(十三)STM32——串口通信(UART)

目录

学习目标

内容

通信方法

并行通信

串行通信

通信方向

通信方式

 UART

特点

串口参数

通信流程

寄存器

USART_SR

USART_DR 

USART_BRR

过程

代码

运行结果

运行结果

遇到的问题

总结 


学习目标

        本节我们要学习的的是STM32的通信部分,主要介绍UART(通用异步收发器),是一种异步、全双工的通信方式。

内容

        首先,我们先来介绍一下通信的基本知识,之前在51单片机的学习中我们也接触过UART,在此就不做详细介绍,感兴趣的同学请看51单片机基础——串口通信 。

通信方法

并行通信

  •    传输原理:数据各个位同时传输。
  •    优点:速度快
  •    缺点:占用引脚资源多
  • 串行通信

  •    传输原理:数据按位顺序传输。
  •    优点:占用引脚资源少
  •    缺点:速度相对较慢
  • 通信方向

  • 单工: 数据传输只支持数据在一个方向上传输
  • 半双工:允许数据在两个方向上传输,但是,在某一时刻,只允许数据在一个方向上传输,它实际上是一种切换方向的单工通信;
  • 全双工:允许数据同时在两个方向上传输,因此,全双工通信是两个单工通信方式的结合,它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。
     
  • 通信方式

  • 同步通信:带时钟同步信号传输。如SPI,IIC通信接口
  • 异步通信:不带时钟同步信号。如UART(通用异步收发器),单总线
  •         这是一些常见的串行通信接口,熟悉51单片机的同学应该都接触过,在此不做详细介绍,感兴趣可以去我的51单片机笔记一一了解。我们需要知道的是同步就需要时钟,半双工一般是需要一个输入输出端口,而全双工一般有两个。

     UART

            与51不同的是,STM32F407支持6个UART。但其他都是基本一样的,所以理解起来还是比较简单的。

    特点

  • 简单双向串口通信有两根通信线(发送端TXD和接收端RXD)
  • TXD与RXD要交叉连接
  • 当只需单向的数据传输时,可以直接一根通信线
  • 当电平标准不一致时,需要加电平转换芯片
  • 支持小数波特率发生器系统,提供精确的波特率。(通信双方事先约定好一种速度即波特率)
  • 可配置的16倍过采样或8倍过采样,为速度容差与时钟容差的灵活配置提供了可能。
  • 可配置的停止位(支持1或者2位停止位)
  • 可编程的数据字长度(8位或者9位)
  • 可配置的使用DMA多缓冲器通信
  • 单独的发送器和接收器使能位
  • 检测标志:
  • 接收缓冲器;
  • 发送缓冲器空;
  • 传输结束标志;
  • 多个带标志的中断源,触发中断(串行通信可以发送接收数据,接收到一个数据可以触发一个中断)
  • 其他:校验控制、四个错误检测标志
  • 串口参数

            我们在使用通信之前,需要设置好串口通信所需的参数,如下所示。

    1. 起始位
    2. 数据位(8位或9位)
    3. 奇偶校验位(第9位)
    4. 停止位(1、15、2位)
    5. 波特率设置

    通信流程

            红色代表发送,蓝色代表接收,其实核心部分就是下面的设置波特率 ,而这一部分,我们会在后面的代码中呈现出来,在此不做介绍。

     

    寄存器

    USART_SR

            SR寄存器叫做状态寄存器(Status register),具体每个位对应是什么就不一一介绍,手册上都有详细的介绍。到时候再到代码进行介绍。

    USART_DR 

            DR寄存器叫做数据寄存器(Data register),主要用来接收和发送数据。

    USART_BRR

            BRR寄存器叫波特率寄存器(Baud rate register),用来配置波特率。

    过程

    1. 串口时钟使能,GPIO 时钟使能。
    2. 设置引脚复用器映射:调用 GPIO_PinAFConfig 函数。
    3. GPIO 初始化设置:要设置模式为复用功能。
    4. 串口参数初始化:设置波特率,字长,奇偶校验等参数。
    5. 开启中断并且初始化 NVIC,使能中断(如果需要开启中断才需要这个步骤)。
    6. 使能串口。
    7. 编写中断处理函数:函数名格式为 USARTxIRQHandler(x 对应串口号)。 

    代码

            这一段代码,就是简单的一个串口通信,我们使用单片机与电脑通信,将数据发送给单片机,再由单片机发送给电脑。

    #include "stm32f4xx.h"
    #include "usart.h"
    #include "delay.h"
    
    void My_USART1_Init(void)
    {
    	// 串口1是接在APB2上的
    	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;// GPIO
    	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;// 串口
    	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;// 中断
    	
    	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);// 使能串口1
    	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);// 使能GPIO
    	
    	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);// PA9,PA10初始化
    	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);
    
      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
      GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
      GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
      GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    	
    	// 设置串口
    	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;// 波特率
    	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 硬件流控
    	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;// 发送接收
    	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;// 奇偶校验
    	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;// 停止位
    	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;// 发送位数
    	
    	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    	
    	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
    	
    	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
    	
    	// 设置中断
    	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;// 响应优先级
    	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;// 抢占优先级
    	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    	NVIC_Init( &NVIC_InitStructure);
    }
    
    // 中断函数
    void USART1_IRQHandler(void)
    {
    	u8 res;
    	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE)){
    		res = USART_ReceiveData(USART1);
    		USART_SendData(USART1,res);
    	}
    }
    
    int main(void)
    {
    	// 中断分组
    	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    	My_USART1_Init();
    	while(1);
    }

    运行结果

    32串口通信

            上面的代码是一个简单的例子,接下来我们看一个复杂一点的例子,只给出主函数,其他头文件有需要的可以找我或者去正点原子官方进行下载。

    #include "sys.h"
    #include "delay.h"
    #include "usart.h"
    #include "led.h"
    #include "beep.h"
    #include "key.h"
    
    
    int main(void)
    { 
     
    u8 t,key,len;
    	u16 times=0;  
    	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);// 设置中断优先级分组2
    	delay_init(168);		//延时函数初始化
    	uart_init(115200);	//波特率115200
    	LED_Init();		  		//初始化LED
    	KEY_Init();// 按键初始化
    	printf("您好,请问有什么能帮助到你的吗?\r\n");
    	while(1)
    	{
    		key = KEY_Scan(0);
    		if(USART_RX_STA&0x8000)// 判断接收完成位
    		{					   
    			len=USART_RX_STA&0x3fff;// 数据长度
    			printf("\r\n您发送的问题我们已经收到:\r\n");
    			for(t=0;t<len;t++)
    			{
    				USART_SendData(USART1, USART_RX_BUF[t]);         // 向串口1发送数据
    				while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);// 等待发送结束
    			}
    			printf("\r\n\r\n");//换行
    			USART_RX_STA=0;
    		}else
    		{
    			times++;
    			if(times%30==0)LED0=!LED0;//LED闪烁,提示正常
    			delay_ms(10);   
    		}
    		if(key == 1){
    			printf("\r\n您好,我是人工客服小陈,很高兴为您服务!\r\n");
    		}
    	}
    }

    运行结果

    32串口通信1

    遇到的问题

            在此过程中,遇到了一些问题,比如代码补全功能调不出来,还有XCOM的乱码问题,代码补全的问题,用MDK的exe替换就好了,因为可能是之前安装的是51的安装包。关于乱码的问题,我单独写一篇文章,希望能帮助遇到相同问题的同学,关于使用XCOM进行串口通信时乱码的解决方案

    总结 

            好了,关于串口通信我们先讲这么多,希望能对大家有所帮助,谢谢大家了! 

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