空，上拉
   复用输出：复用推挽
  
• 外设复用功能配置外设的复用功能
  
  
  
  
  
  • 通过结构体 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_xx 配置为具体的 AF 模式（xx 对应的 OD 为开漏，PP 为推挽）
    
  • 调用函数 GPIO_Init()
    
    
  • 对于其它外设（USART，SPI……）
    
    
  • 通 过 函 数 USART_Init 配 置 BaudRate ， WordLength ， StopBits ， Parity ，HardwareFlowControl，USART_Mode
    
  • 如果需要使用中断，使用 NVIC_Init 函数进行配置，并通过 USART_ITConfig 使能相应中断。
    
  • 通过函数 USART_Cmd 使能对应串口
    
    
  
  

  7.2初始化和配置函数

  下面是串口 1 的初始化函数，主要完成串口的设置。

/**/
/*******************************************************************************
* 函数名                   :串口初始化函数
* 函数功能      :初始化USRAT1的硬件设备
* 形参          : 无
* 返回值        : 无
*******************************************************************************/
/**/
void bsp_InitUart1(uint32_t baud)
{
        GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
        USART_InitTypeDef        USART_InitStructure;
       
        #if        EN_USART1_RX        //如果使能了接收
                NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;
        #endif
       
        /*TX=PA9 RX=PA10*/
       
       
        /*配置GPIO*/
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA ,ENABLE);        //打开GPIO时钟
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);        //打开串口时钟
       
        /*配置PA9与PA10两个端口的复用功能*/
        //TX发送
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;                                        //PA9
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;                        //复用推挽输出


        GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);               
        //RX接收       
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;                                //PA10       
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;                       
        GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);       
       
        /*配置串口硬件参数*/
        //波特率
        USART_InitStructure.USART_BaudRate=baud;                                                                                //形参传入       
        //数据位字长
        USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;                                                //8位字长
        //几位停止位
        USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;                                                        //一个停止位
        //有无奇偶校验位
        USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;                                                                //无奇偶校验
        //有无硬件数据流控制(传球)
        USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;        //只传，不管响应
        //收发模式
        USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx ;                                        //收发模式
        //初始化串口1
        USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);
       
        /*如果使能接收*/
        #if        EN_USART1_RX       
        /*配置串口中断*/
        //通道
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;
        //抢占优先级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3;
        //响应优先级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=3;
        //通道使能
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
       
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//跟据指定参数初始化VIC寄存器
       
        //开启串口接收中断
        USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
        //开启串口空闲中断   
        USART_ITConfig(USART1,USART_IT_IDLE,ENABLE);
        /*
                其实发送的两个字符之间间隔非常短，所以在两个字符之间不叫空闲。
                空闲的定义是总线上在一个字节的时间内没有再接收到数据，空闲中
                断是检测到有数据被接收后，总线上在一个字节的时间内没有再接收
                到数据的时候发生的。
        */
        #endif
       
        //使能串口
        USART_Cmd(USART1,ENABLE);       
}
主要完成串口波特率，数据长度，校验位，流控，模式的设置，在这个函数里没有对GPIO 引脚做宏定义，是因为 STM32F1 系列的串口 1 引脚序号都是一样的，这样本身就便于在移植时不做任何 GPIO 定义的更改。


下面是中断服务函数 USART1_IRQHandler，这里主要使用空闲中断，当接收到一帧数据后，总线空闲中断后，使用读取 USART1->SR 的方式再读取 DR 的方式来清除 IDLE 标记，同时将 ReceiveState 标志置 1。
/**/
/*******************************************************************************
* 函数名                   :USART1_IRQHandler
* 函数功能      :串口中断1中断服务函数
* 形参          : 无
* 返回值        : 无
*******************************************************************************/
/**/
void USART1_IRQHandler(void)
{
        uint8_t Res=Res;
        //接收到一个字节数据
        if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)!=RESET)
        {
                USART_RX_BUF[RxCounter++]=USART1->DR;        //将接收到的字节保存
        }
        //接收到一帧数据
        if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_IDLE)!=RESET)
        {
                Res=USART1->SR;        //读SR寄存器
                Res=USART1->DR;        //读DR寄存器（先读SR再读DR可以清除IDLE）
                ReceiveState=1;        //接收状态标志位
        }       
}
下面是状态清零函数，这个函数比较简单，函数只是简单的将 RxCounter 和 ReceiveState 两个全局变量清零的操作做了一个封装，方便外部函数进行调用。


/**/
/*******************************************************************************
* 函数名                   :Uart0_STA_Clr
* 函数功能      :串口状态清除函数
* 形参          : 无
* 返回值        : 无
*******************************************************************************/
/**/
void Uart0_STA_Clr(void)
{
                RxCounter=0;        //串口Buf计数清零
                ReceiveState=0;        //接收状态清零
}


有过 C 语言基础的用户，都知道一个格式化打印输出的函数 printf。在 STM32 里我们要使用 printf 的方法，必须做一些操作，这里给出了一种方法，通过代码的方式实现printf，而不需要使用 MicroLIB。注意，要使用下面的文件，有些关键词是在 stdio.h 里申明的，我们在 bsp.h 里已经做了包含。


//加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB          
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)            
//标准库需要的支持函数                 
struct __FILE
{
        int handle;


};


FILE __stdout;      
//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式   
void _sys_exit(int x)
{
        x = x;
}
//重定义fputc函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{      
        while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕   
    USART1->DR = (u8) ch;      
        return ch;
}
#endif


这里解释一下 0x40，0x40 是 USART_FLAG_TC 的标志。(USART1->SR&0X40)==0 这句和 USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET 这句功能是一样的，一种是寄存器的写法，一种是使用库函数的方法。而实际在底层都是最终操作的寄存器。


使用库函数进行数据发送的函数如下，这个函数主要是便于发送 16 进制数据的。


/**/
/*******************************************************************************
* 函数名                   :USART1_Send_Data
* 函数功能      :USART1发送len个字
* 形参          : buf:发送区首地址
                  len:发送的字节数
* 返回值        : 无
*******************************************************************************/
/**/
void USART1_Send_Data(uint8_t *buf,uint8_t len)
{
        uint8_t t;
        for(t=0;t         {
                while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
                USART_SendData(USART1,buf[t]);
        }
        while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
}


另外介绍一下 bsp_uart.h 里的内容，特别注意一下 extern 关键词。


#ifndef __BSP_UART_H
#define __BSP_UART_H
#include "sys.h"
#define USART_REC_LEN 1024 //定义最大接收字节数 1024
#define EN_USART1_RX 1 //使能（1）/禁止（0）串口 1 接收

extern uint8_t USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //接收缓冲,最大 USART_REC_LEN 个字节.末字节为换行符
extern uint8_t ReceiveState; //接收状态标记
extern uint16_t RxCounter;
void bsp_InitUart1(uint32_t baud);
#if EN_USART1_RX //如果使能了接收
void Uart0_STA_Clr(void);
#endif
#endif


如果某个 C 文件中定义的全局变量，需要被其它 C 文件使用时，函数实体定义在 C 文件里，而在.h 头文件里用 extern 申明该变量，且在申明时不能对该变量赋值，其它 C 文件调用时用 include 包含该头文件即可。


7.3主函数
/*
*********************************************************************************************************
*
*        模块名称 : 主程序入口
*        文件名称 : main.c
*        版    本 : V1.1
*        说    明 : 串口例子
*********************************************************************************************************
*/
#include "bsp.h"                                /* 底层硬件驱动 */
/*
*********************************************************************************************************
*        函 数 名: main
*        功能说明: c程序入口
*        形    参：无
*        返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
       
        uint8_t Key_Code;                //按键代码
        uint16_t t;
        uint16_t len;
        //硬件初始化
        bsp_Init();       
        printf("DS0 正在闪烁(闪烁频率 = 1Hz)rn");
        printf("操作按键会打印按键事件rn");
        //启动软件定时器1自动重装500ms
        bsp_StartAutoTimer(0, 500); /* 启动 1 个 500ms 的自动重装的定时器 */
       
        while(1)
        {
                //喂狗
                bsp_Idle();
                /*LED*/
                if(bsp_CheckTimer(0))
                {
                        bsp_LedToggle(1);
                        printf("请输入数据，以回车键结束rn");
                }       
                /*按键处理*/
                Key_Code=bsp_GetKey();
                if(Key_Code!=KEY_NONE)
                {
                        switch(Key_Code)
                        {
                                case        WKUP_DOWN:                        //WKUP按下Led1亮，串口打印
                                        bsp_LedOn(1);
                                        printf("WKUP键按下rn");
                                        break;
                                case        WKUP_UP:                        //WKUP抬起，串口打印
                                        printf("WKUP键抬起rn");
                                        break;
                                case        KEY0_DOWN:                        //KEY0按下，串口打印
                                        printf("KEY0键按下rn");
                                        break;
                                case        KEY0_UP:                        //KEY0抬起 ，串口打印
                                        printf("KEY0键抬起rn");
                                        break;
                                default  :
                                        break;
                        }
                }
                //若收到数据
                if(ReceiveState)
                {
                        len=RxCounter;                                        //得到此次接收数据的长度
                        printf("rn发送的消息为rnrn");
                        for(t=0;t                         {
                                USART_SendData(USART1,USART_RX_BUF[t]);
                                while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);
                        }
                        printf("rnrn");
                        Uart0_STA_Clr();
                }
        }
}