【嵌入式学习笔记】嵌入式入门3——串口USART

news2024/11/26 4:50:29

1.数据通信的基础概念

1.1.串行/并行通信

数据通信按数据通信方式分类：串行通信、并行通信
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1.2.单工/半双工/全双工通信

数据通信按数据传输方向分类：单工通信、半双工通信、全双工通信

单工通信：数据只能沿一个方向传输
半双工通信：数据可以沿两个方向传输，但需要分时进行
全双工通信：数据可以同时进行双向传输

1.3.同步/异步通信

数据通信按数据同步方式分类：同步通信、异步通信

同步通信：共用同一时钟信号
异步通信：没有时钟信号，通过在数据信号中加入起始位和停止位等一些同步信号

1.4.比特率与波特率

比特率：每秒钟传送的比特数，单位bit/s
波特率：每秒钟传送的码元数，单位Baud
比特率 = 波特率 * log2 M ，M表示每个码元承载的信息量
二进制系统中，波特率数值上等于比特率

1.5.常见的串行通信接口

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2.串口(RS-232)

2.1.什么是串口

串口：即串行通信接口，指按位发送和接收的接口，如：RS-232/422/485等。

RS-232接口(DB9)
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2.2.RS-232电平与COMS/TTL电平对比

电平标准	逻辑1	逻辑0
RS-232电平	-15V ~ -3V	+3V ~ +15V
COMS电平	3.3V	0V
TTL电平	5V	0V

2.3.设备间的RS-232通信示意图

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2.4.STM32串口与电脑USB口通信示意图

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2.5.RS-232异步通信协议

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启动位：必须占1个位长，保持逻辑0电平
有效数据位：可选5、6、7、8、9个位长，LSB在前，MSB在后
校验位：可选占1个位长，也可以没有该位
停止位：必须有，可选占0.5、1、1.5、2个位长，保持逻辑1电平

一般情况下，启动位为1，数据位为8，校验位为0，停止位为1。

3.STM32的USART

3.1.STM32的USART简介

USART：通用同步异步收发器，Universal synchronous asynchronous receiver transmitter
UART：通用异步收发器，Universal asynchronous receiver transmitter，
USART/UART都可以与外部设备进行全双工异步通信
对于USART，既可以作为USART使用，也可以作为UART使用，我们常用USAT的功能

3.2. STM32的USART主要特征

全双工异步通信
单线半双工通信
单独的发送器和接收器使能位
可配置使用DMA的多缓冲器通信
多个带标志的中断源

3.3. STM32的USART框图

STM32的USRAT简化框图

着重关注：
①发送/接收数据的流程
②相关寄存器作用
③设置波特率

F1/F4/F7框图
H7框图

3.4.设置USART波特率（以F1为例）

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把USARTDIV的值写入USART_BRR寄存器

uint16_t mantissa; 
uint16_t fraction; 
mantissa=39; 
fraction=0.0625*16+0.5=0x01;          /* USARTDIV = DIV_Mantissa + (DIV_Fraction/16) 四舍五入*/
USART1->BRR = (mantissa << 4) + fraction;

波特率设置通用公式推演（F1）

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设置USART/UART波特率（F4）

设置USART/UART波特率（F7）

设置USART/UART波特率（H7）

3.5.USART寄存器介绍（F1）

BRR寄存器在上一节已经讲过，不再赘述
控制寄存器1（CR1）
该寄存器需要完成的配置：
位13：使能USART
位12：配置8个数据位
位10：禁止检验控制
位5：使能接收缓冲区非空中断
位3：使能发送
位2：使能接收
控制寄存器2（CR2）
该寄存器需要完成的配置：配置1个停止位
控制寄存器3（CR3）
该寄存器需要完成的配置：配置不选择半双工模式
数据寄存器（DR）
设置好控制和波特率寄存器后，往该寄存器写入数据即可发送，接收数据则读该寄存器
状态寄存器（SR）
根据TC位可以知道能否发数据，根据RXNE位知道是否收到数据

4.HAL库外设初始化MSP回调机制

当多个PPP外设同时使用MSP函数，则可以通过判断外设寄存器基地址区分是哪个外设，再配置PPP外设用到的硬件
当多个PPP外设共用该函数，文件不好管理，而且放到一起看着比较乱，这时候就不建议使用该函数

5.HAL库中断回调机制

当多个PPP外设同时使用中断回调函数，则可以通过判断外设寄存器基地址区分是哪个外设进入中断，并执行相应的处理
当多个PPP外设共用该函数文件不好管理，这时候就不建议使用该函数

6.USART/UART异步通信配置步骤

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HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart)关键结构体（F1）.

typedef struct 
{    uint32_t BaudRate; 		/* 波特率 */ 
     uint32_t WordLength; 		/* 字长 */
     uint32_t StopBits; 		/* 停止位 */ 
     uint32_t Parity; 			/* 奇偶校验位 */ 
     uint32_t Mode; 			/* UART 模式 */ 
     uint32_t HwFlowCtl; 		/* 硬件流设置 */ 
     uint32_t OverSampling; 	/* 过采样设置 */ 
}UART_InitTypeDef

HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size).
作用：以中断的方式接收指定字节的数据
形参 1 是 UART_HandleTypeDef 结构体类型指针变量
形参 2 是指向接收数据缓冲区
形参 3 是要接收的数据大小，以字节为单位
HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout).
作用：以阻塞的方式发送指定字节的数据
形参 1 ：UART_HandleTypeDef 结构体类型指针变量
形参 2：指向要发送的数据地址
形参 3：要发送的数据大小，以字节为单位
形参 4：设置的超时时间，以ms单位