二使用GPIO的复用功能利用USART 实现printf()

news2024/12/28 17:48:49

参考这篇： STM32串口通信详解

1. 关于USART

USART ( universal synchronous / asynchronous receiver /transmitter) 是一种串行通讯协议 , 允许设备通过串行端口进行数据传输， USART 能够以同步或者异步的方式进行工作，在实际的运用中，我们主要使用的是它的异步通信模式

1.1 USART 工作模式（异步）

通讯方式：异步，无需共享或者同步时钟信号
数据格式：发送和接受数据时，数据被封装在帧中，通常包含起始位数据位可选的奇偶校验位以及停止位
波特率：使用先双方需要设置相同的波特率
流控制：可选择硬件流控制如RTS/CTS）或者软件流控制（如XON/XOFF）
连接方式：点对点，通常用于两个设备之间

优点：在于简单些和点对点的通讯效率
缺点：没有外部的时钟进行同步，通讯双方的时钟必须精确的匹配

1.2 USART 工作模式（同步）

在同步模式下， USART需要使用一个外部的时钟信号来同步数据的发送和接受

同步起始位：同步模式使用特定的同步字符或位模式来标记数据帧的开始
数据位：数据以固定的数据发送，速率由外部时钟决定
奇偶校检位（可选）：于异步模式相同，用于错误检测
停止位：在某些同步的USART中，停止位可能不被使用，因为时钟信号已经提供了数据帧的同步

优点：优点是速度，因为外部时钟信号允许更快的数据率和更高的数据吞吐量，此外由于时钟信号的存在，接受器能够更加准确的确定何时读取数据位
缺点：需要额外的时钟线

1.2 USART 和 UART 的差异

同步模式： USART 可以工作在同步模式下，但是需要额外的时钟信号来同步数据的发送和接受，但是UART 不具备同步模式
功能： USART 通常提供更多的特性和配置选项，如数据位的长度，奇偶校检，多种停止位等
速度和效率：在同步模式下， USART可以提供比异步模式（UART)更快的数据传输速度
硬件复杂性： USART的硬件实现比UART 复杂，因为它需要处理同步和异步两种通讯方式

1.4 工作的框图

在这里插入图片描述

2. 流程

2.1 初始化GPIO ： GPIO_init(void)

使能GPIO的时钟
设置GPIO引脚9 和 10 为复用功能，方便用作 USART1 的 TX（接受）和RX（发送）引脚
初始化GPIO 引脚设置模式（复用），输出类型（推挽），上拉下拉（上拉）

2.2 USART的初始化 : USART_init(void)

使能 USART1 的时钟
配置USART1的参数：波特率（115200），字节长度（8），硬件流控制（无），工作模式（发送），校检位（无），停止位（1位）
使能USART1 使其工作

2.3 fputc函数重写

重写fputc函数以便printf可以使用USART发送数据。
将字符ch发送到USART1。
使用轮询方式等待发送完成（通过检查USART1的传输完成标志）。
返回写入的字符。

3. 代码

3.1 USART.h

#ifndef USART_H 
#define USART_H

#include "stm32f4xx.h"
#include "stdio.h" 
#include "stm32f4xx_usart.h" 
#include "stm32f4xx_gpio.h" 
#include "stm32f4xx_rcc.h" 

void GPIO_init(void); 
void USART_init(void); 
int fputc(int ch , FILE*f) ; 

#endif

3.2 USART.c

#include "stm32f4xx.h"
#include "USART.h" 
#include "stdio.h" 

//#include "stm32f4xx_gpio.h" 
//#include "stm32f4xx_rcc.h" 

void GPIO_init(void)
{
    //使能外设时钟 
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

    //设置GPIOA引脚为复用功能 
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_USART1);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART1);

    //初始化GPIOA引脚9 为复用功能输出
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct ; 
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF ; 
    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP ; 
    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP ; 
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 ; 
    GPIO_Init( GPIOA, & GPIO_InitStruct);

    //初始化GPIOA引脚10 为复用功能输入
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF ; 
    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP ; 
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10 ; 
    GPIO_Init( GPIOA, & GPIO_InitStruct);


}


void USART_init(void)
{   //使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE) ; 

    //初始化USART1
    USART_InitTypeDef USART_InitStruct ; 
    USART_InitStruct.USART_BaudRate = 115200 ; 
    USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b ;
    USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None ; 
    USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx ; 
    USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No ; 
    USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1 ;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);
    //使能USART1
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);

}

int fputc(int ch , FILE*f)
{   
    USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch) ; 
    while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET) ; //等待发送完成 一直为0 则一直循环 
    return ch ;
}

3.3 main.c

#include "stm32f4xx.h"
#include "USART.h" 


void delay(uint32_t time) ;
int main()
{     
          GPIO_init(); 
          USART_init(); 

          while(1) 
          {

            printf("hello world\r\n") ; 

          }

}