【STM32嵌入式系统设计与开发—拓展】——1_11_1串口通信(USART)

这里写目录标题

1、一般我们都怎么进行通信的？

（1）串行通行（Serial Communication）

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）:实现方式：使用微控制器的UART模块，通过配置波特率、数据位、停止位和奇偶校验来进行通信。
应用场景：微控制器之间的通信，调试信息输出等。

SPI（Serial Peripheral Interface）
实现方式：配置主设备和从设备的SPI模块，设置时钟极性、时钟相位和数据传输速率。
应用场景：传感器、显示器、存储器等外设通信。

I2C（Inter-Integrated Circuit）
实现方式：配置I2C主从设备的地址，设置数据传输速率，并处理数据传输中的ACK/NACK信号。
应用场景：短距离设备间通信，如EEPROM、传感器等。

…

（2）并行通信

并口（Parallel Port）
实现方式：使用数据总线和控制信号线，传输多个数据位。通常在计算机和打印机等设备中使用。
应用场景：早期计算机与打印机、扫描仪等外围设备通信。

（3）无线网络通信

Bluetooth
实现方式：使用蓝牙模块（如HC-05、HM-10），进行配对和数据传输。
应用场景：短距离无线通信，如无线耳机、键盘、鼠标等。

Wi-Fi
实现方式：使用Wi-Fi模块（如ESP8266、ESP32），配置SSID和密码，通过TCP/IP协议进行数据传输。

Zigbee
实现方式：使用Zigbee模块（如XBee），配置网络ID和通道，通过Zigbee协议进行数据传输。
应用场景：低功耗无线通信，智能家居、传感器网络。

…

（4）网络通信

以太网（Ethernet）
实现方式：使用以太网模块（如ENC28J60、W5500），配置IP地址、子网掩码和网关，通过TCP/IP协议进行数据传输。

应用场景：有线局域网、工业自动化系统。
光纤通信（Fiber Optic Communication）
实现方式：使用光纤收发模块，通过光纤传输数据，适用于高速和长距离通信。
应用场景：高速数据传输、远距离通信。

（5）现场总线通信

Modbus
实现方式：使用Modbus协议库，通过串口、以太网等接口进行主从通信。
应用场景：工业自动化和控制系统。

Profibus
实现方式：使用Profibus接口卡和协议栈，配置站地址和波特率。
应用场景：工厂自动化和过程控制。

2、串口通信之间对比？

3、通信类型有哪些？异步/同步/半双工/全双工又是什么？

4、怎么理解在串口通信？

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

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

5、使用的时候需要配置什么？

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

/*********************************************************************
 @Function  : USART1初始化
 @Parameter : bound : 波特率 
 @Return    : N/A
**********************************************************************/   	
void usart1_init(uint32_t bound)
{	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 定义一个 GPIO 初始化结构体
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure; // 定义一个 USART 初始化结构体
	
  /*时钟使能*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 使能 USART1 和 GPIOA 的时钟
	
	/*引脚复用*/  //PA9->TXD 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;         // 配置 GPIOA 的引脚 9 为 USART1 的 TX 引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 设置引脚速度为 50 MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   // 设置引脚模式为复用推挽输出
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);            // 初始化 GPIOA 引脚 9
	
	/*引脚复用*/  //PA10->RXD
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;            // 配置 GPIOA 的引脚 10 为 USART1 的 RX 引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 设置引脚模式为浮空输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                // 初始化 GPIOA 引脚 10 
	
  /*USART设置*/
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;                 // 设置 USART 波特率
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 设置 USART 字长为 8 位
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;      // 设置停止位为 1 位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;         // 设置无奇偶校验
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 设置无硬件流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 设置 USART 模式为接收和发送模式
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);                         // 初始化 USART1
	
  USART_Cmd(USART1, ENABLE);                                       // 使能 USART1                  
}

推挽输出和复用推挽输出怎么选？

复用推挽输出用于当一个 GPIO 引脚需要执行特定外设功能（如串口通信的发送引脚）时，使引脚能够在高低电平之间切换并与外设模块共享；在 USART 通信中，TX 引脚配置为复用推挽输出是因为它需要由串口模块驱动以发送数据，实现串口通信功能

推挽输出（Push-Pull Output）：用于简单的数字输出，比如控制一个 LED 的亮灭。它只是在高电平和低电平之间切换。

复用推挽输出（Alternate Function Push-Pull Output）：用于引脚需要执行特定功能（比如串口通信）的情况。除了在高低电平之间切换，还能和外设模块（比如串口、I2C、SPI）共享，引脚不再只是普通的输入输出，而是用来传输数据。

为什么用浮空输入？

浮空输入的优势包括：
可以检测到微弱的信号：由于浮空输入的端口阻抗很大，类似于电压表内阻很大的情况，这样可以更灵敏地检测到外部信号的变化。
适用于多种标准通讯协议：例如 IIC、USART 等总线设备，在这些应用中，浮空输入有助于保证数据传输的准确性和稳定性。

串口定义的结构体？

/**
@brief USART 初始化结构体定义
*/
typedef struct
{
uint32_t USART_BaudRate; /* 此成员配置 USART 通信波特率。 */

uint16_t USART_StopBits; /* 指定传输的停止位数量。*/
*/
uint16_t USART_Parity; /*!< 指定奇偶校验模式。 */
uint16_t USART_Mode; /* 指定接收或发送模式是启用还是禁用。 */
uint16_t USART_HardwareFlowControl; /* 指定硬件流控制模式是启用还是禁用。*/
} USART_InitTypeDef;

6、为什么能够printf();？

将printf重定向到USART1(串口1)–这样我们就能通过串口1将信息打印到上位机(串口助手)

//加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB	  
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)             
/*********************************************************************
 @Function  : 标准库需要的支持函数 
 @Parameter : N/A
 @Return    : N/A
**********************************************************************/              
struct __FILE 
{ 
	int handle; 
}; 

FILE __stdout;   

/*********************************************************************
 @Function  : 定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
 @Parameter : X :
 @Return    : N/A
**********************************************************************/   
void _sys_exit(int x) 
{ 
	x = x; 
} 

/*********************************************************************
 @Function  : 重定义fputc函数
 @Parameter : ch ：入口数据
							 f ：入口指针
 @Return    : ch ：入口数据
**********************************************************************/
int fputc(int ch, FILE *f)
{      
	while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕   
    USART1->DR = (u8) ch;      
	return ch;
}
#endif 

一预处理、二定义、三个函数？

1预、#pragmaimport(__use_no_semihosting)，确保不从C库中使用半主机函数
2定、定义:__FILE结构体，避免HAL库某些情况下报错
定义: FILE_stdout，避免编译报错实现
3函数、_sys_exit和fputc(int ch, FILE *f)等三个函数

A[开始] --> B{是否调用 printf 函数}
B -->|是| C[进入 fputc 函数]
C --> D{串口是否发送完毕}
D -->|否| C
D -->|是| E[返回 printf 函数]
E --> F[继续程序执行]
B -->|否| F
graph TD
A[开始] --> B{是否调用 printf 函数}
B -->|是| C[进入 fputc 函数]
C --> D{串口是否发送完毕}
D -->|否| C
D -->|是| E[返回 printf 函数]
E --> F[继续程序执行]
B -->|否| F

半主机模式又是什么？

半主机模式就是在开发ARM单片机程序的时候，让程序能借用电脑（就是开发用的那台电脑）的屏幕来显示输出内容，比如用printf函数输出的东西能在电脑屏幕上看到，还能通过电脑的键盘给程序输入内容。
但真正把程序放到嵌入式设备里运行的时候，设备可没法直接用电脑的这些输入输出功能了，所以就得把这个模式关掉。不然程序可能会因为找不到电脑的帮忙而出问题。

半主机模式就好比是在开发单片机程序时，开了个“后门”，能让程序把要输出的东西，比如像用printf输出的那些文字，都发到我们用来开发的电脑屏幕上显示，也能通过电脑键盘给程序输入东西。
可等程序真正装到单片机里运行的时候，单片机可没法跟开发用的电脑连着了，这时候要是还开着这个“后门”，程序就会找不到地方去显示输出或者接收输入，就会乱套。所以得把这个模式关掉

作者：iot鑫鹏