USART串口协议和USART串口外设(USART串口发送串口发送和接收)

1、通信接口

• 通信的目的：将一个设备的数据传送到另一个设备，扩展硬件系统

• 通信协议：制定通信的规则，通信双方按照协议规则进行数据收发

异步：需要双方约定一个频率

2、硬件电路

• 简单双向串口通信有两根通信线（发送端 TX 和接收端 RX ）
• TX 与 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
• 当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片

两个设备之间的GND一定要接在一起，但是VCC可以各自接

3、电平标准

• TTL 电平： +3.3V 或 +5V 表示 1 ， 0V 表示 0
• RS232 电平： -3~-15V 表示 1 ， +3~+15V 表示 0
• RS485 电平：两线压差 +2~+6V 表示 1 ， -2~-6V 表示 0 （差分信号）

4、串口参数及时序

• 波特率：串口通信的速率
速率的参数就是波特率，波特率就是每秒传输码元的个数，单位是码元/s（baud）
比特率：每秒传输的比特数，单位是bit/s,或者是bps
在二进制的情况下，一个码元及时一个bit，此时波特率等于比特率
• 起始位：标志一个数据帧的开始，固定为低电平
• 数据位：数据帧的有效载荷， 1 为高电平， 0 为低电平，低位先行
• 校验位：用于数据验证，根据数据位计算得来
• 停止位：用于数据帧间隔，固定为高电平

字节装载在数据帧中，数据帧由起始位、数据位、停止位组成
数据位有8个，代表一个字节的8位置，可以在最右边加一个奇偶校验位，则数据位总共是9位。接收方在接收数据后，会验证数据位和校验位
若规定发送的波特率是1000bps，表示1s要发1000位，每一位的时间就是1ms，发送方每隔1ms发送一位，接收方每隔1ms接受一位，决定了每隔多久发送一位
空闲状态下，起始位为高电平，起始位给低电平，使其产生下降沿，表示数据帧要开始

5、USART简介

• USART：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（一般设置为9600/115200）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
同步模式：多了个时钟CLK的输出
• STM32F103C8T6 USART 资源： USART1（APB2总线上的设备）、 USART2（APB1）、 USART3（APB1）

6、USART工作

（1）写操作

当数据移位完成后，数据会立刻自动从TDR发送移位寄存器

TDR和移位寄存器的双重缓存，保证在连续发送数据时，数据帧之间不会有空闲，提高了工作效率

（2）读操作

因为串口协议规定是低位先行，所以接收移位寄存器时从高位往低位方向移动

（3）帧头和帧尾的添加和除由电路自动执行

（4）硬件数据控制流

A向B发送数据，当A一直发，B处理不过来；
若无硬件控制流，B只能抛弃新数据或者覆盖元数据；
有硬件控制流，硬件电路上会多出一条线，B没准备好置高电平，准备好置低电平；
A收到B的反馈决定数据发送，防止因为B处理慢而导致数据丢失。

能接收的时候，RTS就置低电平，请求对方发送，对方的CTS接收到后，就可以一直发

处理不过来时，RTS就置高电平，对方的CTS接收到后，就会暂停发送

7、USART基本结构

8、数据帧

有8位字长和9位字长，分别可以选择有校验和无校验

9位建议有校验，8位建议无校验

停止位有0.5，1，1.5，2，建于选择1位

9、USART串口发送

1.连线图

要交叉连接，所以RX接TX

2、printf函数的移植方法

使用printf之前，先打开工程选项

再serial.c中,添加#include <stdio.h>，再在文件中重写fputc函数

int fputc(int ch, FILE *f)
{
	Serial_SendByte(ch);
	return ch;
}

fputc是printf函数的底层，printf在打印的时候，就是不断调用fputc函数一个个打印的，现在把fputc函数重定向到了串口，则printf自然就输出到串口

在serial.h文件中要包含头文件

#include <stdio.h>

这种方法printf只能有一个，若重定向到串口1了，则串口2不能使用

若多个串口都想用printf，则使用sprintf，sprintf可以把格式化字符输出到一个字符串中

3、serial.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
 
void Serial_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
 
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	//TX引脚是USART外设控制的输出引脚，所以要选复用推挽输出
	//RX引脚是USART外设数据输入脚，所以要选择输入模式
	//一根线只能有一个输出，可以有多个输入，故输入脚，外设和GPIO都可以用
	//一般RX配置是浮空输入或者上拉输入，因为串口波形空闲状态是高电平，故不选择下拉输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出，数据只需要数据发送
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//9600波特率
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//硬件流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无校验
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//1位停止位
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//8位字长
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
	
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
 
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
	USART_SendData(USART1, Byte);//发送数据
	while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
 
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{
	uint16_t i;
	for (i = 0; i < Length; i ++)
	{
		Serial_SendByte(Array[i]);
	}
}
 
void Serial_SendString(char *String)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++)
	{
		Serial_SendByte(String[i]);
	}
}
 
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y)
{
	uint32_t Result = 1;
	while (Y --)
	{
		Result *= X;
	}
	return Result;
}
 
//传输12345，相当于12345/10000%10=1,12345/1000%10=2
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < Length; i ++)
	{
		Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');
	}
}
 
int fputc(int ch, FILE *f)
{
	Serial_SendByte(ch);//改发送给串口
	return ch;
}
 
//用来接收后面的可变参数列表
void Serial_Printf(char *format, ...)
{
	char String[100];
	va_list arg;
	va_start(arg, format);
	vsprintf(String, format, arg);
	va_end(arg);
	Serial_SendString(String);
}

4、main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
 
int main(void)
{
	OLED_Init();
	
	Serial_Init();
	
	Serial_SendByte(0x41);//发送字节
	
	uint8_t MyArray[] = {0x42, 0x43, 0x44, 0x45};
	Serial_SendArray(MyArray, 4);//发送数组
	
	Serial_SendString("\r\nNum1=");//发送字符串
	
	Serial_SendNumber(111, 3);//发送n位数字
	
	printf("\r\nNum2=%d", 222);
	
	char String[100];
	sprintf(String, "\r\nNum3=%d", 333);
	Serial_SendString(String);
	
	Serial_Printf("\r\nNum4=%d", 444);
	Serial_Printf("\r\n");
	
	while (1)
	{
		
	}
}

5、解决直接写汉字，编译器报错

--no-multibyte-chars

Serial_Printf("你好，世界");便可以在显示屏中显示汉字

10 、USART串口发送和接收

1、查询实现

查询流程：在主函数里不断判断那RXNE标志位，如果置1，说明接收到数据了

再调用ReceiveData读取DR寄存器的值即可

	while(1)
	{
		if (USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE) == RET )
		{
            //DR完成读操作后会自动清零，故需要手动清0
			RxData = USART_ReceiveData(USART1);
			OLED_ShowHexNum(1 , 1 , RxData , 2);
		}
	}

在串口调试助手中，发送AF，就会在单片机的显示屏上显示AF

2、中断实现

（1）在Serial.c中添加的代码

     uint8_t Serial_RxData;
     uint8_t Serial_RxFlag;
     
    在初始化的函数中：
	//写入中断的代码
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启RXNE标志位到中断的输出
	
	//以下是配置NVIC
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//先分组
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);//使能
 
    
uint8_t Serial_GetRxFlag(void)//读后自动清除的功能
{
	if (Serial_RxFlag == 1)
	{
		Serial_RxFlag = 0;
		return 1;
	}
	return 0;
}
 
 
uint8_t Serial_GetRxData(void)
{
	return Serial_RxData;
}
 
void USART1_IRQHandler(void)
{
	if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)//判断标志位
	{
		//在中断中对数据进行转存
		Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);//先读取模块的变量里
		Serial_RxFlag = 1;
		//如果读取DR，就自动清除，如果没有读取DR，就要手动清除
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);//清除标志位
	}
}

（2）主函数中调用

	while (1)
	{
		if (Serial_GetRxFlag() == 1)
		{
			RxData = Serial_GetRxData();
			Serial_SendByte(RxData);//把接收到的数据回传给电脑
			OLED_ShowHexNum(1, 8, RxData, 2);//显示在显示屏上
		}
	}

（3）思路

当RXNE=1时，也就是电脑串口小助手有数据传递给开发板时，进入中断
获取电脑上的数据，并手动清零，将获取到的数据用函数封装起来
在主函数中调用函数，将获取到的值显示在电脑上和显示屏中

（4）完整的Serial.c代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
 
uint8_t Serial_RxData;
uint8_t Serial_RxFlag;
 
void Serial_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//上拉输入模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//接收＋发送
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
	
	//写入中断的代码
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启RXNE标志位到中断的输出
	
	//以下是配置NVIC
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//先分组
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);//使能
}
 
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
	USART_SendData(USART1, Byte);
	while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
 
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{
	uint16_t i;
	for (i = 0; i < Length; i ++)
	{
		Serial_SendByte(Array[i]);
	}
}
 
void Serial_SendString(char *String)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++)
	{
		Serial_SendByte(String[i]);
	}
}
 
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y)
{
	uint32_t Result = 1;
	while (Y --)
	{
		Result *= X;
	}
	return Result;
}
 
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < Length; i ++)
	{
		Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');
	}
}
 
int fputc(int ch, FILE *f)
{
	Serial_SendByte(ch);
	return ch;
}
 
void Serial_Printf(char *format, ...)
{
	char String[100];
	va_list arg;
	va_start(arg, format);
	vsprintf(String, format, arg);
	va_end(arg);
	Serial_SendString(String);
}
 
 
uint8_t Serial_GetRxFlag(void)//读后自动清除的功能
{
	if (Serial_RxFlag == 1)
	{
		Serial_RxFlag = 0;
		return 1;
	}
	return 0;
}
 
 
uint8_t Serial_GetRxData(void)
{
	return Serial_RxData;
}
 
void USART1_IRQHandler(void)
{
	if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)//判断标志位
	{
		//在中断中对数据进行转存
		Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);//先读取模块的变量里
		Serial_RxFlag = 1;
		//如果读取DR，就自动清除，如果没有读取DR，就要手动清除
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);//清除标志位
	}
}

（5）mian.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"
 
uint8_t RxData;
 
int main(void)
{
	OLED_Init();
	OLED_ShowString(1, 1, "RxData:");
	Serial_Init();
 
	while (1)
	{
		if (Serial_GetRxFlag() == 1)
		{
			RxData = Serial_GetRxData();
			Serial_SendByte(RxData);//把接收到的数据回传给电脑
			OLED_ShowHexNum(1, 8, RxData, 2);//显示在显示屏上
		}
	}
}