3.2 USART 通用同步/异步收发器

news2024/11/16 19:52:05

文章目录

什么是USART
- USART框图
stm32的Usart串口收发配置
- 初始化
- 发送
- 接收
重定向的几种方法
串口发送数据包

什么是USART

USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）通用同步/异步收发器
USART是STM32内部集成的硬件外设，可根据数据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序，从TX引脚发送出去，也可自动接收RX引脚的数据帧时序，拼接为一个字节数据，存放在数据寄存器里
自带波特率发生器，最高达4.5Mbits/s
可配置数据位长度（8/9）、停止位长度（0.5/1/1.5/2）
可选校验位（无校验/奇校验/偶校验）
支持同步模式、硬件流控制、DMA、智能卡、IrDA、LIN //基于串口通信的一些变体通信方式

STM32F103C8T6 USART资源： USART1、 USART2、 USART3

USART框图

在这里插入图片描述

灰色的两个寄存器再物理上是独立的两个寄存器，但软件上共用一个地址
收发数据的细节移位寄存器与数据寄存器的工作流程
- 最后都是一位一位的输入或输出.
- 可以发现输入和输出是相反的操作
- 输出：
  1. 直接写入一个byte的数据到 发送数据寄存器（TDR）
  2. 从发送数据寄存器一位一位的移动到 发送移位寄存器
  3. 再串行输出
- 输入：
  1. 一位一位的串行数据读入到接收移位寄存器
  2. 当满了一个Byte ，这一个Byte的数据就从 接收移位寄存器 转到接收数据寄存器（RDR）中。
  3. 再直接读取

stm32的Usart串口收发配置

初始化

初始化对应gpio
初始化usart外设
- USART_BaudRate //波特率
- USART_HardwareFlowControl //硬件流控制，通常不需要
- USART_Mode //选择收发模式
- USART_Parity //选择是否要奇偶校验
- USART_StopBits //停止位长度，选择1位
- USART_WordLength //选择字长，即为数据帧的长度

void Serial_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);	//开启USART1的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//开启GPIOA的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	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);					//将PA9引脚初始化为复用推挽输出
	
	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);					//将PA10引脚初始化为上拉输入
	
	/*USART初始化*/
	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
	
	/*中断输出配置*/
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);			//开启串口接收数据的中断
	
	/*NVIC中断分组*/
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);			//配置NVIC为分组2
	
	/*NVIC配置*/
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;					//定义结构体变量
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;		//选择配置NVIC的USART1线
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//指定NVIC线路使能
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;		//指定NVIC线路的抢占优先级为1
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;		//指定NVIC线路的响应优先级为1
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);							//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设
	
	/*USART使能*/
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);								//使能USART1，串口开始运行
}

发送

将数据写入发送数据寄存器（TDR）后，要等待写入完成再进行下一次写入（避免数据覆盖）

void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
	USART_SendData(USART1, Byte);		//将字节数据写入数据寄存器，写入后USART自动生成时序波形
	while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);	//等待发送完成
	/*下次写入数据寄存器会自动清除发送完成标志位，故此循环后，无需清除标志位*/
}

在这里插入图片描述

接收

通过串口中断实现数据接收

void USART1_IRQHandler(void)
{
   if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)		//判断是否是USART1的接收事件触发的中断
   {
   	Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);				//读取数据寄存器，存放在接收的数据变量
   	Serial_RxFlag = 1;										//置接收标志位变量为1
   	USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);			//清除USART1的RXNE标志位
   															//读取数据寄存器会自动清除此标志位
   															//如果已经读取了数据寄存器，也可以不执行此代码
   }
}

重定向的几种方法

直接改fputc 改fputc
(printf就是由fputc实现的)
自己封装printf函数


void Serial_Printf(char *format, ...)
{
	char String[100];				//定义字符数组
	va_list arg;					//定义可变参数列表数据类型的变量arg
	va_start(arg, format);			//从format开始，接收参数列表到arg变量
	vsprintf(String, format, arg);	//使用vsprintf打印格式化字符串和参数列表到字符数组String中
	va_end(arg);					//结束变量arg
	Serial_SendString(String);		//串口发送字符数组（字符串）
}

串口发送数据包

两种数据包，固定与不固定，文本与十六进制
状态机思想 (注意其中状态的判断用if else if级联，不要用if语句)
- 接收数据 -> 根据不同的状态做不同的处理

/**
  * 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
  */
void USART1_IRQHandler(void)
{
	static uint8_t RxState = 0;		//定义表示当前状态机状态的静态变量
	static uint8_t pRxPacket = 0;	//定义表示当前接收数据位置的静态变量
	if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)		//判断是否是USART1的接收事件触发的中断
	{
		uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);				//读取数据寄存器，存放在接收的数据变量
		
		/*使用状态机的思路，依次处理数据包的不同部分*/
		
		/*当前状态为0，接收数据包包头*/
		if (RxState == 0)
		{
			if (RxData == 0xFF)			//如果数据确实是包头
			{
				RxState = 1;			//置下一个状态
				pRxPacket = 0;			//数据包的位置归零
			}
		}
		/*当前状态为1，接收数据包数据*/
		else if (RxState == 1)
		{
			Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;	//将数据存入数据包数组的指定位置
			pRxPacket ++;				//数据包的位置自增
			if (pRxPacket >= 4)			//如果收够4个数据
			{
				RxState = 2;			//置下一个状态
			}
		}
		/*当前状态为2，接收数据包包尾*/
		else if (RxState == 2)
		{
			if (RxData == 0xFE)			//如果数据确实是包尾部
			{
				RxState = 0;			//状态归0
				Serial_RxFlag = 1;		//接收数据包标志位置1，成功接收一个数据包
			}
		}
		
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);		//清除标志位
	}
}