串口通信基本原理是什么？

串口通信基本原理

处理器与外部设备通信的两种方式

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
  
• 按照数据传送方向，分为：
  
  
  
  
  • 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。
    
    
    
  
  
• 串行通信的通信方式
  
  
  
  
  • 同步通信：带时钟同步信号传输。
    -SPI，IIC通信接口
    
  • 异步通信：不带时钟同步信号。
    -UART(通用异步收发器),全双工，单总线,要约定速度（波特率）
    
    
  
  
• 常见的串行通信接口：
  
  
  

STM32的串口通信接口

UART: 通用异步收发器
USART: 通用同步异步收发器
大容量STM32F10x系列芯片，包含3个USART和2个UART
UART异步通信方式引脚连接方法：

• RXD:数据输入引脚。数据接受。
  
• TXD:数据发送引脚。数据发送。
  
  
  

UART异步通信方式特点：

• 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。
  -发送和接受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。
  
  
  

STM32串口异步通信需要定义的参数：

• 起始位
  
• 数据位（8位或者9位）
  
• 奇偶校验位（第9位）
  
• 停止位（1,15,2位）
  
• 波特率设置
  
  
  

发射器控制（发射器时钟）和接收器控制（接收器时钟）受到同一个单元控制。
串口寄存器配置

常用的串口相关寄存器

USART_SR状态寄存器
USART_DR数据寄存器（只用到了位0-8）
USART_BRR波特率寄存器
USART_CR1控制寄存器（使能）
波特率计算方法




串口操作相关库函数（省略入口参数）：
void USART_Init(); //串口初始化：波特率，数据字长，奇偶校验，硬件流控以及收发使能
void USART_Cmd();//使能串口
void USART_ITConfig();//使能相关中断


//DR寄存器
void USART_SendData();//发送数据到串口，DR
uint16_t USART_ReceiveData();//接受数据，从DR读取接受到的数据


//SR寄存器
FlagStatus USART_GetFlagStatus();//获取状态标志位
void USART_ClearFlag();//清除状态标志位
ITStatus USART_GetITStatus();//获取中断状态标志位
void USART_ClearITPendingBit();//清除中断状态标志位


USART_Init();


void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct)


typedef struct
{
  uint32_t USART_BaudRate;            //波特率
  uint16_t USART_WordLength;          //字长
  uint16_t USART_StopBits;            //停止位
  uint16_t USART_Parity;              //奇偶校验位
  uint16_t USART_Mode;                //发送接收使能
  uint16_t USART_HardwareFlowControl; //硬件流控制
} USART_InitTypeDef;


串口配置的一般步骤
串口时钟使能，GPIO时钟使能:
RCC_APB2PeriphClockCmd();


串口复位:这一步不是必须的
USART_DeInit();


GPIO端口模式设置:要查表“STM32中文参考手册”8.1.11，模式设置为GPIO_Mode_AF_PP（复用为串口一设置为复用推挽）
GPIO_Init();


串口参数初始化：
USART_Init();


开启中断并且初始化NVIC（如果需要开启中断才需要这个步骤）
NVIC_Init();//优先级设置
USART_ITConfig();//确定开启哪个中断


使能串口:
USART_Cmd();


编写中断处理函数：
USARTx_IRQHandler();


串口数据收发：
void USART_SendData();//发送数据到串口，DR
uint16_t USART_ReceiveData();//接受数据，从DR读取接受到的数据


串口传输状态获取：
FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);
void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);


程序实践
main.c




void My_USART_Init(void)
{
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
       
        //使能时钟
        RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA ,ENABLE);
        RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_USART1  ,ENABLE);
       
        //GPIOA9模式设置为GPIO_Mode_AF_PP
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
        GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
       
        //GPIOA10模式设置为GPIO_Mode_AF_PP
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
        GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
       
        //串口初始化
        USART_InitStructure.USART_BaudRate=115200;
        USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;//不使用硬件流
        USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;//接收发送都使能
        USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;//不用奇偶校验，通信双方要么都有要么都没有
        USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;//一个停止位，传输停止的标志
        USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;//没有奇偶校验取八
        USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);
       
        //使能串口
        USART_Cmd(USART1,ENABLE);
       
        //使能哪个串口中断
        USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);//确定开启哪个中断,并开启接收中断(即接收到数据执行中断服务函数)


        //设置响应中断优先级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;//入口参数，在stm32f10x.h头文件447行
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;//是否开启中断通道
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;//设置抢占优先级
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;//响应优先级
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}


void USART1_IRQHandler(void) //接收到数据执行这个中断
{
        u8 res;
        if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE))//判断是否接收到数据
        {
                res=USART_ReceiveData(USART1);//接受到的值赋给变量
                USART_SendData(USART1,res);//发送接收到的数据
        }
               
}


int main(void)
{       
  //中断设置
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  //分组选择为2，两位响应两位抢占
         My_USART_Init();
         while(1);//使用中断接收，使用死循环
}


串口实验讲解
#define USART_REC_LEN   200          //定义最大接收字节数 200


u8  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

u16 USART_RX_STA;                         //接收状态标记       
  
程序要求，发送的字符是以回车换行结束（0x0D,0x0A)
eg:ABCDEFGHI…….(0x0D),(0x0A)
bit15标记为1时候提取USART_RX_BUF中bit13~0个有效数据

串口终端服务函数：
void USART1_IRQHandler(void)                        //串口1中断服务程序
        {
        u8 Res;
#if SYSTEM_SUPPORT_OS                 //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
        OSIntEnter();   
#endif
        if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
                {
                Res =USART_ReceiveData(USART1);        //读取接收到的数据
               
                if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//最高位如果是0，接收未完成，继续下面的接收
                        {
                        if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d 即bit14是否为1
                                {
                                if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
                                else USART_RX_STA|=0x8000;        //接收完成了 ，最高位设为1
                                }
                        else //还没收到0X0D
                                {       
                                if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
                                else
                                        {
                                        USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;//只可以用bit13~0
                                        USART_RX_STA++;
                                        if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收          
                                        }                 
                                }
                        }                    
     }
#if SYSTEM_SUPPORT_OS         //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
        OSIntExit();                                                                                           
#endif
}


main();


int main(void)
{               
        u16 t;  
        u16 len;       
        u16 times=0;
        delay_init();                     //延时函数初始化          
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
        uart_init(115200);         //串口初始化为115200
        LED_Init();                             //LED端口初始化
        KEY_Init();          //初始化与按键连接的硬件接口
        while(1)
        {
                if(USART_RX_STA&0x8000) //接收完成返回1
                {                                          
                        len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
                        printf("rn您发送的消息为:rnrn");
                        for(t=0;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("rnrn");//插入换行
                        USART_RX_STA=0;
                }else
                {
                        times++;
                        if(times%5000==0)
                        {
                                printf("rn精英STM32开发板 串口实验rn");
                                printf("正点原子@ALIENTEKrnrn");
                        }
                        if(times%200==0)printf("请输入数据,以回车键结束n");  
                        if(times%30==0)LED0=!LED0;//闪烁LED,提示系统正在运行.
                        delay_ms(10);   
                }
        }         
}