STM32笔记—USART

课外知识插入：STM32单片机extern全局变量_stm32全局变量-CSDN博客

如果你把temple定义在A中，然后让A.h和B.h包含在includes.h中，然后把includes.h放在A.c和B.c中单个编译是没有问题的，但是链接的时候会出现问题，

“Symbol temple mulTIply defined（by A.o and B.o）”

这个变量被多次定义了！！！

在A中定义temple变量后，在B中用extern 声明一下例如：

1.在A中定义temple并且赋值：u16 temp2=0;

2.在B中声明extern u16 temp2;

这里只是声明，不再赋值，否则会报错！

Symbol temp2 mulTIply defined （by catch_pwm.o and app.o）

这里要注意变量定义和变量声明的区别：
变量定义使用“数据类型+变量名称”的形式，编译器需要给它分配内存单元的；
而变量声明使用“extern 变量类型+变量名称”的形式，是告诉编译器我这个变量将在其他外部C文件中定义，我这里只是在外部用它。编译器就不会给它分配内存空间，而等到真正遇到变量定义时再给它分配内存空间。

比如在一个 my.c文件中，我定义了char name［10］;那么在别的文件中只要用extern
char name［］，外部声明就可以了，告诉编译器这个变量我已经定义过了，具体怎样，你慢慢找吧。这符合常理，因为char是编译器能自主识别的类型。

一、USART功能概述

任何USART双向通信至少需要两个脚：接收数据输入(RX)和发送数据输出(TX)。

        RX：接收数据串行输。通过过采样技术来区别数据和噪音，从而恢复数据。
        TX：发送数据输出。当发送器被禁止时，输出引脚恢复到它的I/O端口配置。当发送器被激活，并且不发送数据时，TX引脚处于高电平。总线在发送或接收前应处于空闲状态。
        ● 一个起始位
        ● 一个数据字(8或9位)，最低有效位在前
        ● 0.5，1.5，2个的停止位，由此表明数据帧的结束
        ● 使用分数波特率发生器 —— 12位整数和4位小数的表示方法。
        ● 一个状态寄存器(USART_SR)
        ● 数据寄存器(USART_DR)
        ● 一个波特率寄存器(USART_BRR)，12位的整数和4位小数
        ● 一个智能卡模式下的保护时间寄存器(USART_GTPR)

下列引脚在硬件流控模式中需要：
nCTS: 清除发送，若是高电平，在当前数据传输结束时阻断下一次的数据发送。

nRTS: 发送请求，若是低电平，表明USART准备好接收数据

二、USART 特性描述

         字长可以通过编程USART_CR1寄存器中的M位，选择成8或9位(见图249)。在起始位期间，TX脚处于低电平，在停止位期间处于高电平。
        空闲符号被视为完全由’1’组成的一个完整的数据帧，后面跟着包含了数据的下一帧的开始位(‘1’的位数也包括了停止位的位数)。断开符号被视为在一个帧周期内全部收到’0’(包括停止位期间，也是’0’)。在断开帧结束时，发送器再插入1或2个停止位(‘1’)来应答起始位。
        发送和接收由一共用的波特率发生器驱动，当发送器和接收器的使能位分别置位时，分别为其产生时钟。

三、发送器

        发送器根据M位的状态发送8位或9位的数据字。当发送使能位(TE)被设置时，发送移位寄存器中的数据在TX脚上输出，相应的时钟脉冲在CK脚上输出。
        字符发送
        在USART发送期间，在TX引脚上首先移出数据的最低有效位。在此模式里，USART_DR寄存器包含了一个内部总线和发送移位寄存器之间的缓冲器。
        每个字符之前都有一个低电平的起始位；之后跟着的停止位，其数目可配置。
        USART支持多种停止位的配置：0.5、1、1.5和2个停止位。
        注：在数据传输期间不能复位TE位，否则将破坏TX脚上的数据，因为波特率计数器停止计数。正在传输的当前数据将丢失。

        可配置的停止位
        随每个字符发送的停止位的位数可以通过控制寄存器2的位13、12进行编程。
        1. 1个停止位：停止位位数的默认值。
        2. 2个停止位：可用于常规USART模式、单线模式以及调制解调器模式。
        3. 0.5个停止位：在智能卡模式下接收数据时使用。
        4. 1.5个停止位：在智能卡模式下发送和接收数据时使用。
        空闲帧包括了停止位。
        断开帧是10位低电平，后跟停止位(当m=0时)；或者11位低电平，后跟停止位(m=1时)。不可能传输更长的断开帧(长度大于10或者11位)。

配置步骤：
        1. 通过在USART_CR1寄存器上置位UE位来激活USART
        2. 编程USART_CR1的M位来定义字长。
        3. 在USART_CR2中编程停止位的位数。
        4. 如果采用多缓冲器通信，配置USART_CR3中的DMA使能位(DMAT)。按多缓冲器通信中的描述配置DMA寄存器。
        5. 利用USART_BRR寄存器选择要求的波特率。
        6. 设置USART_CR1中的TE位，发送一个空闲帧作为第一次数据发送。
        7. 把要发送的数据写进USART_DR寄存器(此动作清除TXE位)。在只有一个缓冲器的情况下，对每个待发送的数据重复步骤7。
        8. 在USART_DR寄存器中写入最后一个数据字后，要等待TC=1，它表示最后一个数据帧的传输结束。当需要关闭USART或需要进入停机模式之前，需要确认传输结束，避免破坏最后一次传输。

        单字节通信
        清零TXE位总是通过对数据寄存器的写操作来完成的。TXE位由硬件来设置，它表明：
        ● 数据已经从TDR移送到移位寄存器，数据发送已经开始
        ● TDR寄存器被清空
        ● 下一个数据可以被写进USART_DR寄存器而不会覆盖先前的数据

        如果TXEIE位被设置，此标志将产生一个中断。
        如果此时USART正在发送数据，对USART_DR寄存器的写操作把数据存进TDR寄存器，并在当前传输结束时把该数据复制进移位寄存器。
        如果此时USART没有在发送数据，处于空闲状态，对USART_DR寄存器的写操作直接把数据放进移位寄存器，数据传输开始，TXE位立即被置起。
        当一帧发送完成时(停止位发送后)并且设置了TXE位，TC位被置起，如果USART_CR1寄存器中的TCIE位被置起时，则会产生中断。

        在USART_DR寄存器中写入了最后一个数据字后，在关闭USART模块之前或设置微控制器进入低功耗模式(详见下图)之前，必须先等待TC=1。
        使用下列软件过程清除TC位：
        1．读一次USART_SR寄存器；
        2．写一次USART_DR寄存器。
注： TC位也可以通过软件对它写’0’来清除。此清零方式只推荐在多缓冲器通信模式下使用。

四、接收器

1. 起始位侦测

2.字符接收

五、分数波特率的产生

发送器和接收器的波特率由波特率寄存器BRR里的DIV确定，计算公式：波特率 = fPCLK2/1 / (16 * DIV)

如何从USART_BRR寄存器值得到USARTDIV
例1：
如果 DIV_Mantissa = 27 ， DIV_Fraction = 12 (USART_BRR=0x1BC),

于是
Mantissa (USARTDIV) = 27
Fraction (USARTDIV) = 12/16 = 0.75
所以 USARTDIV = 27.75
例2：
要求 USARTDIV = 25.62,
就有：
DIV_Fraction = 16*0.62 = 9.92
最接近的整数是：10 = 0x0A
DIV_Mantissa = mantissa (25.620) = 25 = 0x19
于是，USART_BRR = 0x19A
例3：
要求 USARTDIV = 50.99
就有：
DIV_Fraction = 16*0.99 = 15.84
最接近的整数是：16 = 0x10 => DIV_frac[3:0]溢出 => 进位必须加到小数部分
DIV_Mantissa = mantissa (50.990 + 进位) = 51 = 0x33
于是：USART_BRR = 0x330，USARTDIV=51

六、USART中断

七、HEX数据包发送

1.1固定包长，含包头包尾（包尾不是必须的）

1.2可变包长，含包头包尾

1、包头包尾和数据载荷重复的问题，传输的数据本身是FF和FE,可能引起误判
        解决：限制载荷数据的范围，限幅（例如只发送0~100）
        如果无法避免数据与包头包尾重复，则尽量使用固定长度的数据包
        增加包头包尾的数量，尽量是其呈现出载荷数据出现不了的状态
2、包头包尾并不是全部都需要的，例如可以只要一个包头
3、固定包长和可变包长的选择问题
        对HEX来说，若载荷出现和包头包尾重复的情况，最好选择固定包长，避免接收错误。若不重复，可以选择可变包长
4、各种数据转化为数据流的问题
        数据包都是一个字节一个字节组成的，若想发送16位整型数据、32位整型数据，float、double、甚至是结构体（其内部都是由一个字节一个字节组成的），只需要用一个uint8_t的指针指向它，把数据当作字节数组发送即可。

接收HEX数据包

每收到一个字节，函数都会进入一次中断，在中断函数中，可以拿到一个字节，但拿到字节之后，就得退出中断，故每拿到一个数据，都是一个独立的过程，而对数据包来说，有数据、包头、包尾三种状态，根据状态不同处理也不同。
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_27928443/article/details/130088050

代码详解：

#include "Serial.h"
uint8_t Serial_Rx_Package[4];
uint8_t Serial_Tx_Package[4];

void Serial_Init(void)
{
	//1.开启时钟
	//RCC库函数
	//存储器和总线构架APB2_usart1/gpioa
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
	//复用重映射和调试I/O配置寄存器(AFIO_MAPR)
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	//0+2.GPIO初始化
	//10.2.3 函数GPIO_Init
	//GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
	//GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	//8.2.1 端口配置低寄存器(GPIOx_CRL) (x=A..E)
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	//USART复用功能重映射
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	//USARTx_RX浮空输入或带上拉输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	//USART1_TX PA9  USART1_RX PA10

	//3.USART初始化
	//25.3.1 USART 特性描述
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;					//定义结构体变量
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;				//波特率
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;	//硬件流控制，不需要
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;	//模式，发送模式和接收模式均选择
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;		//奇偶校验，不需要
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;	//停止位，选择1位
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;		//字长，选择8位
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);				//将结构体变量交给USART_Init，配置USART1
	
	//4.中断输出配置
	//21.2.5 函数USART_ITConfig
	//USART_IT_RXNE 接收中断
	//RXNE：读数据寄存器非空 (Read data register not empty)
	//0：数据没有收到；1：收到数据，可以读出。
	//对USART_DR的读操作可以将该位清零。
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);


	//5.NVIC中断分组
	//NVIC_PriorityGroup_2	抢占优先级取值：0~3	响应优先级取值：0~3	
	//整个系统执行过程中，只设置一次中断分组,多次操作以最后一次设置为准。
	//针对每个中断，设置对应的抢占优先级和响应优先级。
	//如不设置中断优先级分组，则中断优先级分组默认为0，即0位抢占优先级，4位响应优先级。
	//13.2.3 函数NVIC_PriorityGroupConfig
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	//6.NVIC初始化
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2U;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1U;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

	//7.使能USART1
	//21.2.4 函数USART_Cmd
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);

}

/**
  * 函    数：串口发送一个字节
  * 参    数：Byte 要发送的一个字节
  * 返 回 值：无
  */
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
	//21.2.12 函数USART_SendData
	USART_SendData(USART1,Byte);
	//等待发送完成标志位21.2.22 函数USART_GetFlagStatus
	// USART_FLAG_TC:   Transmission Complete flag
	//0：发送还未完成；1：发送完成。
	while(RESET == USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC));
}



/**
  * 函    数：串口发送一个数组
  * 参    数：Array 要发送数组的首地址
  * 返 回 值：无
  */
void Serial_SendArray(uint8_t* Array)
{
	uint16_t i = 0;
	if(i < sizeof(Array)/sizeof(Array[0]))
	{
		Serial_SendByte(*(Array+i));依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据
	}
}



/**
  * 函    数：串口发送一个字符串
  * 参    数：String 要发送字符串的首地址
  * 返 回 值：无
  */
void Serial_SendString(uint8_t* String)
{
	while(*String++)
	{
		Serial_SendByte(*String);
	}
}


/**
  * 函    数：使用printf需要重定向的底层函数
  * 参    数：保持原始格式即可，无需变动
  * 返 回 值：保持原始格式即可，无需变动
  */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
	Serial_SendByte(ch);			//将printf的底层重定向到自己的发送字节函数
	return ch;
}


/**
  * 函    数：串口发送数字
  * 参    数：Number 要发送的数字，范围：0~4294967295
  * 参    数：Length 要发送数字的长度，范围：0~10
  * 返 回 值：无
  */
uint32_t Serial_Pow(uint32_t m,uint32_t n)
{
	uint32_t result = 1;
	while(m--)
	{
		result *= n;
	}
	return result;
}
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{	
	uint8_t j = 0;
	for(j = 0; j < Length; j++)
	{
		//12345/10000 = 1%10 = 1
		//12345/1000 = 12%10 = 2
		//12345/100 = 123%10 = 3
		//12345/10 = 1234%10 = 4
		//12345/1 = 12345%10 = 5
		Serial_SendByte('0' + Number/Serial_Pow(10,Length-j-1));
	}
	
}




/**
  * 函    数：获取串口接收数据包标志位
  * 参    数：无
  * 返 回 值：串口接收数据包标志位，范围：0~1，接收到数据包后，标志位置1，读取后标志位自动清零
  */
uint8_t Serial_Flag = 0;//接收结束标志位
uint8_t Get_Status_Serial_Flag(void)
{
	if(Serial_Flag == 1)
	{
		Serial_Flag = 0;
		return 1;
	}
	else	
	{
		return Serial_Flag;
	}
}




/**
  * 函    数：串口发送数据包
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  * 说    明：调用此函数后，Serial_Tx_Package数组的内容将加上包头（FF）包尾（FE）后，作为数据包发送出去
  */
void Serial_Send_Package(void)
{
	Serial_SendByte(0xFF);
	Serial_SendArray(Serial_Tx_Package);
	Serial_SendByte(0xFE);
}



/**
  * 函    数：USART1中断函数
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行
  *           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制
  *           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入
  *			  DCD     USART1_IRQHandler          ; USART1
  */

void USART1_IRQHandler(void)
{
	uint8_t Serial_Station = 0;//位置判断标志
	uint8_t Serial_Package_Location = 0;//数据包位置
	if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == RESET)//如果发生接收中断，说明数据从接收移位寄存器到了接收数据寄存器
	//RXNE位被置位。它表明移位寄存器的内容被转移到RDR。换句话说，数据已经被接收并且可以被读出。
	{
		//21.2.13 函数USART_ReceiveData返回USARTx最近接收到的数据
		//USART_DR寄存器[8:0]：数据值 (Data value)位8:0包含了发送或接收的数据。
		//uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx)
		uint16_t Serial_Data = USART_ReceiveData(USART1);//读取接收到的数据
		if(Serial_Station == 0)
		{
			if(Serial_Data == 0xFF)
			{
				//说明找到了数据包头
				Serial_Station = 1;
				Serial_Package_Location = 0;//开始发送数据
			}
			else
			{
				Serial_Station = 0;//没有找到ff,就一直找
			}
		}
		else if(Serial_Station == 1)//就算传入FF也不会出循环
		{
			if(Serial_Package_Location < 4)
			{
				Serial_Rx_Package[Serial_Package_Location++] = Serial_Data;//传输数据
				//传输一次就会置标志位
			}
			Serial_Station = 2;//说明数据发送完
		}
		else if(Serial_Station == 2)
		{
			if(Serial_Data == 0xFE)
			{
				//说明找到了数据包尾
				Serial_Station = 0;
				Serial_Flag = 1;//发送完成标志位
			}
			else
			{
				Serial_Station = 2;
			}
		}
		//21.2.25 函数USART_ClearITPendingBit清除USARTx的中断待处理位
		USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
	}

}