USART串口通信

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USART串口通信

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USART串口通信

1、通信分类与作用

2、串口通信的相关参数（重点）

3、位协议层 -- RS232协议

4、STM32F103 中的串口外设

5、调试串口编程

-- （1）串口初始化：时钟、IO、外设

-- （2）串口发送

-- （3）串口接收

-- 补充

-- 应用

6、中断

usart.c完整代码

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定时器的构成：
计数器：计数
时钟：为计数器提供计数频率
重装栽植：计数的最大值
-- 计数器从 0 开始计数（向上计数），一直到计数值等于重装载值，计数值会自动清零。

阻塞：程序里使用了延时函数
实现非阻塞的目的：提高 cpu 利用率 每个任务之间互不干扰

-- 基础阶段应该掌握的知识：

• 单片机的运行流程（从上往下，顺序执行）
• 单片机的基本知识（GPIO 中断）
• 代码：代码的基本编写（代码框架）

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• 从这章开始真正进入单片机的开发阶段。

-- 开发阶段：

• 首先要掌握的就是开发方法（或者是开发的流程）。

• 代码会偏向应用函数。

• 相同类型的模块（通信方式（接口）相同的模块），开发是一致的

通信方式（其实就是接口是一致的，学习单片机其实就是学习它的各种接口），如IO，TIM，USART，I2C，SPI，ADC，DAC，PWM等。

USART串口通信

• 今天先学习串口类设备如何进行开发

1、通信分类与作用

有线： 485 232 can
无线：WiFi 蓝牙 zigbee 4G
-- 这些通信都用来用作设备与设备之间的通信

SPI IIC USART -- 单片机和模块之间的通信

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• 这章讲的usart 特点：串行 异步 全双工

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• 特点的含义

串行：串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的 

并行：并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。 

异步：发送端和接收端没有相同的时钟线。
-- 因为双方工作不在相同的频率，传输的数据会丢失，所以在异步通信时双方要规定波特率
Tip：波特率（bps）实际就是数据传输的速度

同步：发送端和接收端有相同的时钟线。- 两个设备要工作的相同的频率下

单工：一个设备只能发送或是接收 收音机
半双工：同一时间内，只能发送或是接收 对讲机
全双工：同一时间内，能发送也能接收

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2、串口通信的相关参数（重点）

-- 串口类设备
如何识别该设备是串口类设备？
-- 从物理硬件接口（物理层）来看（一定要有下面图这几根线（引脚接口）TX，RX，GND），有这些引脚就是串口类设备） 

 -- 怎么接线也要注意一下

• 怎么确保对方收到了数据？

-- 为了保证通信，双方都会存在通信协议
保证通信（通信流程、通信协议）
双方设备通信 A 和 B，设备 A 向设备 B 传输 1 字节内容。
1、 设备 A 如何确认设备 B 是否收到了信息？
设备 B 向设备 A 发送应答信号。
2、 设备 B 如何确认收到的数据是正确的？
校验
-- 在串口通信中，没有操作1，波特率在某种程度上解决了操作1的问题，但没有很好的解决。
-- 对于串口通信，保证了操作2，-- 用RS232协议

3、位协议层 -- RS232协议

• 协议：数据传输格式

• 数据传输将数据分成了4部分，分别为起始位，数据位，奇偶校验位，停止位

RS232协议将数据分为1个起始位，8个数据位，1个奇偶校验位，1个停止位: 1 8 0 1

校验位：奇偶校验 CRC校验
奇校验:数据位+奇偶检验位 里面的1奇数个
偶校验:数据位+奇偶检验位 里面的1偶数个
01010101 1 如果是奇校验，在后面补个1
01010101 0 如果是偶校验，在后面补个0

• 设备 A 向设备 B 发送 8000 位数据 双方通信波特率 9600， 问：数据传输完毕，花费多长时间？

串口一次发送 8 位数据，需要发送 1000 次， 串口发送一次数据花费 10/9600s
（10/9600）*1000 = 100/96 S = 25/24s

4、STM32F103 中的串口外设

• STM32F103ZET6：一共有 5 个 USART1 USART2 USART3 UART4 UART5
• 单片机它可以同时驱动 5 个串口设备

5、调试串口编程

• 通信双方 单片机和ch340

• 串口通信编程：串口初始化，串口发送，串口接收

-- （1）串口初始化：时钟、IO、外设

• 先看数据手册中该外设在哪条线上 

  

• 看原理图知道串口连接的引脚 

  

• 然后配置相应的时钟（A端口的时钟和USART1的时钟（外设自身也有时钟））

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);			//看数据手册在哪条线上 - APB2

• 配置IO

//IO PA9/PA10
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};						//定义结构体变量，并且将结构体变量赋初值
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; 						//引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;			//速度
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//PA9 复用推挽
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; 							//引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;		//浮空输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

• 配置外设（配置串口）

-- 使用固件库使用手册 

-- 串口初始化函数原型 

-- 找到例子，复制到工程中（在例子的基础上更改） 

    USART_InitTypeDef USART_InitStructure = {0};
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;   					 			//波特率  常用的是4800 9600  115200
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;	//数据位长度
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;			//停止位长度
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;				//奇偶校验（这里写不使用）
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//硬件流控制失能（不使用硬件流控制）
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//模式
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
	
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);//开启串口    //使能或者失能 USART 外设（一般外设都要写这个）

-- （2）串口发送

-- 在固件库使用手册中找到相应函数 

-- 如果只写发送数据的语句，那么怎么知道上次的数据是否已经发送完了，如果上次的数据没有发送完的情况下，再次发送数据的话，就会覆盖上次的数据，所以需要判断上次的数据是否发送完成。

-- 判断数据是否发送完成 -- 采用状态寄存器 

-- 发送数据空标志位为1，表示数据发送完成，反之标志位为0，上一次的数据还没有发送完成，所以需要等待，直到标志位为1，表示数据发送完成，再发送数据。 

//发送
void usart1_tx(uint8_t data)//参数就是要发送的数据
{
	while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE )== RESET){}
		//上次的数据发送完成，为空表示上个数据已经发送完成
		//等待的时候是还没有发送，一旦发送完成，就变成1了
	USART_SendData(USART1, data);
}

-- （3）串口接收

-- 接收数据寄存器非空标志位为1，表示数据接收完成，反之标志位为0，上一次的数据还没有接收完成，所以需要等待，直到标志位为1，表示数据接收完成，再接收数据。

//接收

uint8_t usart1_rx(void)
{
	while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE )== RESET){} 			//接收数据寄存器非空标志位
	uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);
	return RxData;
}

-- 补充

• 将printf输出的数据直接输出到串口上，将它写在usart.c中，然后在usart.h中声明。这样就可以直接使用printf函数了。

int fputc(int a,FILE *p)//重定向函数
{
	usart1_tx(a);
	return a;
}

-- 应用

• main.c

int main()
{
	usart_init();
	
	uint8_t str[] = "123456789";
	
	uint8_t len = strlen((char *)str);
	
	for(uint8_t i=0;i<len;i++)
		usart1_tx(str[i]);
	//usart1_tx(0x1);
	
	uint8_t data = usart1_rx();//可以协助我们调试代码，接收到了，m
	printf("data:%d\r\n",data);//这里的换行是\r\n					//这里是发送到串口。可以根据是否发送到串口来判断程序是否正常执行
    }

-- 这里的printf可以用来调试程序，前面已经将printf重定向到串口了，所以可以直接使用printf函数，将数据发送到串口上。在想知道一个模块是否执行时，就可以写一个printf，看是否发送数据来看是否执行这个模块。

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• 使用串口助手向单片机发送数据，控制led状态。例如：发送“1111”，4个led灯全亮；发送“1010”，13灯亮，24灯灭；发送“0000”，4个led灯全灭。（90%）

int main()
{
	led_init();
	
	uint8_t str[] = "123456789";
	
	uint8_t len = strlen((char *)str);
	
	for(uint8_t i=0;i<len;i++)
		usart1_tx(str[i]);

	
	while(1)
	{
		uint8_t data[20]={0};
		for(uint8_t i=0;i<4;i++)
		data[i] = usart1_rx();
		if(!strcmp(data,"1111"))
		{
			LED1(1);LED2(1);LED3(1);LED4(1);
		}else if(!strcmp(data,"1010")){
			LED1(1);LED2(0);LED3(1);LED4(0);
		}else if(!strcmp(data,"0000")){
			LED1(0);LED2(0);LED3(0);LED4(0);
		}
		printf("data:%s\r\n",data);//这里的换行是\r\n					//这里是发送到串口。可以根据是否发送到串口来判断程序是否正常执行
    }
}
	

• 注意这里的换行符必须是\r\n

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6、中断

-- 因为接收函数中写了，如果读不到数据们将会阻塞等待，会影响后面的程序 

• 所以要采用中断的方式来接收数据，那么初始化函数就要加上中断的初始化

既要初始化中断，还要使能中断源

使能中断源，先从函数库中找相应的函数

 

复制例子，并更改

• usart.c

	//使能中断源			//串口有10个，用哪一个就要开哪一个中断源
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	
	//中断
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure = {0}; 
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; //中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //抢占
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //响应
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//使能（使能哪个中断通道，就要写哪个（必须写）中断服务函数）
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

• 中断服务函数的内容

1、判断中断是否发生 

 2、处理中断 3、清理中断 

uint8_t usart1_buff[10] = {0};//这些参数还要再usart.h中声明
uint8_t usart1_len = 0;

void USART1_IRQHandler(void)//串口收到1字节数据，中断就会被触发一次
{
	//判断接收中断是否发生
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
	{
		//处理中断:保存数据
		usart1_buff[usart1_len++] = USART_ReceiveData(USART1);
		usart1_len %= 10;//对10求余，他就一直会小于10
		//清理终端
		USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
	}
}

• main.c

if(usart1_len == 4)//如果接收到的数据为4位时
	{
		if(usart1_buff[0] == '0')
			LED1(0);
		else if(usart1_buff[0] == '1')
			LED1(1);
		
		if(usart1_buff[1] == '0')
			LED2(0);
		else if(usart1_buff[1] == '1')
			LED2(1);
		
		if(usart1_buff[2] == '0')
			LED3(0);
		else if(usart1_buff[2] == '1')
			LED3(1);
		
		if(usart1_buff[3] == '0')
			LED4(0);
		else if(usart1_buff[3] == '1')
			LED4(1);
	
		memset(usart1_buff,0,10);//数据处理完毕之后，将这次数据全部清0
		usart1_len = 0;
	}

• 注：数据处理完毕后，记得清理。

usart.c完整代码

#include "usart.h"

void usart_init(void)
{
	//时钟 A端口  USART1(外设自身也有时钟)
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);			//看数据手册在哪条线上 - APB2
	
	//IO PA9/PA10
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};						//定义结构体变量，并且将结构体变量赋初值
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; 						//引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;			//速度
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//PA9 复用推挽
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; 							//引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;		//浮空输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure = {0};
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;   					 			//波特率  常用的是4800 9600  115200
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;	//数据位长度
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;			//停止位长度
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;				//奇偶校验（这里写不使用）
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//硬件流控制失能（不使用硬件流控制）
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//模式
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
	
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);//开启串口    //使能或者失能 USART 外设（一般外设都要写这个）
	
	
	//使能中断源			//串口有10个，用哪一个就要开哪一个中断源
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	
	//中断
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure = {0}; 
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; //中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //抢占
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //响应
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//使能（使能哪个中断通道，就要写哪个（必须写）中断服务函数）
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
}



//应用函数

//发送
void usart1_tx(uint8_t data)//参数就是要发送的数据
{
	while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE )== RESET){}
		//上次的数据发送完成，为空表示上个数据已经发送完成
		//等待的时候是还没有发送，一旦发送完成，就变成1了
	USART_SendData(USART1, data);
}

//接收

uint8_t usart1_rx(void)
{
	while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET){} 			//接收数据寄存器非空标志位
	uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);
	return RxData;
}

int fputc(int a,FILE *p)//重定向函数
{
	usart1_tx(a);
	return a;
}

uint8_t usart1_buff[10] = {0};
uint8_t usart1_len = 0;

void USART1_IRQHandler(void)//串口收到1字节数据，中断就会被触发一次
{
	//判断接收中断是否发生
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
	{
		//处理中断:保存数据
		usart1_buff[usart1_len++] = USART_ReceiveData(USART1);
		usart1_len %= 10;//对10求余，他就一直会小于10
		//清理终端
		USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
	}
}

• usart.h

#ifndef _USART_H_
#define _USART_H_

#include "stdio.h"
#include "STM32f10x.h"

void usart_init(void);
void usart1_tx(uint8_t data);
uint8_t usart1_rx(void);

int fputc(int a,FILE *p);

extern uint8_t usart1_buff[10];
extern uint8_t usart1_len;


#endif
s

```s