串口通信原理及应用

news2025/1/10 17:06:37

Content

1. 前言介绍
2. 连接方式
3. 数据帧格式
4. 代码编写

1. 前言介绍

串口通信是一种设备间非常常用的串行接口，以比特位的形式发送或接收数据，由于成本很低，容易使用，工程师经常使用这种方式来调试 MCU。

串口通信应用广泛，可以实现两个设备之间的通信，例如STM32与wifi、蓝牙、4G、NB-IoT使用的都是串口通信协议。

2. 连接方式

如下图所示：
己方的RX（接收引脚）对应对方的 TX（发送引脚），而己方的 TX 则是接收对方的 RX 引脚，这种方法可以用于双向通信。

在这里插入图片描述

如若只需进行单向通信，采用以下方式也是可以的，此方法通常为仅接收外部设备传来的数据：
在这里插入图片描述

3. 数据帧格式

起始位（Start Bit）：数据帧的起始位，用于标识数据传输的开始。通常为逻辑低电平。

数据位（Data Bits）：数据帧中实际传输的数据位数。常见的数据位数有5位、6位、7位和8位。

校验位（Parity Bit）：用于校验数据位的奇偶性，以检测和纠正传输中的错误。常见的奇偶校验方式有奇校验和偶校验，也可以选择不使用校验位。

停止位（Stop Bit）：数据帧的结束位，用于标识数据传输的结束。通常为逻辑高电平。
在这里插入图片描述

如图所示，可以看到串口数据是低有效位优先传输(LSB)。

4. 代码编写

通过STM32F407的数据手册可以查询到，PA9和PA10引脚是具有 USART1功能的，它被挂载在 APB2 总线上：
在这里插入图片描述
所以我们需要开启 GPIOA端口时钟以及启用串口1时钟：

	//开启硬件时钟：GPIO端口硬件时钟、USART硬件时钟
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);

PA9 和 PA10 是作为复用功能使用的，所以还要开启复用功能：

	//配置GPIO引脚为复用功能模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10;	//指定9、10号引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//配置为复用功能模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//速度越高，功耗就越高，但是响应速度也更快
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;//不需要使能内部上下拉电阻
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

然后依次对串口参数进行配置：

	//将对应的GPIO引脚连接到串口
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);
	
	
	//配置串口相关的参数：串口号，波特率，数据位，停止位，流控制
    //波特率
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud;
	//接收长度
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	//停止位
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	//校验位，不需要奇偶校验
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;   
	//控制位     
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    //模式：支持接收支持发送
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
	
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

以下是完整的配置函数：

void usart1_init(uint32_t baud)
{
	
	//开启硬件时钟：GPIO端口硬件时钟、USART硬件时钟
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
	
	
	//配置GPIO引脚为复用功能模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10;	//指定9、10号引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//配置为复用功能模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//速度越高，功耗就越高，但是响应速度也更快
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;//不需要使能内部上下拉电阻
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
	
	
	
	//将对应的GPIO引脚连接到串口
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);
	
	
	//配置串口相关的参数：串口号，波特率，数据位，停止位，流控制
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud;
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;        //校验位，不需要奇偶校验
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    //模式：支持接收支持发送
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
	
	
	
	//配置串口相关的中断
	
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	
	
	//使能串口工作
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
 
}