GPIO端口完成LED流水灯
一、串口协议
串口通信指串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比特字节（byte）的串行通信慢，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。串口通信协议是指规定了数据包的内容，内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。在串口通信中，常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。
1、设备间的通信方式
设备之间的通信方式基本上分为串行通信和并行通信。
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 | 全双工 |
| 1-wire 单总线 | DQ：发送/接收端 | 异步 | 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 | 全双工 |
| I2C | SCK：同步时钟SDA：数据输入/输出端 | 同步 | 半双工 |
- 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。
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。
- 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。
2、STM32串口通信基础
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）。
对于大容量STM32F10x系列芯片，分别有3个USART和2个UART。
UART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。
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。
3、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。
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。
RS-232通讯协议标准串口的设备间通讯结构图如下：
1、RS-232串口简介
台式机电脑后面的9针接口就是com口(串口) 在工业控制、数据采集上应用广泛。
RS232接口
通信过程中只有两个脚参与通信，电路连接时，连接三个脚即可。
3. 2脚：电脑的输入RXD；
4. 3脚：电脑的输出TXD 通过2 ，3 脚就可以实现全双工(可同时收发)的串行异步通信；
5. 5脚：接地。
2、PC串口与单片机串口连接方式
DB91是在电脑上的 DB92是在单片机实验板上焊接着的。
4、USB转串口CH340接线
USB转串口模块的一些功能模块的标示，USB转串口电路板背后还预留了一些全信号输出的接口，可以将电线直接焊接在这些引脚上来使用预留的功能。
二、STM32的USART串口通信（查询方式）
1、课程要求
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。
3）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。 请用此功能观察串口输出波形，并分析其波形反映的时序状态正确与否，高低电平转换周期（LED闪烁周期）实际为多少。
2、器件及相应驱动等
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C8T6相连
| USB转TTL | STM32F103C8T6 |
|---|---|
| GND | G |
| 3V3 | 3V3 |
| RXD | PA9 |
| TXD | PA10 |
4、CH340驱动安装
在电脑设备管理器处查看有无com端口出现，有即可证明成功。
5、代码撰写
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
}
从该代码可以看出，其初始化串口的过程，和我们前面介绍的一致。先计算得到USART1->BRR 的内容。然后开始初始化串口引脚，然之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。
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);
}
}
}
编译成功后烧录
6、串口助手观察输出
打开XCOM串口助手，弹出界面点击打开串口，即可以接收到C8T6发送的数据Hello Windows!
三、STM32的USART串口通信（HAL库方式）
1、工程文件设置
采用的C8T6核心板
设置USART2
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);
之后编译烧录即可
四、keil观察串口输出波形
仿真设置
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。 用此功能观察串口输出波形，并分析其波形反映的时序状态正确与否，高低电平转换周期（LED闪烁周期）实际为多少。
根据其周期间隔可以发现HAL库导出工程时间十分精确。
五、总结
本文学习了描述串口协议和RS-232标准，RS232电平与TTL电平的区别，以及"USB/TTL转232"模块（以CH340芯片模块为例）的工作原理，并实际操作串口通信hello windows，受益匪浅。