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【STM32】USART串口数据收发详解：同步与异步通信原理及实践

 本篇博客重点在于标准库函数的理解与使用，搭建一个框架便于快速开发 

目录

USART简介

USART时钟使能

USART初始化 

 串口参数

 串口数据时序

USART中断配置

USART使能

数据的接收与发送

Serial.h 

Serial.c

main.c 

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

    • USART时钟使能

    已知USART1在APB2总线；USART2，USART3，USART4，USART5都在APB1总线（如图）

    由RCC时钟树，需要使能USART外设对应的时钟 

                                        USART1

                  USART2，USART3，USART4，USART5

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);//USART1时钟使能

    引脚模式 

    GPIO的其它参数的理解可以阅读下方博客，这里不再赘述。

    【STM32】GPIO和AFIO标准库使用框架-CSDN博客

    STM32F103C8T6的PA9默认复用功能为USART1的Tx，PA10为USART1的Rx

    PA9的IO口：片上外设在这里接USART1的Tx

      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;//Tx

     PA10的IO口：串口协议空闲时为高电平，故选择上拉输入

    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//Rx

    USART初始化 

     串口参数

  • 波特率：串口通信的速率，1秒传输多少位
  • 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

    •  串口数据时序

    数据位有8位，无校验位；1位停止位

    数据位有9位，最后1位数据位是校验位；1位停止位 

    	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//设置波特率，接收方与发送方约定
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//不需硬件流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;//发送和接收模式
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无校验位
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//1位停止位
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//数据长度8位
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    USART中断配置

    NVIC的其它参数的理解可以阅读下方博客，这里不再赘述。

    【STM32】EXTI与NVIC标准库使用框架-CSDN博客

    当USART模块发生中断时，中断信号将被发送到NVIC，并且NVIC将向处理器发出请求处理中断

    	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//USART1接收缓冲区非空中断使能
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

	//使能USART1 全局中断的IRQ通道并配置中断抢占优先级与响应优先级
	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使能

    USART1初始化最后调用即可

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);

    数据的接收与发送

    数据的发送

    串口发送数据函数是将待发的数据放在TDR寄存器，若发送移位寄存器中没有数据，TDR寄存器就会将数据放在发送寄存器中，发送寄存器中的数据一位一位被发送（低位先被发送），此时TDR为空并会有TXE（发送数据寄存器空）标志位，提示可以将下一个数据发在TDR里了。

    	USART_SendData(USART1, Byte);		//将字节数据写入发送数据寄存器，写入后USART自动生成时序波形
	while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);	//等待发送完成
	/*下次写入数据寄存器会自动清除发送完成标志位，故此循环后，无需清除标志位*/

     

     数据的接收

    串口接收数据一位一位接收（低位先被接收），接收到8位后，硬件将数据放在接收数据寄存器中，接收数据寄存器有数据并会有RNEX（读数据寄存器非空）标志位，提示可以读出数据了。

    //USART1的中断服务函数
void USART1_IRQHandler(void)
{
	if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)//如果接收到了数据
	{
		Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);//取出数据
		Serial_RxFlag = 1;                         //接收完成
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);//清楚接收标志位
	}
}

    Serial.h 

    #ifndef __SERIAL_H
#define __SERIAL_H

#include <stdio.h>

void Serial_Init(void);
void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);
void Serial_SendString(char *String);
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);
void Serial_Printf(char *format, ...);

uint8_t Serial_GetRxFlag(void);
uint8_t Serial_GetRxData(void);

#endif

    Serial.c

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>                     //用于fputc重定向printf
#include <stdarg.h>                    //用于 Serial_Printf()


uint8_t Serial_RxData;		//定义串口接收的数据变量
uint8_t Serial_RxFlag;		//定义串口接收的标志位变量

void Serial_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	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);
	
	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);
	
	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_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	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);
}

/**
  * 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)
{
	USART_SendData(USART1, Byte);		//将字节数据写入数据寄存器，写入后USART自动生成时序波形
	while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);	//等待发送完成
	/*下次写入数据寄存器会自动清除发送完成标志位，故此循环后，无需清除标志位*/
}

/**
  * 函    数：串口发送一个数组
  * 参    数：Array 要发送数组的首地址
  * 参    数：Length 要发送数组的长度
  * 返 回 值：无
  */
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{
	uint16_t i;
	for (i = 0; i < Length; i ++)		//遍历数组
	{
		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(char *String)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++)//遍历字符数组（字符串），遇到字符串结束标志位后停止
	{
		Serial_SendByte(String[i]);		//依次调用Serial_SendByte发送每个字节数据
	}
}

/**
  * 函    数：次方函数（内部使用）
  * 返 回 值：返回值等于X的Y次方
  */
uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y)
{
	uint32_t Result = 1;	//设置结果初值为1
	while (Y --)			//执行Y次
	{
		Result *= X;		//将X累乘到结果
	}
	return Result;
}

/**
  * 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
  */
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < Length; i ++)		//根据数字长度遍历数字的每一位
	{
		Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');	//依次调用Serial_SendByte发送每位数字
	}
}

/**
  * 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：自己封装的prinf函数
  * 参    数：format 格式化字符串
  * 参    数：... 可变的参数列表
  * 返 回 值：无
  */
void Serial_Printf(char *format, ...)
{
	char String[100];				//定义字符数组
	va_list arg;					//定义可变参数列表数据类型的变量arg
	va_start(arg, format);			//从format开始，接收参数列表到arg变量
	vsprintf(String, format, arg);	//使用vsprintf打印格式化字符串和参数列表到字符数组中
	va_end(arg);					//结束变量arg
	Serial_SendString(String);		//串口发送字符数组（字符串）
}

/**
  * 函    数：获取串口接收标志位
  * 参    数：无
  * 返 回 值：串口接收标志位，范围：0~1，接收到数据后，标志位置1，读取后标志位自动清零
  */
uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{
	if (Serial_RxFlag == 1)
	{
		Serial_RxFlag = 0;
		return 1;
	}
	return 0;
}

/**
  * 函    数：获取串口接收的数据
  * 参    数：无
  * 返 回 值：接收的数据，范围：0~255
  */
uint8_t Serial_GetRxData(void)
{
	return Serial_RxData;
}

void USART1_IRQHandler(void)
{
	if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
	{
		Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);
		Serial_RxFlag = 1;
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
	}
}

    main.c 

    #include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"


uint8_t RxData;

int main(void)
{
	OLED_Init();
    OLED_ShowString(1, 1, "RxData:");
	
	Serial_Init();
	
	Serial_SendByte(0x41);
	
	uint8_t MyArray[] = {0x42, 0x43, 0x44, 0x45};
	Serial_SendArray(MyArray, 4);
	
	Serial_SendString("\r\nNum1=");
	
	Serial_SendNumber(111, 3);
	
	/*下述3种方法可实现printf的效果*/
	
	/*方法1：直接重定向printf，但printf函数只有一个，此方法不能在多处使用*/
	printf("\r\nNum2=%d", 222);			//串口发送printf打印的格式化字符串
										//需要重定向fputc函数，并在工程选项里勾选Use MicroLIB
	
	/*方法2：使用sprintf打印到字符数组，再用串口发送字符数组，此方法打印到字符数组，之后想怎么处理都可以，可在多处使用*/
	char String[100];					//定义字符数组
	sprintf(String, "\r\nNum3=%d", 333);//使用sprintf，把格式化字符串打印到字符数组
	Serial_SendString(String);			//串口发送字符数组（字符串）
	
	/*方法3：将sprintf函数封装起来，实现专用的printf，此方法就是把方法2封装起来，更加简洁实用，可在多处使用*/
	Serial_Printf("\r\nNum4=%d", 444);	//串口打印字符串，使用自己封装的函数实现printf的效果
	Serial_Printf("\r\n");
	
	while (1)
	{

		if (Serial_GetRxFlag() == 1)
		{
			RxData = Serial_GetRxData();
			Serial_SendByte(RxData);
			OLED_ShowHexNum(1, 8, RxData, 2);
			
	}
}

    作者：我不吃代码

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