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[嵌入式]【嵌入式知识08】STM32的USART串口通信，给上位机连续发送Hello Windows！

本文主要介绍串口协议和RS-232、485标准，以及RS232、485电平与TTL电平的区别，了解"USB/TTL转232"模块的工作原理；并完成一个STM32的USART串口通讯程序。

一、串口协议

1.串口通信简介

??串口通信(Serial Communication)的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节的通信方式。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。
??串口通信是一种设备间非常常用的串行通讯方式，因为它简单便捷，大部分电子设备都支持该通讯方式，电子工程师在调试设备时也经常使用该通讯方式输出调试信息。

2.设备之间的通信方式

一般情况下，设备之间的通信方式分为串行通信和并行通信。

并行通信	串行通信
数据各个位同时传输	数据按位顺序传输
速度快	占用引脚资源少
占用引脚资源多	速度相对较慢

串口通信还可分为：

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；它不需要独立的接收端和发送端，两者可以合并一起使用一个端口；
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，需要独立的接收端和发送端。

在这里插入图片描述

按照通信方式，又分为

同步通信：带时钟同步信号传输。比如：SPI，IIC通信接口。
异步通信：不带时钟同步信号。比如：UART(通用异步收发器)，单总线。

同步通信：收发设备上方会使用一根信号线传输信号，在时钟信号的驱动下双方进行协调，同步数据。例如，通信中通常双方会统一规定在时钟信号的上升沿或者下降沿对数据线进行采样。

异步通信：不使用时钟信号进行数据同步，它们直接在数据信号中穿插一些用于同步的信号位，或者将主题数据进行打包，以数据帧的格式传输数据。通信中还需要双方规约好数据的传输速率（也就是波特率）等，以便更好地同步。常用的波特率有4800bps、9600bps、115200bps等。

??在同步通信中，数据信号所传输的内容绝大部分是有效数据，而异步通信中会则会包含数据帧的各种标识符，所以同步通讯效率高，但是同步通讯双方的时钟允许误差小，稍稍时钟出错就可能导致数据错乱，异步通讯双方的时钟允许误差较大。

常见串口通信的接口

通信标准	引脚说明	通信方式	通信方向
UART 通用异步收发器	TXD：发送端 RXD：接收端GND：共地	异步通信	全双工
1-wire 单总线	DQ发送/接收端	异步通信	半双工
SPI	SCK：同步时钟 MISO：主机输入，从机输出 MOSI：主机输出，从机输入	同步通信	全双工
I2C	SCK：同步时钟SDA：数据输入/输出端	同步通信	半双工

3.STM32串口通信

STM32的串口通信接口有两种，分别是：UART（通用异步收发器）、USART（通用同步异步收发器）。

引脚连接方式：
TXD <-----> RXD
RXD <-----> TXD
GND <----->GND
在这里插入图片描述

注：RXD:数据输入引脚，接受数据； TXD:数据发送引脚，数据发送；

对于两个芯片之间的连接，两个芯片GND共地，同时TXD和RXD交叉连接。这里的交叉连接的意思就是，芯片1的RxD连接芯片2的TXD，芯片2的RXD连接芯片1的TXD。这样，两个芯片之间就可以进行TTL电平通信了。

4.RS-232通信协议

若是芯片与PC机（或上位机）相连，除了共地之外，就不能这样直接交叉连接了。

尽管PC机和芯片都有TXD和RXD引脚，但是通常PC机（或上位机）通常使用的都是RS232接口（通常为DB9封装），因此不能直接交叉连接。

RS232接口是9针（或引脚），通常是TxD和RxD经过电平转换得到的。因此，要想使得芯片与PC机的RS232接口直接通信，需要也将芯片的输入输出端口也电平转换成rs232类型，再交叉连接。

在这里插入图片描述

经过电平转换后，芯片串口和rs232的电平标准是不一样的：

单片机的电平标准（TTL电平）：+5V表示1，0V表示0；
Rs232的电平标准：+15/+13 V表示0，-15/-13表示1。

单片机串口与PC串口通信遵循下面的连接方式：
在单片机串口与上位机给出的rs232口之间，通过电平转换电路，实现TTL电平与RS232电平之间的转换。

5.USB/TTL转232

USB转串口模块可以使用5V、3V3电压供电，需要将跳线帽进行安装。
在这里插入图片描述
USB转串口电路板与单片机的接线图，VCC接线是为了单片机供电，USB转串口的RXD引脚与单片机的TXD引脚相连，USB转串口的TXD引脚与单片机的RXD引脚相连，两者的GND引脚直接相连。

二、USART串口通信文件（HAL库方式）

之前已学习过STM32cubx创建工程文件的步骤，直接看下图流程：
在这里插入图片描述
设置USART

时钟设置

之后导出Keil文件即可
在main.c文件的主函数while循环中添加以下代码：

	  char data[]="hello windows!\n";
		HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)data, 15, 0xffff);
		//高电平点亮A12
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);
		
		HAL_Delay(100);
		//低电平熄灭A12
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);
		HAL_Delay(900);

三、STM32的USART串口通信

1.实验目标

完成一个STM32的USART串口通讯程序，要求：

1）设置波特率为115200，1位停止位，无校验位；
2）STM32系统给上位机（win10）连续发送“hello
windows！”。win10采用“串口助手”工具接收。

所需设备如下：

STM32F103C8T6最小核心板
USB转TTL
CH340驱动(USB串口驱动)_XP_WIN7共用
串口调试助手XCOM V2.3

3.USB转TTL与STM32F103C8T6相连

连接方式如下：
USB转TTL <-----> STM32F103C8T6
GND <-----> G
3V3 <-----> 3V3
RXD <-----> PA9
TXD <-----> PA10

4.编写代码

使用STM32CubeMX生成代码。
SYSTEM文件下的 usart.c，编写uart_init函数，代码如下

void uart_init(u32 pclk2,u32 bound)
{  	 
	float temp;
	u16 mantissa;
	u16 fraction;	   
	temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);//得到USARTDIV
	mantissa=temp;				 //得到整数部分
	fraction=(temp-mantissa)*16; //得到小数部分	 
    mantissa<<=4;
	mantissa+=fraction; 
	RCC->APB2ENR|=1<<2;   //使能PORTA口时钟  
	RCC->APB2ENR|=1<<14;  //使能串口时钟 
	GPIOA->CRH&=0XFFFFF00F;//IO状态设置
	GPIOA->CRH|=0X000008B0;//IO状态设置 
	RCC->APB2RSTR|=1<<14;   //复位串口1
	RCC->APB2RSTR&=~(1<<14);//停止复位	   	   
	//波特率设置
 	USART1->BRR=mantissa; // 波特率设置	 
	USART1->CR1|=0X200C;  //1位停止,无校验位.
#if EN_USART1_RX		  //如果使能了接收
	//使能接收中断 
	USART1->CR1|=1<<5;    //接收缓冲区非空中断使能	    	
	MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQn,2);//组2，最低优先级 
#endif
}

在test.c中编写如下代码：

#include "sys.h"
#include "usart.h"		
#include "delay.h"	 
int main(void)
{				 
	u16 t; u16 len; u16 times=0;
	Stm32_Clock_Init(9);	//系统时钟设置
	delay_init(72);	  		//延时初始化
	uart_init(72,115200); 	//串口初始化为115200
  	while(1)
	{
		if(USART_RX_STA&0x8000)
		{ 
			len=USART_RX_STA&0x3FFF;//得到此次接收到的数据长度
			printf("\r\n Hello Windows! \r\n\r\n");
			for(t=0;t<len;t++)
			{
				USART1->DR=USART_RX_BUF[t];
				while((USART1->SR&0X40)==0);//等待发送结束
			}
			printf("\r\n\r\n");//插入换行
			USART_RX_STA=0;
		}else
		{
			times++;
			if(times%200==0)printf("Hello Windows!\r\n"); 
			delay_ms(10); 
		}
	}	 
}