零基础国产GD32单片机编程入门(七)USART串口485通讯实战含源码

文章目录

- 一.概要
- 二.USART串口基本介绍
- 三.GD32单片机USART内部结构图
- 四.USART内部信号流向
- 五.USART示波器信号解析
- 六.485通讯基本概念
- 七.配置一个USART数据收发例程进行485通讯实验
- 八.工程源代码下载
- 九.小结

一.概要

USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）是通用同步/异步收发器，它是嵌入式领域中使用十分广泛的一种串口通信协议，大部分MCU都具备USART硬件接口。

USART串口通信的主要特点：
双向串口通信有两根通信线（发送端TX和接收端RX）。
发送的TX和接收的RX要交叉连接。
当只需单向的数据传输时，可以只接一根通信线。
两个设备之间当电平标准不一致时，比如3.3V系统和5V系统通讯最好加电平转换芯片或者隔离芯片。
两个设备之间的GND一定要接在一起，VCC可以各自供电。

本文介绍了GD32 USART串口的基本概念，内部结构，波形时序，以及用串口进行数据通讯的例程。

在这里插入图片描述
本文介绍了GD32的USART串口的基本特点，用一个485通讯实验加深对串口通讯的理解。

二.USART串口基本介绍

基本数据帧组成

在这里插入图片描述

1）波特率

   USART波特率是指每秒钟传输的位数，‌它决定了数据传输的速率和精确度。
   波特率是USART通信中的一个关键参数，‌它表征了串口的传输速度，‌即单位时间内传输的码元个数。‌对于USART而言，‌码元通常是二进制的，‌通过高低电平传输，‌因此波特率和比特率在数值上是相等的。‌例如，‌当波特率为115200时，‌意味着UART串口每秒传输115200个bit的数据量。‌常见的UART串口波特率包括300、‌600、‌1200、‌4800、‌9600、‌19200、‌38400、‌57600、‌115200等，‌这些标准波特率广泛应用于各种设备和通信接口中。例如：数据传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位，则传送的波特率为10×120＝1200位/秒＝1200波特

2）停止位

   每个字发送后，紧跟停止位，停止位可以选择“1、2、0.5、1.5”bit（0.5实际代表停止位高电平持续半个周期的时间）。
   不过F1的USART做通信时，停止位只支持1或2个，一般情况下，停止位选择1。

3）校验位

   UART传送的每个字节都可以选择是否增加1bit的奇偶校验位，而且奇校验或偶校验都可以选择。

4）字长度

   传送一个字的位数，一般情况下都会选择8bit字节，这也和国际标准单位的字节宽度相对应。

5）起始位

   起始位是必须的，由硬件产生，无需软件配置。STM32单片机的起始位就是在发送每个字的第一个有效位之前，先发送1周期的低电平，表示发送开始。
   嵌入式应用中， 包括STM32F1的应用，最常见的配置是：8位字节，1个停止位，无校验，波特率9600/115200。

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三.GD32单片机USART内部结构图

USART内部结构图如下
在这里插入图片描述

我们一般串口通讯使用串口的TX,RX引脚就可以了。
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四.USART内部信号流向

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串口发送：

在配置串口的各个参数时，可以选择发送数据帧的数据位的大小，可选8位。串口发送数据实际上就是对发送数据寄存器USART_DATA进行写操作。
1.当串口发送数据时，会检测发送移位寄存器是不是有数据正在移位，如果没有移位，那么这个数据就会立刻转移到发送移位寄存器里，准备发送。
2.当数据移动到移位寄存器时，会产生一个TXE发送寄存器空标志位，该位描述如下。当TXE被置1，那么就可以在USART_DATA写入下一个数据了，即发送下一个数据。
3.发送移位寄存器在发送器控制的控制下，向右移位，一位一位的把数据传输到TX引脚。
4.数据移位完成后，新的数据就会再次从USART_DATA转移到发送移位寄存器里来，依次重复1-3的过程。通过读取TXE标志位来判断是否发送下一个数据。

串口接收：

1.数据从RX引脚通向接收移位寄存器，在接收控制的控制下，一位一位的读取RX的电平，把第一位放在最高位，然后右移，移位8次之后就可以接收一个字节了。
2.当一个字节数据移位完成之后，这一个字节的数据就会整体的移到接收数据寄存器USART_DATA里来。在转移时会置RXNE接收标志位，即USART_DATA寄存器非空，就说明数据可以被读出。

串口数据收发程序相关：

串口发送一般以下操作：
写入数据：‌使用GD32提供的函数（‌如usart_data_transmit）‌将数据写入串口的发送数据寄存器。‌通过检查发送完成标志（‌如USART_INT_FLAG_TBE）‌来确认数据是否已经成功发送。‌

串口接收一般以下操作：
1.轮询方式：‌通过不断查询接收标志位（‌如USART_INT_FLAG_RBNE）‌来判断数据是否到达接收缓冲区，这个效率比较低。‌

2.中断方式：通过配置收到1字节数据单片机串口产生一次中断，在中断服务例程中处理接收到的数据。有时候会遇到接收的数据长度不固定，GD32单片机串口提供了一个更好用的功能，就是空闲中断(IDLEF)功能。也就是说当一帧数据接收结束后，就会产生一个空闲中断。这样就可以利用这个空闲中断来判断一帧数据接收是否完成。在这里插入图片描述

五.USART示波器信号解析

用串口调试器软件发送0x12数据，9600波特率，8位数据，无校验，1位停止位，用示波器采集波形如下图所示。
在这里插入图片描述

根据下图分析，数据是低位在前，高位在后，二进制就是00010010。转换成十六进制就是0x12,分析的波形数据内容跟电脑串口调试器发送的内容一致。
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六.485通讯基本概念

RS485通讯采用的是差分信号负逻辑控制模式，即2～6V表示“0”，-6～-2V表示“1”。RS485通讯一般采用两线制接线方式(端口A,端口B)。两线制接线方式是目前采用较多的为总线式拓朴结构，属于半双工传输方式，也就是说收发是不同步的。

485通讯一般就是单片机的串口加RS485芯片实现。
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七.配置一个USART数据收发例程进行485通讯实验

485转TTL模块插开发板子上（板子PB6接模块TX，板子PB7接模块RX，板子3.3V接模块VCC，板子GND接模块GND），USB转485模块插电脑，把两个485模块通过杜邦线连接，A跟A连，B跟B连。

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添加代码

uint8_t transmitter_buffer[] = "HELLOWORLD";//定义发送数组
uint8_t receiver_buffer[10];//定义接收数组
#define ARRAYNUM(arr_nanme)      (uint32_t)(sizeof(arr_nanme) / sizeof(*(arr_nanme)))
#define TRANSMIT_SIZE   (ARRAYNUM(transmitter_buffer) - 1)//计算大小
uint8_t transfersize = TRANSMIT_SIZE;
uint8_t receivesize = 10;
__IO uint8_t txcount = 0; 
__IO uint16_t rxcount = 0; 

//USART0初始化，使用PB6(TX),PB7(RX)脚，9600波特率，无校验，8位数据，1位停止
void gd_eval_com_init(void)
{
    /* enable GPIO clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);//使能GPIOB时钟

    /* enable USART clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_USART0);//使能USART0时钟
    gpio_pin_remap_config(GPIO_USART0_REMAP, ENABLE);//PB6,PB7需要重映射
    gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_6);//PB6输出

    /* configure USART Rx as alternate function push-pull */
    gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_7);//PB7输入
    /* USART configure */
    usart_deinit(USART0);
    usart_baudrate_set(USART0,9600);
	usart_word_length_set(USART0, USART_WL_8BIT);
    usart_stop_bit_set(USART0, USART_STB_1BIT);
    usart_parity_config(USART0, USART_PM_NONE);
	usart_hardware_flow_rts_config(USART0, USART_RTS_DISABLE);
    usart_hardware_flow_cts_config(USART0, USART_CTS_DISABLE);
    usart_transmit_config(USART0, USART_TRANSMIT_ENABLE);
    usart_receive_config(USART0, USART_RECEIVE_ENABLE);
    usart_enable(USART0);//使能USART0
		
}
int main(void)
{
	rcu_ahb_clock_config(RCU_AHB_CKSYS_DIV1);//AHB主频是1分频
	systick_config();//系统主频108MHZ,采用外部晶振,由两个宏决定(__SYSTEM_CLOCK_108M_PLL_HXTAL与HXTAL_VALUE)
	rcu_periph_clock_enable(RCU_AF); //管脚复用时钟alternate function clock使能
	delay_1ms(1000);
	//USART相关配置
	gd_eval_com_init();
	nvic_irq_enable(USART0_IRQn, 0, 0);//使能USART0中断
	usart_interrupt_enable(USART0, USART_INT_RBNE);//接收中断打开
	
    while(1)
    {
			
			if(rxcount >= receivesize)//接收满10个字节，在USART0_IRQHandler函数中计数
			{
				rxcount=0;
				txcount=0;
				usart_interrupt_enable(USART0, USART_INT_TBE);//发送中断打开
				while(txcount < transfersize);//等待发送完成，在USART0_IRQHandler函数中计数
				while (RESET == usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TC));//发送完成判断
				 usart_interrupt_enable(USART0, USART_INT_RBNE);//接收中断打开
			}
    }

}
	
void USART0_IRQHandler(void)
{
    if(RESET != usart_interrupt_flag_get(USART0, USART_INT_FLAG_RBNE)){
        /* receive data */
        receiver_buffer[rxcount++] = usart_data_receive(USART0);
        if(rxcount == receivesize){
            usart_interrupt_disable(USART0, USART_INT_RBNE);
        }
    }

    if(RESET != usart_interrupt_flag_get(USART0, USART_INT_FLAG_TBE)){
        /* transmit data */
        usart_data_transmit(USART0, transmitter_buffer[txcount++]);
        if(txcount == transfersize){
            usart_interrupt_disable(USART0, USART_INT_TBE);
        }
    }
}