[嵌入式]STM32-串口通信实验

一、通信接口背景知识

1.通信的两种方式：
①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

②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
  
  2.串行通信
  按照数据传送的方向，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。

3.串行通信的通信方式

• 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
  
  4.常见的串行通信接口：

二、STM32串口通信基础

1.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
  2.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。
  

3.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。

4.串口通信过程

传输速度由波特率决定。
5.STM32串口异步通信需要定义的参数:
①起始位
②数据位（8位或者9位)
③奇偶校验位(第9位)

• 奇校验：如前面传输了奇数个1，则奇偶校验位设置为0；如前面传输了偶数个1，则奇偶校验位设置为1。
• 偶校验：如前面传输了奇数个1，则奇偶校验位设置为1；如前面传输了偶数个1，则奇偶校验位设置为0。
  ④停止位(1,15,2位)
  ⑤波特率设置
  
  6.USART框图
  

三、 STM32串口常用寄存器和库函数

1.常用的串口相关寄存器
①USART_SR状态寄存器
②USART_DR数据寄存器
③USART_BRR波特率寄存器
④USART_CRx控制寄存器
2.波特率计算方法
$T_X/R_x波特率=\frac{f_{PCL{K}_x}}{(16?USARTDIV)}$

• 上式中，$f_{PCL{K}_x}$是给串口的时钟（PCLK1用于USART2、3、4、5，PCLK1用于USART1）；USARTDIV是一个无符号定点数，我们只要得到USARTDIV的值，就可以得到串口波特率寄存器USART->BRR的值，反过来，我们得到USART->BRR的值，也可以推导出USARTDIV的值。但我们更关心的是如何从USARTDIV的值得到USART_BRR的值，因为一般我们知道的是波特率和$PCL{K}_x$的时钟，要求的就是USART_BRR的值。
• 假设我们的串口1要设置为115200的波特率，而PCLK2的时钟为72M。这样，我们根据上面的公式有：
  $USARTDIV=72000000/(115200?16)=39.0625$
  那么得到：
  DIV_Fraction=16*0.0625=1=0X01（小数部分）
  DIV_Mantissa=39=0X27（整数部分）
  这样，我们就得到了USART->BRR的值为0X0271。只要设置串口1的BRR寄存器值为0X0271就可以得到115200的波特率。
  3.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

void USART_SendData();//发送数据到串口，DR
unit16_t USART_ReceiveData();//接受数据，从DR读取接受到的数据

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

typedef struct
{
	//设置波特率  
	uint32_t USART_BaudRate; 
	uint16_t USART_WordLength; 
    uint16_t USART_StopBits;       
    //奇偶校验位
	uint16_t USART_Parity;   
	//发送/接收使能
	uint16_t USART_Mode;           
	uint16_t USART_HardwareFlowControl
} USART_InitTypeDef;

4.串口配置的一般步骤
①串口时钟使能，GPIO时钟使能

RCC_APB2PeriphClockCmd();

②串口复位

USART_DeInit();//这一步不是必须的

③GPIO模式设置

GPIO_Init();//模式设置为GPIO_Mode_AF_PP

注意：需要查中文参考手册看设置为什么模式

（8.1.11外设的GPIO配置）

④串口参数初始化

USART_Init();

⑤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();
USART_ITConfig();

⑥使能串口

USART_Cmd();

⑦编写中断处理函数

USARTx_IRQHandler();

⑧串口数据收发

void USART_SendData();//发送数据到串口，DR
unit16_t USART_ReceiveData();//接受数据，从DR读取接受到的数据

⑨串口传输状态获取

FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_Typedef*USARTx,unit16_t USART_FLAG);
void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef*USARTx,unit16_t USART_IT);

四、串口配置一般步骤

#include "stm32f10x.h"

void My_USART1_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	
	//使能GPIO和串口时钟
//	RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
//	RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
//	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//使能USART1，GPIOA时钟
	
	//GPIO模式设置
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	//串口参数初始化
	USART_InitStructure.USART_BaudRate=115200;
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;//
	USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;//
	USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No;//无奇偶校验
	USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1;//设置1位停止位
	USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;//字长为8
	USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);
	
	//使能串口
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
	
	//开启中断
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	
	//初始化NVIC
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;//在stm32f10x.h中有
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

//编写中断服务函数
//在startup_stm32f10x_hd.s中写了格式
void USART1_IRQHandler(void)
{
	u8 res;
	if (USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE))
	{
	res=USART_ReceiveData(USART1);
	USART_SendData(USART1,res);
	}
}



 int main(void)
 {	
	//中断优先级分组
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	My_USART1_Init();
	 
	 USART_SendData(USART1,0xaa);
	 
	while(1);
 }