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STM32的串口通信

本文在于记录自己的学习过程中遇到的问题和总结，各种情况下串口通信在STM32的实际使用方面占有很大的比重，本文主要对串口通信做一个简要的总结。

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一、STM32里的串口通信

在STM32里，串口通信是USART,STM32可以通过串口和其他设备进行传输并行数据，是全双工，异步时钟控制，设备之间是点对点的传输。对应的STM32引脚分别是RX和TX端。STM32的串口资源有USART1、USART2、USART3.

串口的几个重要的参数:

• 波特率，串口通信的速率
• 空闲，一般为高电平
• 起始位，标志一个数据帧的开始，固定为低电平。当数据开始发送时，产生一个下降沿。(空闲–>起始位)
• 数据位，发送数据帧，1为高电平，0为低电平。低位先行。
  比如 发送数据帧0x0F 在数据帧里就是低位线性 即 1111 0000
• 校验位，用于数据验证，根据数据位的计算得来。有奇校验，偶校验和无校验。
• 停止位，用于数据的间隔，固定为高电平。数据帧发送完成后，产生一个上升沿。(数据传输–>停止位)

下方就是一个字节数据的传输过程，从图中可以看出，串口发送的数据一般都是以数据帧的形式进行传输，每个数据帧都由起始位，数据位，停止位组成， 且停止位可变。

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二、串口的发送和接收

USART是STM32内部集成的硬件外设，可以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，也可以自动接收RX引脚的数据帧时序，拼接成一个字节数据，存放在数据寄存器里。

当配置好USART的电路之后，直接读取数据寄存器，就可以自动发送数据和接收数据了。在发送和接收的模块有4个重要的寄存器

• 发送数据寄存器TDR
• 发送移位寄存器，把一个字节的数据一位一位的移出去
• 接收数据寄存器RDR
• 接收移位寄存器，把一个字节的数据

下方为串口的发送和接收图解：

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串口发送

在配置串口的各个参数时，可以选择发送数据帧的数据位的大小，可选8位或9位。

串口发送数据实际上就是对发送数据寄存器TDR进行写操作。

1. 当串口发送数据时，会检测发送移位寄存器是不是有数据正在移位，如果没有移位，那么这个数据就会立刻转移到发送移位寄存器里。准备发送。

2. 当数据移动到移位寄存器时，会产生一个TXE发送寄存器空标志位，该位描述如下。当TXE被置1，那么就可以在TDR写入下一个数据了。即发送下一个数据。

3. 发送移位寄存器在发送器控制的控制下，向右移位，一位一位的把数据传输到TX引脚。

4. 数据移位完成后，新的数据就会再次从TDR转移到发送移位寄存器里来，依次重复1-3的过程。通过读取TXE标志位来判断是否发送下一个数据。

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串口接收

1. 数据从RX引脚通向接收移位寄存器，在接收控制的控制下，一位一位的读取RX的电平，把第一位放在最高位，然后右移，移位八次之后就可以接收一个字节了。
2. 当一个字节数据移位完成之后，这一个字节的数据就会整体的移到接收数据寄存器RDR里来。
3. 在转移时会置RXNE接收标志位，即RDR寄存器非空，下方为该位的描述。当被置1后，就说明数据可以被读出。
   
   下图即为串口接收的工作流程

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三、串口在STM32中的配置

首先要明确几点：使用STM32串口外设中的哪一个？串口发送或者接收数据？串口相关的参数配置？发送或接收是否使用到中断？

下方为串口发送的配置。

1. RCC开启USART、串口TX/RX所对应的GPIO口

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);  //开启USART2的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);   //开启GPIOA的时钟

2. 初始化GPIO口
这里注意哈，根据自己的需求来配置GPIO口，发送和接收是都需要还是只需要其中一个。然后对应的根据引脚定义表来初始化对应的GPIO口。

USART2对应的引脚

USART1对应的引脚

这里根据手册来看，RX引脚模式配置成浮空输入或者上拉输入。TX引脚模式配置成复用推挽输出。

**比如我这里只初始化TX发送端**

//TX端
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2;   //USART2对应的TX端为GPIOA2
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

3. 串口初始化
注意哈，USART_Init()这个函数，是用来配置串口的相关参数的。

• USART_BaudRate 串口通信使用的波特率 一般是9600或者是115200，这里我们给9600
• USART_HardwareFlowControl 是否选择硬件流触发，一般这个我们也不选，所以选择无硬件流触发。
• USART_Mode 这个参数要注意了哈，串口的模式，发送模式还是接收模式，还是两者都有
• USART_Parity 校验位，可以选择奇偶校验和不校验。没有需求就直接无校验
• USART_StopBits 停止位 有1、0.5、2位，我们这里选1位停止位
• USART_WordLength 数据位 有8位和9位可以选择

 //串口初始化
	USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
	USART_StructInit(&USART_InitStruct);  //初始默认值
	USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
	USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;   //不使用硬件流触发
	USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx;   			//TX 发送模式
	USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No;   		//不选择校验
	USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1;  		//停止位1位
	USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;	//数据位8位
	USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);

4. 串口使能

//串口使能
   USART_Cmd(USART2,ENABLE);

5. 串口发送数据
注意哈，我们要判断TXE标志位的状态。0，数据还没有被转移到移位寄存器；1,数据已经被转移到移位寄存器。当TXE标志位为1时，就说明可以发送下一个数据了。详细过程可看上面串口发送的解释。

void Serial_SendByte(uint16_t Byte)
{
	USART_SendData(USART2,Byte);
	//0 表示数据还未转移到移位寄存器 循环等待 1 数据已经被转移到了移位寄存器可以发送数据
	while(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_TXE)==RESET);  //不需要手动清零 再次写入TDR时会自动清零	
}

经过上述五步的配置，单片机就可以通过串口发送数据了。

下方为发送数据图例，STM32向串口发送0x16数据

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四、串口接收的两种实现方式

上方是发送数据的例子，那么串口接收又该如何配置，又要在串口发送的例子上做哪些更改呢？

这里我们可以通过查询或者中断的方式来进行接收数据的两种方式。

• 查询方式就是通过不断的查询RXNE标志位，通过判断RXNE位的状态来确定数据是否接收。
• 中断方式就是通过配置接收输出控制通道，配置NVIC，在中断服务子函数里进行数据的接收。

1. 需要更改的地方

既然我们要实现串口的接收，那么就要配置串口RX引脚，在串口模式中添加USART_Mode_RX模式。

• 初始化RX引脚

//RX端
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;  //50MhZ
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

• 添加串口模式

USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx;   			//TX 发送模式  RX 接收模式

2. 查询RXNE标志位

这里我们还是来看一看RXNE标志位的描述

上图描述，为0时数据没有收到，为1时收到了数据，数据可以从RDR里读出

所以在主程序里不断读取RXNE标志位，如果为1，表示数据可以读出

uint8_t RX_Data;
int main()
{ 
    Serial_Init();
    Serial_SendByte(0x16);
    while(1)
    {
        if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET)   //0 循环等待 1 可以接收数据
        {
            RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);           
			Serial_SendByte(RX_Data);
        }
    }
}

下图为程序现象：pc向单片机发送数据0x15，单片机接收数据0x15，并且把接收到的数据作为数据发送到pc，在pc上显示0x15。

3. 使用中断

• 通过配置串口的接收作为中断源，开启中断输出控制，配置NVIC。开启中断通道。

//开启中断输出控制
	USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	
	//配置NVIC
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); 
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;   //选择USART2的中断通道
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;		//中断使能
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

• 中断服务子函数
  中断服务子函数写好后，就可以在中断里读取接收到的数据了。
  当接收到数据后，触发接收中断，主程序暂停执行。接收完数据后主程序回复执行。当接收到数据时，就触发中断。

void USART2_IRQHandler(void)
{
	if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
	{
		RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
		Flag=1;
		USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
	}
}

• 主程序测试

uint8_t RX_Data;
uint8_t Flag;

int main()
{
    Serial_Init();
    Serial_SendByte(0x16);


    while(1)
    {
        if(Flag==1)
        {
            Serial_SendByte(RX_Data);
        }
    }
}

void USART2_IRQHandler(void)
{
    if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)   //RXNE 标志位为1 表示可以接收数据
    {
        RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
        Flag=1;
        USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);  //清除RXNE标志位
    }
}

下图为程序现象：可以看到，串口确实收到了数据，只是我把接收到的数据0xFE放在了while循环里，这说明数据接收是成功的，使用中断是可行的。

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总结

到这里，就大致总结了串口的发送和接收。

串口的配置，使用查询或者中断来接收数据。

串口的使用会很常用到，所以在这里对串口做一个总结，也算是对之前知识的一个回顾和总结，加强印象。

如果有什么写的不对的地方，欢迎指正！

加油加油！

听不懂就多看两遍，认真听，慢慢琢磨，多看几遍，一定可以学会！