代码收藏家 STM32 USART模块详解及应用笔记
课外知识插入：
NMOS和PMOS电流流向以及导通条件_pmos和nmos_perseverance52的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/weixin_42880082/article/details/121281677
导通条件
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。
同步/异步 | 全双工/半双工
1. uart： 全双工、异步通信
2. spi ： 全双工、同步通信
3. i2c ： 半双工、同步通信
1. 单工：简单的说就是一方只能发信息，另一方则只能收信息，通信是单向的。
2. 半双工：比单工先进一点，就是双方都能发信息，但同一时间则只能一方发信息。
3. 全双工：比半双工再先进一点，就是双方不仅都能发信息，而且能够同时发送。同步/异步 | 全双工/半双工_同步半双工-CSDN博客https://blog.csdn.net/hua_zai_arm/article/details/53020658
1. 在cpu和外设通信时外设要和cpu同步，所有使用的时间频率的一致的。
如：i2c总线中有scl时钟线、sda数据线。我们可以把它看成两个普通gpio接口，当时钟线为高时，数据寄存器读或写。
2. 同步通信与异步通信：
a. 同步（如上图1）：
1. 把许多字符组成一个信息组，字符可以一个接一个地传输，每一次是传送一组信息(信息帧)，中间没有空隙;
2. 开始要加上同步字符，在没有信息要传输时，要填上空字符;
3. 发送方除了发送数据，还要有同步时钟信号（cpu），传输双方用同一时钟信号线，确定传输中每1位的节拍的位置。
b. 异步（如上图2）：
1. 一次发送一个字符，所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的。
2. 接收端必须时刻做好接收的准备，发送端可任意时刻开始发送字符
3. 必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上开始位和停止位，确地将每一个字符接收下来
4. 特性：通信设备简单、便宜，但传输效率较低（因为开始位和停止位的开销所占比例较大）。
c. 同步、异步区别：
1. 同步通信时钟频率一致（同一条时钟线相连），发送端发送连续的比特流；异步通信时不要求；接收端时钟和发送端时钟同步，发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。
2. 同步通信效率高；异步通信效率较低。
3. 同步通信较复杂，双方时钟的允许误差较小；异步通信简单，双方时钟可允许一定误差。
4. 同步通信可用于点对多点；异步通信只适用于点对点。
extern
STM32单片机extern全局变量_stm32全局变量-CSDN博客https://blog.csdn.net/weixin_44259607/article/details/109314133
如果你把temple定义在A中，然后让A.h和B.h包含在includes.h中，然后把includes.h放在A.c和B.c中单个编译是没有问题的，但是链接的时候会出现问题，
“Symbol temple mulTIply defined（by A.o and B.o）”
这个变量被多次定义了！！！
在A中定义temple变量后，在B中用extern 声明一下例如：
1.在A中定义temple并且赋值：u16 temp2=0;
2.在B中声明extern u16 temp2;
这里只是声明，不再赋值，否则会报错！
Symbol temp2 mulTIply defined （by catch_pwm.o and app.o）
这里要注意变量定义和变量声明的区别：
变量定义使用“数据类型+变量名称”的形式，编译器需要给它分配内存单元的；
而变量声明使用“extern 变量类型+变量名称”的形式，是告诉编译器我这个变量将在其他外部C文件中定义，我这里只是在外部用它。编译器就不会给它分配内存空间，而等到真正遇到变量定义时再给它分配内存空间。
比如在一个 my.c文件中，我定义了char name［10］;那么在别的文件中只要用extern
char name［］，外部声明就可以了，告诉编译器这个变量我已经定义过了，具体怎样，你慢慢找吧。这符合常理，因为char是编译器能自主识别的类型。
一、USART功能概述
任何USART双向通信至少需要两个脚：接收数据输入(RX)和发送数据输出(TX)。
RX：接收数据串行输。通过过采样技术来区别数据和噪音，从而恢复数据。
TX：发送数据输出。当发送器被禁止时，输出引脚恢复到它的I/O端口配置。当发送器被激活，并且不发送数据时，TX引脚处于高电平。总线在发送或接收前应处于空闲状态。
● 一个起始位
● 一个数据字(8或9位)，最低有效位在前
● 0.5，1.5，2个的停止位，由此表明数据帧的结束
● 使用分数波特率发生器 —— 12位整数和4位小数的表示方法。
● 一个状态寄存器(USART_SR)
● 数据寄存器(USART_DR)
● 一个波特率寄存器(USART_BRR)，12位的整数和4位小数
● 一个智能卡模式下的保护时间寄存器(USART_GTPR)
下列引脚在硬件流控模式中需要：
nCTS: 清除发送，若是高电平，在当前数据传输结束时阻断下一次的数据发送。
nRTS: 发送请求，若是低电平，表明USART准备好接收数据
二、USART 特性描述
字长可以通过编程USART_CR1寄存器中的M位，选择成8或9位(见图249)。在起始位期间，TX脚处于低电平，在停止位期间处于高电平。
空闲符号被视为完全由’1’组成的一个完整的数据帧，后面跟着包含了数据的下一帧的开始位(‘1’的位数也包括了停止位的位数)。断开符号 被视为在一个帧周期内全部收到’0’(包括停止位期间，也是’0’)。在断开帧结束时，发送器再插入1或2个停止位(‘1’)来应答起始位。
发送和接收由一共用的波特率发生器驱动，当发送器和接收器的使能位分别置位时，分别为其产生时钟。
三、发送器
发送器根据M位的状态发送8位或9位的数据字。当发送使能位(TE)被设置时，发送移位寄存器中的数据在TX脚上输出，相应的时钟脉冲在CK脚上输出。
字符发送
在USART发送期间，在TX引脚上首先移出数据的最低有效位。在此模式里，USART_DR寄存器包含了一个内部总线和发送移位寄存器之间的缓冲器。
每个字符之前都有一个低电平的起始位；之后跟着的停止位，其数目可配置。
USART支持多种停止位的配置：0.5、1、1.5和2个停止位。
注： 在数据传输期间不能复位TE位，否则将破坏TX脚上的数据，因为波特率计数器停止计数。正在传输的当前数据将丢失。
可配置的停止位
随每个字符发送的停止位的位数可以通过控制寄存器2的位13、12进行编程。
1. 1个停止位：停止位位数的默认值。
2. 2个停止位：可用于常规USART模式、单线模式以及调制解调器模式。
3. 0.5个停止位：在智能卡模式下接收数据时使用。
4. 1.5个停止位：在智能卡模式下发送和接收数据时使用。
空闲帧包括了停止位。
断开帧是10位低电平，后跟停止位(当m=0时)；或者11位低电平，后跟停止位(m=1时)。不可能传输更长的断开帧(长度大于10或者11位)。
配置步骤：
1. 通过在USART_CR1寄存器上置位UE位来激活USART
2. 编程USART_CR1的M位来定义字长。
3. 在USART_CR2中编程停止位的位数。
4. 如果采用多缓冲器通信，配置USART_CR3中的DMA使能位(DMAT)。按多缓冲器通信中的描述配置DMA寄存器。
5. 利用USART_BRR寄存器选择要求的波特率。
6. 设置USART_CR1中的TE位，发送一个空闲帧作为第一次数据发送。
7. 把要发送的数据写进USART_DR寄存器(此动作清除TXE位)。在只有一个缓冲器的情况下，对每个待发送的数据重复步骤7。
8. 在USART_DR寄存器中写入最后一个数据字后，要等待TC=1，它表示最后一个数据帧的传输结束。当需要关闭USART或需要进入停机模式之前，需要确认传输结束，避免破坏最后一次传输。
单字节通信
清零TXE位总是通过对数据寄存器的写操作来完成的。TXE位由硬件来设置，它表明：
● 数据已经从TDR移送到移位寄存器，数据发送已经开始
● TDR寄存器被清空
● 下一个数据可以被写进USART_DR寄存器而不会覆盖先前的数据
如果TXEIE位被设置，此标志将产生一个中断。
如果此时USART正在发送数据，对USART_DR寄存器的写操作把数据存进TDR寄存器，并在当前传输结束时把该数据复制进移位寄存器。
如果此时USART没有在发送数据，处于空闲状态，对USART_DR寄存器的写操作直接把数据放进移位寄存器，数据传输开始，TXE位立即被置起。
当一帧发送完成时(停止位发送后)并且设置了TXE位，TC位被置起，如果USART_CR1寄存器中的TCIE位被置起时，则会产生中断。
在USART_DR寄存器中写入了最后一个数据字后，在关闭USART模块之前或设置微控制器进入低功耗模式(详见下图)之前，必须先等待TC=1。
使用下列软件过程清除TC位：
1．读一次USART_SR寄存器；
2．写一次USART_DR寄存器。
注： TC位也可以通过软件对它写’0’来清除。此清零方式只推荐在多缓冲器通信模式下使用。
四、接收器
1. 起始位侦测
2.字符接收
五、分数波特率的产生
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)
如何从USART_BRR寄存器值得到USARTDIV
例1：
如果 DIV_Mantissa = 27 ， DIV_Fraction = 12 (USART_BRR=0x1BC),
于是
Mantissa (USARTDIV) = 27
Fraction (USARTDIV) = 12/16 = 0.75
所以 USARTDIV = 27.75
例2：
要求 USARTDIV = 25.62,
就有：
DIV_Fraction = 16*0.62 = 9.92
最接近的整数是：10 = 0x0A
DIV_Mantissa = mantissa (25.620) = 25 = 0x19
于是，USART_BRR = 0x19A
例3：
要求 USARTDIV = 50.99
就有：
DIV_Fraction = 16*0.99 = 15.84
最接近的整数是：16 = 0x10 => DIV_frac[3:0]溢出 => 进位必须加到小数部分
DIV_Mantissa = mantissa (50.990 + 进位) = 51 = 0x33
于是：USART_BRR = 0x330，USARTDIV=51
六、USART中断
七、HEX数据包发送
1.1固定包长，含包头包尾（包尾不是必须的）
1.2可变包长，含包头包尾
1、包头包尾和数据载荷重复的问题，传输的数据本身是FF和FE,可能引起误判
解决：限制载荷数据的范围，限幅（例如只发送0~100）
如果无法避免数据与包头包尾重复，则尽量使用固定长度的数据包
增加包头包尾的数量，尽量是其呈现出载荷数据出现不了的状态
2、包头包尾并不是全部都需要的，例如可以只要一个包头
3、固定包长和可变包长的选择问题
对HEX来说，若载荷出现和包头包尾重复的情况，最好选择固定包长，避免接收错误。若不重复，可以选择可变包长
4、各种数据转化为数据流的问题
数据包都是一个字节一个字节组成的，若想发送16位整型数据、32位整型数据，float、double、甚至是结构体（其内部都是由一个字节一个字节组成的），只需要用一个uint8_t的指针指向它，把数据当作字节数组发送即可。
接收HEX数据包
每收到一个字节，函数都会进入一次中断，在中断函数中，可以拿到一个字节，但拿到字节之后，就得退出中断，故每拿到一个数据，都是一个独立的过程，而对数据包来说，有数据、包头、包尾三种状态，根据状态不同处理也不同。
STM-32：串口收发数据包—串口收发HEX数据包/串口收发文本数据包_单片机串口数据包_Hello xiǎo lěi的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/qq_27928443/article/details/130088050
代码详解：（详细注释）
#include "Serial.h"
uint8_t Serial_Rx_Package[4];
uint8_t Serial_Tx_Package[4];
void Serial_Init(void)
{
//1.开启时钟
//RCC库函数
//存储器和总线构架APB2_usart1/gpioa
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
//复用重映射和调试I/O配置寄存器(AFIO_MAPR)
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
//0+2.GPIO初始化
//10.2.3 函数GPIO_Init
//GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
//GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//8.2.1 端口配置低寄存器(GPIOx_CRL) (x=A..E)
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
//USART复用功能重映射
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
//USARTx_RX浮空输入或带上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
//USART1_TX PA9 USART1_RX PA10
//3.USART初始化
//25.3.1 USART 特性描述
USART_InitTypeDef USART_InitStructure; //定义结构体变量
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //硬件流控制，不需要
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; //模式，发送模式和接收模式均选择
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //奇偶校验，不需要
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //停止位，选择1位
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //字长，选择8位
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //将结构体变量交给USART_Init，配置USART1
//4.中断输出配置
//21.2.5 函数USART_ITConfig
//USART_IT_RXNE 接收中断
//RXNE：读数据寄存器非空 (Read data register not empty)
//0：数据没有收到；1：收到数据，可以读出。
//对USART_DR的读操作可以将该位清零。
USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
//5.NVIC中断分组
//NVIC_PriorityGroup_2 抢占优先级取值：0~3 响应优先级取值：0~3
//整个系统执行过程中，只设置一次中断分组,多次操作以最后一次设置为准。
//针对每个中断，设置对应的抢占优先级和响应优先级。
//如不设置中断优先级分组，则中断优先级分组默认为0，即0位抢占优先级，4位响应优先级。
//13.2.3 函数NVIC_PriorityGroupConfig
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
//6.NVIC初始化
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2U;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1U;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
//7.使能USART1
//21.2.4 函数USART_Cmd
USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}
/**
* 函 数：串口发送一个字节
* 参 数：Byte 要发送的一个字节
* 返 回 值：无
*/
void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
//21.2.12 函数USART_SendData
USART_SendData(USART1,Byte);
//等待发送完成标志位21.2.22 函数USART_GetFlagStatus
// USART_FLAG_TC: Transmission Complete flag
//0：发送还未完成；1：发送完成。
while(RESET == USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC));
}
/**
* 函 数：串口发送一个数组
* 参 数：Array 要发送数组的首地址
* 返 回 值：无
*/
void Serial_SendArray(uint8_t* Array)
{
uint16_t i = 0;
if(i < sizeof(Array)/sizeof(Array[0]))
{
Serial_SendByte(*(Array+i));依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据
}
}
/**
* 函 数：串口发送一个字符串
* 参 数：String 要发送字符串的首地址
* 返 回 值：无
*/
void Serial_SendString(uint8_t* String)
{
while(*String++)
{
Serial_SendByte(*String);
}
}
/**
* 函 数：使用printf需要重定向的底层函数
* 参 数：保持原始格式即可，无需变动
* 返 回 值：保持原始格式即可，无需变动
*/
int fputc(int ch, FILE *f)
{
Serial_SendByte(ch); //将printf的底层重定向到自己的发送字节函数
return ch;
}
/**
* 函 数：串口发送数字
* 参 数：Number 要发送的数字，范围：0~4294967295
* 参 数：Length 要发送数字的长度，范围：0~10
* 返 回 值：无
*/
uint32_t Serial_Pow(uint32_t m,uint32_t n)
{
uint32_t result = 1;
while(m--)
{
result *= n;
}
return result;
}
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{
uint8_t j = 0;
for(j = 0; j < Length; j++)
{
//12345/10000 = 1%10 = 1
//12345/1000 = 12%10 = 2
//12345/100 = 123%10 = 3
//12345/10 = 1234%10 = 4
//12345/1 = 12345%10 = 5
Serial_SendByte('0' + Number/Serial_Pow(10,Length-j-1));
}
}
/**
* 函 数：获取串口接收数据包标志位
* 参 数：无
* 返 回 值：串口接收数据包标志位，范围：0~1，接收到数据包后，标志位置1，读取后标志位自动清零
*/
uint8_t Serial_Flag = 0;//接收结束标志位
uint8_t Get_Status_Serial_Flag(void)
{
if(Serial_Flag == 1)
{
Serial_Flag = 0;
return 1;
}
else
{
return Serial_Flag;
}
}
/**
* 函 数：串口发送数据包
* 参 数：无
* 返 回 值：无
* 说 明：调用此函数后，Serial_Tx_Package数组的内容将加上包头（FF）包尾（FE）后，作为数据包发送出去
*/
void Serial_Send_Package(void)
{
Serial_SendByte(0xFF);
Serial_SendArray(Serial_Tx_Package);
Serial_SendByte(0xFE);
}
/**
* 函 数：USART1中断函数
* 参 数：无
* 返 回 值：无
* 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行
* 函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制
* 请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入
* DCD USART1_IRQHandler ; USART1
*/
void USART1_IRQHandler(void)
{
uint8_t Serial_Station = 0;//位置判断标志
uint8_t Serial_Package_Location = 0;//数据包位置
if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == RESET)//如果发生接收中断，说明数据从接收移位寄存器到了接收数据寄存器
//RXNE位被置位。它表明移位寄存器的内容被转移到RDR。换句话说，数据已经被接收并且可以被读出。
{
//21.2.13 函数USART_ReceiveData返回USARTx最近接收到的数据
//USART_DR寄存器[8:0]：数据值 (Data value)位8:0包含了发送或接收的数据。
//uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx)
uint16_t Serial_Data = USART_ReceiveData(USART1);//读取接收到的数据
if(Serial_Station == 0)
{
if(Serial_Data == 0xFF)
{
//说明找到了数据包头
Serial_Station = 1;
Serial_Package_Location = 0;//开始发送数据
}
else
{
Serial_Station = 0;//没有找到ff,就一直找
}
}
else if(Serial_Station == 1)//就算传入FF也不会出循环
{
if(Serial_Package_Location < 4)
{
Serial_Rx_Package[Serial_Package_Location++] = Serial_Data;//传输数据
//传输一次就会置标志位
}
Serial_Station = 2;//说明数据发送完
}
else if(Serial_Station == 2)
{
if(Serial_Data == 0xFE)
{
//说明找到了数据包尾
Serial_Station = 0;
Serial_Flag = 1;//发送完成标志位
}
else
{
Serial_Station = 2;
}
}
//21.2.25 函数USART_ClearITPendingBit清除USARTx的中断待处理位
USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
}
}
