10：【stm32】USART与串口通信一：USART(上)

news2024/9/23 11:13:47

USART（上）

  • 1、串口通信
    • 1.1、简介
    • 1.2、数据帧
      • 1.2.1、简介
      • 1.2.2、校验规则
      • 1.2.3、停止位的长度
    • 1.3、异步通信的波特率
      • 1.3.1、同步通信
      • 1.3.2、异步通信
      • 1.3.3、硬件流控
  • 2、USART
    • 2.1、简介
    • 2.2、工作的原理
    • 2.3、相关寄存器
  • 3、标准库编程
    • 3.1、编程接口
    • USART_Init()
    • USART_Cmd
    • USART_SendData
    • USART_ReceiveData
    • USART_GetFlagStatus
  • 4、程序代码
    • 4.1、使用串口发送数据
    • 4.2、使用串口接收数据

1、串口通信

1.1、简介

   通过串口接收/发送数据。其中串口拥有TX（发送数据）和RX（接收数据）引脚。2个设备通过串口接收/发送数据时，这2个引脚需要交替连接。

在这里插入图片描述

1.2、数据帧

1.2.1、简介

   串口接收/发送的数据是以数据帧进行传输的，那什么是数据帧呢？数据帧 = 起始位+数据位+停止位。起始位是低电平0，停止位是高电平1，而数据位可以是8位/9位。其中数据位中还包含1位校验位（有程序员自己规定）。而传输的时候是先传输数据帧的低位，在传高位。

在这里插入图片描述
数据进行传输时，如果不是连续传输时，则2个数据帧之间还有空闲位，它为高电平。

在这里插入图片描述

1.2.2、校验规则

   校验规则分为：奇校验和偶校验，就是查询1的个数。

在这里插入图片描述
例如：发送方设定为奇校验，并且是9位数据位。当发送时，前8位数据位中有偶数个1，那么最后1位校验位则是1，这样就凑成了奇数个1。如果传输时出现了错误，接收方进行校验时，则检测到了偶数个1，则代表传输出现了错误。都是不能检测出是那一位出现了错误。

在这里插入图片描述

1.2.3、停止位的长度

   停止位的长度可以是0.5位/1位/1.5位 /2位。可以由程序员规定。

在这里插入图片描述

1.3、异步通信的波特率

1.3.1、同步通信

   2个设备进行同步通信时，则2个设备之间拥有1个时钟线（CLK）和1个数据线，例如 I2C。当时钟线位低电平时，主设备给数据线上写数据，当位高电平时，不能在写数据，从设备进行数据的读取。从设备读取成功后，给主设备返回一个应答信号，主设备继续写数据。这就是同步通信。

在这里插入图片描述

1.3.2、异步通信

   异步通信和同步通信不同，没有时钟线，拥有2个数据线进行发送（TX）和接收（RX）数据。控制串口通信发送数据的速度是波特率和硬件流控。波特率就是没1s发送码元的个数（9600代表1s传输了9600个码元，传输1个码元占用了0.104ms），在计算机中每一位都代表一个码元。波特率越大，传输速率越快。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

异步通信没有时钟线，那么通信是怎样数据传输的喃？答案是：进行数据的采集，例如当接收方采用相同的9600的波特率0时，就代表它采集间隔时间是0.104ms。接收方在空闲时进行高密度采集，当采集到一个下降沿时，代表后面的是数据了，所以间隔1.5个码元进行采集（也是高密度采集），刚好采集到数据位第一个码元的正中间，然后后面就每隔0.104ms进行采集。

1.3.3、硬件流控

   硬件流控的作用主要是防止传输的数据丢失，当传输一个数据帧时，等待接收方返回一个反馈信号。如果反馈的是一个低电平，代表接收方可以继续接收数据，然后发送方继续发送数据。

在这里插入图片描述

2、USART

2.1、简介

   USART也是STM32中的一个片上外设，用于异步串口通信。STM32F103C8T6一共有3个USART，分别为USART1，USART2，USART3。其中USART1挂载在RCC_APB2时钟总线上，所以使用时需要打开时钟。而2和3挂载在RCC_APB1时钟总线上面。

在这里插入图片描述

2.2、工作的原理

   当单片机通过串口向外发送数据时，CPU向发送数据寄存器TDR写入数据，写入的时候是并行写入，然后进入并行转串行。打开发送控制器，通过TX引脚进行数据的串行发送。当单片机进行数据的接收时，RX接收来的串行数据，通过串行转并行，写入到接收寄存器RDR，然后CPU进行数据的读取。

在这里插入图片描述

2.3、相关寄存器

  如下图为USART的结构图，他拥有如此多的寄存器，那这些寄存器拥有上面作用喃？交具体我们分析下

在这里插入图片描述

  • CR：配置寄存器
    在这里插入图片描述

    UE：USART的总开关，为0，USART禁止，为1，USART打开。需要配置波特率时，也需要打开这个开关。
TXE： 数据传输开关
RXE：数据接收开关
M：数据位长度选择，M = 0：数据位为8位，M = 1：数据位为9位
STOP：停止位长度选择，00为1位，01为0.5位，10为2位，11为1.5位
PE/PCE：奇偶校验使能，0关闭校验位，1打开校验位
PS：奇偶选择位，0偶校验，1奇校验

  • BRR：波特率寄存器

    在这里插入图片描述
    主要是用来配置分频器的系数，波特率 = RCC时钟/（分频系数 * 16）。例如需要9600波特率，选用72MHz时钟时，算出分频系数为468.75。
    在这里插入图片描述

  • SR：状态寄存器

在这里插入图片描述

   TXE：发送数据寄存器空，当发送数据寄存器TDR为空时，TXE为1，代表可以向TDR写入数据
   RXNE：接收数据寄存器非空，为0，代表接收数据寄存器RDR没有数据，为1，代表接收数据寄存器有数据，可以把数据读出来
   TC(TDR空&&移位寄存器空)：发送完成寄存器，为0代表还在发送，为1代表发送完成
   PE：奇偶校验错，为1，代表传输有出差
   FE：帧格式错，为1，代表帧格式出错
   NE：噪声错，为1，代表信号里面有噪声
   ORE：过载错，为1，代表没有及时的将RDR里面的数据读出来，导致里面的数据被覆盖丢失。

3、标准库编程

3.1、编程接口

   如下图所示，为常用的标准库编程接口。

在这里插入图片描述

  • USART_Init()

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    USART_InitTypeDef USARTInitStruct;
USARTInitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USARTInitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
USARTInitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USARTInitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
USARTInitStruct.USART_BaudRate = 9600;
USARTInitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_Init(USART1 ,&USARTInitStruct);

  • USART_Cmd

    在这里插入图片描述
    其实就是CR寄存器中的UE，USART的使能开关。

    USART_Cmd(USART1 ,ENABLE);//使能USART1

  • USART_SendData

    在这里插入图片描述

    USART_SendData(USART1,0x5a);//数据是16位，2个字节

  • USART_ReceiveData

    在这里插入图片描述

    uint8_t a = USART_ReceiveData(USART1); //将读取到的数据存储在变量a中

  • USART_GetFlagStatus

    在这里插入图片描述

    while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);
while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)==RESET);
if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_PE)==SET)
{
}

4、程序代码

  我们使用USART1让STM32和上位机进行串口通信。

4.1、使用串口发送数据

   USART1的Tx连接的引脚是PA9，Rx连接的引脚是PA10，我们为了增加一下难度，我们使用USART1引脚的重映射。查阅数据手册如下。
在这里插入图片描述
代码①：发送一个字节

/*发送一个字节*/
#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_pal.h"

int main(void)
{
	//1 对PB6,PB7进行配置
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIOInitStruct;
	GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//Tx
	GPIOInitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIOInitStruct);
	
	GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
	GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//Rx
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIOInitStruct );
	
	//2 使能AFIO的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
	//3 USART1的复用重映射
	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1,ENABLE);//对USART1进行重映射
	
	//4 使能USART1的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 ,ENABLE);//打开RCC时钟上面的USART1
	//5 对USART1进行配置
	USART_InitTypeDef USARTInitStruct;
	USARTInitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//数据位为8位
	USARTInitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;        //没有校验位
	USARTInitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;     //1位停止位
	USARTInitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//输入输出
	USARTInitStruct.USART_BaudRate = 9600;										//9600波特率
    USARTInitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//没有硬件流控
	
	USART_Init(USART1 ,&USARTInitStruct);

	USART_Cmd(USART1 ,ENABLE);                                 //使能USART1
	
	
	//1. 等待TDR清空
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);//TDR非空，TXE为0，则卡在这个循环
	
	//2. 写入要发送的数据
	USART_SendData(USART1,0x50);
	
	//3. 等待数据发送完成
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) == RESET); //发送完毕后，TC为1
	while(1)
	{
		
	}
}

在这里插入图片描述

代码②：发送一个字节数组

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_pal.h"

int main(void)
{
	//1 对PB6,PB7进行配置
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIOInitStruct;
	GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//Tx
	GPIOInitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIOInitStruct);
	
	GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
	GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//Rx
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIOInitStruct );
	
	//2 使能AFIO的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
	//3 USART1的复用重映射
	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1,ENABLE);//对USART1进行重映射
	
	//4 使能USART1的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 ,ENABLE);//打开RCC时钟上面的USART1
	//5 对USART1进行配置
	USART_InitTypeDef USARTInitStruct;
	USARTInitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//数据位为8位
	USARTInitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;        //没有校验位
	USARTInitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;     //1位停止位
	USARTInitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//输入输出
	USARTInitStruct.USART_BaudRate = 9600;										//9600波特率
    USARTInitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//没有硬件流控
	
	USART_Init(USART1 ,&USARTInitStruct);

	USART_Cmd(USART1 ,ENABLE);                                 //使能USART1
	
	
//	//1. 等待TDR清空
//	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);//TDR非空，TXE为0，则卡在这个循环
//	
//	//2. 写入要发送的数据
//	USART_SendData(USART1,0x50);
//	
//	//3. 等待数据发送完成
//	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) == RESET); //发送完毕后，TC为1

		uint8_t a[] = {0,1,2,3,4,5};
		uint8_t i;
		for(i = 0 ;i < (sizeof(a)/sizeof(uint8_t));i++)
		{
			while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
			USART_SendData(USART1,a[i]);
		}
		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) == RESET);
		
	while(1)
	{
		
	}
}

在这里插入图片描述代码③：发送一个字符数组

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_pal.h"

int main(void)
{
	//1 对PB6,PB7进行配置
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIOInitStruct;
	GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//Tx
	GPIOInitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIOInitStruct);
	
	GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
	GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//Rx
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIOInitStruct );
	
	//2 使能AFIO的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
	//3 USART1的复用重映射
	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1,ENABLE);//对USART1进行重映射
	
	//4 使能USART1的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 ,ENABLE);//打开RCC时钟上面的USART1
	//5 对USART1进行配置
	USART_InitTypeDef USARTInitStruct;
	USARTInitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//数据位为8位
	USARTInitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;        //没有校验位
	USARTInitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;     //1位停止位
	USARTInitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//输入输出
	USARTInitStruct.USART_BaudRate = 9600;										//9600波特率
    USARTInitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//没有硬件流控
	
	USART_Init(USART1 ,&USARTInitStruct);

	USART_Cmd(USART1 ,ENABLE);                                 //使能USART1
	
/*发送一个字节*/	
//	//1. 等待TDR清空
//	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);//TDR非空，TXE为0，则卡在这个循环
//	
//	//2. 写入要发送的数据
//	USART_SendData(USART1,0x50);
//	
//	//3. 等待数据发送完成
//	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) == RESET); //发送完毕后，TC为1

/*发送一个字节数组*/
//		uint8_t a[] = {0,1,2,3,4,5};
//		uint8_t i;
//		for(i = 0 ;i < (sizeof(a)/sizeof(uint8_t));i++)
//		{
//			while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
//			USART_SendData(USART1,a[i]);
//		}
//		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) == RESET);
/*发送一个字符*/
//	//1. 等待TDR清空
//	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);//TDR非空，TXE为0，则卡在这个循环
//	
//	//2. 写入要发送的数据
//	USART_SendData(USART1,'a');
//	
//	//3. 等待数据发送完成
//	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) == RESET); //发送完毕后，TC为1

		uint8_t a[] = "hello world";
		uint8_t i;
		for(i = 0 ;i < sizeof(a)/sizeof(uint8_t) ;i++)
		{
			while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
			USART_SendData(USART1,a[i]);
		}
		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) == RESET);

		
	while(1)
	{
		
	}
}

在这里插入图片描述

4.2、使用串口接收数据

/*通过接收到的数据进行对LED灯的控制*/
#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_pal.h"

int main(void)
{
	//1 对PB6,PB7进行配置
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIOInitStruct;
	GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//Tx
	GPIOInitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIOInitStruct);
	
	GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
	GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//Rx
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIOInitStruct );
	
	//2 使能AFIO的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
	//3 USART1的复用重映射
	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_USART1,ENABLE);//对USART1进行重映射
	
	//4 使能USART1的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 ,ENABLE);//打开RCC时钟上面的USART1
	//5 对USART1进行配置
	USART_InitTypeDef USARTInitStruct;
	USARTInitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//数据位为8位
	USARTInitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;        //没有校验位
	USARTInitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;     //1位停止位
	USARTInitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//输入输出
	USARTInitStruct.USART_BaudRate = 9600;										//9600波特率
    USARTInitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//没有硬件流控
	
	USART_Init(USART1 ,&USARTInitStruct);

	USART_Cmd(USART1 ,ENABLE);                                 //使能USART1
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
	GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;
	GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
	GPIOInitStruct .GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
	GPIO_Init(GPIOC,&GPIOInitStruct);
	
	uint8_t a;
	
	while(1)
	{
		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE) == RESET);//RXNE为0代表没有数据
	    a = USART_ReceiveData(USART1);
		if(a == '1')
		{
			GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_RESET);//开灯
		}
		if(a == '0')
		{
			GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_SET);//关灯
		}
	}
}

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前言 闲来无事&#xff0c;便想着研究一下Electron&#xff0c;没想到安装直接就卡住了 问题 npm ERR! RequestError: Hostname/IP does not match certificates altnames: Host: npm.taobao.org. is not in the certs altnames: DNS:*.tbcdn.cn, DNS:*.taobao.com, DNS:*.al…
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pygame小游戏

pygame小游戏

代码存在一些bug&#xff0c;感兴趣可自行修改&#xff0c;游戏运行后玩法与吃金币游戏类似。&#xff08;代码及结果比较粗糙&#xff0c;仅供参考&#xff09; 注&#xff1a;&#xff08;图片、音乐、音效文件老是上传上传不上&#xff0c;想要可私&#xff0c;也可以自己找…
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CentOS 7 安装详细教程

CentOS 7 安装详细教程

​ 大家好&#xff0c;我是程序员小羊&#xff01; 前言&#xff1a; CentOS 7 是一个稳定的企业级 Linux 发行版&#xff0c;广泛用于服务器环境。CentOS 7 是基于 Red Hat Enterprise Linux (RHEL) 构建的企业级 Linux 发行版&#xff0c;提供免费的、开源的操作系统&#xf…
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JVM-Java虚拟机-一文读懂-小白秒懂，老鸟进阶，必考面经

JVM-Java虚拟机-一文读懂-小白秒懂，老鸟进阶，必考面经

目录 JVM定义 Java Virtual Machine组成结构 各部分详解 0、类加载器 1、栈是运行的单位&#xff0c;堆是存储的单位 2、栈中存放各个栈帧 3、方法区——多线程共享区域 JVM定义 运行Java程序的平台内存结构、 垃圾回收、 类加载、 性能调优、 JVM 自身优化技术、 执行引…
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【Web前端】vue3整合eslint约束代码格式

【Web前端】vue3整合eslint约束代码格式

一、整合eslint 整合eslint的两种方式&#xff1a; 在已有项目中整合eslint&#xff1a;# 安装eslint及其vue插件即可 npm i -D eslint eslint-plugin-vue创建项目时整合eslint&#xff1a; 提示 是否引入ESLint用于代码质量检测 时选择 是# 创建vue3项目 npx create-vue # 下…
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