[嵌入式]嵌入式系统开发10——STM32串口通信

本文主要介绍利用stm32CubeMX+Keil，在STM32F103C8T6上，尝试使用寄存器地址方式和HAL库这两种方式，实现及串口通信，还涉及到Keil5编译器V5的安装。由于篇幅太长，本篇文章主要介绍实践操作，理论知识写在我之前的一篇帖子 嵌入式系统开发09——串口通信 里。

一、任务要求

安装 stm32CubeMX，配合Keil，分别尝试使用寄存器地址方式（汇编或C，不限） 和HAL库这两种方式，完成下列任务：
1、完成一个STM32的USART串口通讯程序（查询方式即可，暂不要求采用中断方式），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。
2、在没有示波器条件下，可以使用Keil的软件 仿真逻辑分析仪 功能观察管脚的时序波形，更方便动态跟踪调试和定位代码故障点。 请用此功能观察第1题中串口输出波形，并分析时序状态正确与否，高低电平转换周期实际为多少。

二、环境搭建

1、硬件环境

• STM32F103C8T6核心板
  

• USB转TTL
  

• 面包板一块

• 杜邦线（公对公、母对母）若干

• 连接方法：

注意将核心板上的BOOT0设置为1，BOOT1设置为0

2、软件环境

• MDK5、stm32CubeMX、虚拟逻辑分析仪的安装与使用可以参考本人的另外两篇帖子。
  1、嵌入式系统开发05——MDK5的安装、汇编语言编程入门实践以及Hex文件的分析
  2、嵌入式系统开发08——stm32CubeMX+HAL库实现流水灯以及虚拟逻辑分析仪的使用

• CH340驱动(USB串口驱动)
  安装好之后，将 USB转TTL 和 STM32F103C8T6 连接到电脑上后可以看到端口处连接有一个 USB-SERIAL CH340
  

• FlyMcu 烧录助手
  
  

• 串口通信助手(SSCOM)
  
  

三、寄存器方式实现串口通信

1、创建工程

• 可以按照我之前的帖子来创建工程：
  嵌入式系统开发05——MDK5的安装、汇编语言编程入门实践以及Hex文件的分析

• 可以直接利用下面的工程模板来建立（建议使用这种方法）
  链接：https://pan.baidu.com/s/1TN_MMYkEdkv1R7TAUwIJEw?pwd=plt3
  提取码：plt3

• 建立模板之后点击魔术棒，点击 Device，将芯片选择为 STM32F103C8
  

• 点击 C/C++，将 Define 里面的 STM32F10X_HD 改为 STM32F10X_MD
  

2、代码编写

• （1）在 SYSTEM 组下双击 usart.c，其中的 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
}

先计算得到 USART1->BRR 的内容。然后开始初始化串口引脚，然后设置波特率和奇偶校验等。
这里需要注意一点，因为我们使用到了串口的中断接收，必须在 usart.h 里面设置 EN_USART1_RX 为 1（默认设置就是 1 的）。该函数才会配置中断使能，以及开启串口 1 的 NVIC 中断。这里我们把串口 1 中断放在组 2，优先级设置为组 2 里面的最低。

• （2）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); 	//串口波特率初始化为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];  //发送一个字节到串口，通过直接操作寄存器来实现的
				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); 
		}
	}	 
} 

其中 while((USART1->SR&0X40)==0)，表示就是我们在写了一个字节在 USART1->DR 之后，要检测这个数据是否已经被发送完成了，通过检测 USART1->SR 的第 6 位，是否为 1 来决定是否可以开始第二个字节的发送。

3、V5编译器安装

这里点击编译，我最开始编译时，会报很多错

这里是以为编译器选择错误，V6编译器无法兼容部分代码

此时应该选择V5编译器，但是当选择 Missing：Compiler Version 5 进行编译时，提示：

这里是因为 KEIl5 新版本，官方不再默认安装V5编译器，需要自己安装V5编译器。安装方法如下：

（1）下载文件
链接：https://pan.baidu.com/s/1hDvFC3oyAPte5H6A9R5CFg?pwd=2022
提取码：2022
（2）解压到 Keil5 的 ARM 文件夹下（这里需要找到自己的 Keil5 的安装路径，我这里显示的是解压后的文件夹内容）

（3）解压完成后，以管理员身份运行Keil5，点击打开 File Extensions, Books and Environment…

（4）选择 Folders/Extensions，点击 …

（5）选择 Add another ARM Compiler Version to List…

（6）选择 ARMCC 的安装路径，点击确定

（7）如下图，我们可以看到，ARMCC 已经添加成功了，点击 Close ->OK

（8）最后回到 Keil5 主界面，打开 Option for target，到这一步，我们就可以选择使用compiler version 5了

4、编译

点击魔术棒，在 Output 下勾选 Create HEX File

在 Debug 下勾选 Use Simulator，将 Dialog DLL：改为DARMSTM.DLL；Parameter：改为 -pSTM32F103C8

否则调试的时候使用虚拟逻辑分析仪观察输出波形时，会提示错误

在 Target 下，将 ARM Compiler：改为 Use default compiler version 5

点击编译，发现编译成功

5、烧录

按照硬件环境部分将硬件连接到电脑串口上，打开 FlyMcu烧录软件

找到生成的 hex 文件，点击打开

搜索串口

设置波特率为115200bps

点击开始编程，进行烧录

6、实现效果

打开串口调试助手 SSCOM，打开串口设置

配置串口设置

点击打开串口

观察结果

用 Keil5 的虚拟逻辑分析仪观察输出波形

四、HAL库方式实现串口通信

1、创建工程

• 打开STM32CubeMX，点击 ACCESS TO MCU SELECTOR
  

• 选择 STM32F103C8
  

• 设置RCC，设置高速外部时钟HSE，选择外部时钟源
  

• 点击 Connectivity，选择 USART1 ，Mode 设置为 Asynchronous（异步通信）
  

• 波特率为115200，1位停止位，无校验位（这里不需要改，默认就是这样）
  

• NVIC Settings 一栏使能接收中断，勾选Enabled
  

• 时钟设置，将HCLK设置为 72MHz
  

• 项目设置，设置项目的名称、位置、环境
  

• 生成项目
  

2、代码编写

（1）打开工程，点击 Open Project，找到 main.c

（2）在 main.c 中用一个数组存储 STM32 需要给上位机发送的消息

uint8_t data[]="hello windows!\n";

（3）在while循环中调用查询，并调用延时函数

		HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)data, 15, 0xffff);
		HAL_Delay(100);    //延时100ms

3、编译

点击魔术棒，在 Output下勾选 Create HEX File

在 Target 下将编译器版本改为 V6.18

在Debug里面选择 Use Simulator，将 Dailog DLL设置为DARMSTM.DLL，Parameter设置为-pSTM32F103C8；

点击OK，点击编译

4、烧录

按照硬件环境部分将硬件连接到电脑串口上，打开 FlyMcu烧录软件

找到生成的 hex 文件，点击打开

搜索串口

设置波特率为115200bps

点击开始编程，进行烧录

5、实现效果

打开串口调试助手 SSCOM，打开串口设置

配置串口设置

点击打开串口

观察结果

五、仿真逻辑分析仪的使用

（1）在KEIL5中打开调试

（2）打开逻辑分析仪

（3）添加需要观察的引脚USART1_SR，调为Bit模式，点击关闭

（4）点击Run ，开始运行

（5）分析波形

发送信息时高电平的持续时间为 0.458us

发送信息时低电平的持续时间为 87us

延时100ms

六、总结

本文主要介绍利用stm32CubeMX+Keil，在STM32F103C8T6上，尝试使用寄存器地址方式和HAL库这两种方式，实现串口通信。通过实验发现，stm32CubeMX的可视化操作可以使得寄存器的初始化配置操作变得非常简单、便捷；HAL库函数则封装了许多stm32的常用函数，相较于寄存器方式，HAL库函数stm32的学习和使用更加容易上手。希望能够给各位读者帮助，同时也希望各位读者能够自己尝试去实验，实践是检验真理的唯一标准，只有通过实验才能够真正熟知和掌握知识。若博客中有不足或者缺漏，望各位指出。

参考列表：
1.搭建STM32开发环境——STM32CubeMX，Keil5
2.STM32实现LED闪烁——基于HAL库
3.基于 MDK 创建 STM32 汇编程序：串口输出 Hello world
4.STM32最小核心板F103串口通信USART