STM32入门——USART

news2024/11/25 5:57:52

江科大STM32学习记录

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
    在这里插入图片描述

串口通信

  • 串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信
  • 单片机的串口可以使单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与各式各样的模块互相通信，极大地扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力

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
    在这里插入图片描述
    电平标准
  • 电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种：
  • TTL电平：+3.3V或+5V表示1，0V表示0
  • RS232电平：-3 到-15V表示1，+3到+15V表示0
  • RS485电平：两线压差+2到+6V表示1，-2到-6V表示0（差分信号）
    串口参数及时序
  • 波特率：串口通信的速率
  • 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

在这里插入图片描述
在数据位后面可以加一位奇偶校验位，那么数据位就是九位
1：代表数据位（不包含校验位）偶数个1
0：代表数据位（不包含校验位）奇数个1

·· 串口时序
在这里插入图片描述
TX输出定时翻转的高低电平，RX定时读取引脚的高低电平，每个字节的数据加上起始位、停止位、可选的校验位，打包成数据帧，依次输出在TX引脚，另外一端RX引脚依次接收

USART简介

  • 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
  • STM32F103C8T6 USART资源： USART1、 USART2、 USART3

USART框图

在这里插入图片描述
TXE：发送寄存器空
RXNE：接收寄存器非空
USART基本结构
在这里插入图片描述
移位寄存器：低位先行
数据帧
在这里插入图片描述
数据帧在这里插入图片描述
起始位侦测在这里插入图片描述
数据采样
在这里插入图片描述
波特率发生器

  • 发送器和接收器的波特率由波特率寄存器BRR里的DIV确定
  • 计算公式：波特率 = fPCLK2/1 / (16 * DIV)
    在这里插入图片描述
    USART相关寄存器
    在这里插入图片描述
    案例：串口通信
#include "USART.h"

void Usart_Init(void)
{	//开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	//初始化GPIO
	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);
	
	//配置USART结构体
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;
	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);
	
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
	
}

void Serial_SendByte(uint8_t data)//发送一个字节
{
	
	USART_SendData(USART1,data);
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);//硬件自动清零
}

void Serial_SendArray(uint8_t *array,uint16_t len)//发送数组
{
	uint16_t i;
	for(i=0;i<len;i++){
		Serial_SendByte(array[i]);	
	}
}
\
void Serial_SendString(char *str)//发送字符串
{
	while(*str != '\0'){
	Serial_SendByte(*str);
	str++;
	}

}

uint32_t Serial_Pow(uint16_t X,uint16_t Y)
{
	uint32_t Result = 1;
	while(Y--){
		Result  *= X;
	}
	return Result;
	
}

void Serial_SendNumber(uint32_t Number,uint16_t len)//发送文本数字
{
	uint8_t i;
	for(i=0;i<len;i++){
		Serial_SendByte((Number/Serial_Pow(10,len-i-1)%10) + '0');//提取每位转换为文本发送
	
	}
}

关于使用printf,串口重定向的问题
1.下面要打开
在这里插入图片描述
2.重写fputc函数

#include <stdio.h>
int fputc(int ch,FILE *f)//重定向到串口
{
	Serial_SendByte(ch);
	return ch;
	
}

封装sprintf

#include <stdarg.h>
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);
}

发送汉字的问题
添加下面文本

--no-multibyte-chars

在这里插入图片描述
然后正常使用字符串发送就可以了
在这里插入图片描述

串口接收

查询法：
配置：

void Usart_Init(void)
{	//开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	//初始化GPIO
	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
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed  =  GPIO_Speed_50MHz;
	
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	//配置USART结构体
	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;
	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);
	
	
	
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
	
	
	
}


	while(1){
		//查询USART_FLAG_RXNE这个标志位,
		if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE) == SET){
			Rx_data = USART_ReceiveData(USART1);//读取DR，查询USART_FLAG_RXNE自动清零
			OLED_ShowHexNum(2,1,Rx_data,2);
		}
	}

中断方法：

uint8_t Rx_data;
uint8_t Rx_Flag;
void Usart_Init(void)
{	//开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	//初始化GPIO
	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
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed  =  GPIO_Speed_50MHz;
	
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	//配置USART结构体
	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;
	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);
	
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	
	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);
	
	
	
}

uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{
	if(Rx_Flag == 1){
		Rx_Flag = 0;
		return 1;
	}else {
		return 0;
	}
	
}
uint8_t Serial_GetRxData(void)
{
	return Rx_data;
}

void USART1_IRQHandler(void)
{
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == SET){

		Rx_data = USART_ReceiveData(USART1);
		Rx_Flag = 1;
		USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
	}
	
}


	while(1){
		if(Serial_GetRxFlag() == 1){
			temp = Serial_GetRxData();
			OLED_ShowHexNum(2,3,temp,2);
		}
	}

HEX数据包

在这里插入图片描述

文本数据包

在这里插入图片描述

HEX数据包接收

在这里插入图片描述

uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{
	if(Rx_Flag == 1){
		Rx_Flag = 0;
		return 1;
	}else {
		return 0;
	}
	
}
void Receive_HexPacket(void)
{

	Rx_data = USART_ReceiveData(USART1);
	switch(Rx_StateFlag){
		case 0://等待包头
			if(Rx_data == 0xFF){
				Rx_StateFlag = 1;
			}
			break;
		case 1://接收数据
				Rx_Packet[Num] = Rx_data;
				Num++;
			
				if(Num >= 4){
					Rx_StateFlag = 2;
					Num = 0;
					}
			
			break;
		case 2://等待包尾
			if(Rx_data == 0xFE){
				Rx_Flag = 1;
				Rx_StateFlag = 0;
			}
			break;
		
		
		
	}
	
}


void USART1_IRQHandler(void)
{
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == SET){
		Receive_HexPacket();
	}
	USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
}

文本数据包接收在这里插入图片描述

void Receive_HexPacket(void)
{

	Rx_data = USART_ReceiveData(USART1);
	switch(Rx_StateFlag){
		case 0://等待包头
			if(Rx_data == '@'){
				Rx_StateFlag = 1;
				Num = 0;
			}
			break;
		case 1://接收数据
			if(Rx_data != '\r'){
				Rx_Packet[Num] = Rx_data;
				Num++;
			
			}else {
				Rx_StateFlag = 2;
				
			}

			break;
		case 2://等待包尾
			if(Rx_data == '\n'){
				Rx_Flag = 1;
				Rx_StateFlag = 0;
				Rx_Packet[Num] = '\0';
				
			}
			break;
		
		
		
	}
	
}
void USART1_IRQHandler(void)
{
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == SET){
		Receive_HexPacket();
	}
	USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
}

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