代码收藏家技术教程 2023-01-13

STM32串口（USART）深入解析

概述：

串口的重点难点要点就是几个标志位

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重点重点重点：下面这看明白了我相信你就是真的明白32的串口工作原理了，最后面也有，这个实在很重要，所以头尾都放一份，提到的框图和和函数在下文，往下拉就有

USART_FLAG_TXE：

注意左上角紫色的框，以及发送数据的流程，当我们去调用函数**USART_SendData(pUSARTx,ch);的时候，一个字节的数据就会被写入发送数据寄存器(TDR),注意USART_FLAG_TXE这个标志位，不发送数据的时候，闲着的时候都是0，当检测到数据写入发送数据寄存器TDR的时候，就会立刻将USART_FLAG_TXE置1，然后数据移位寄存器（TSR）就开始从TDR寄存器中取数据，一位一位的取走发送出去，当被取完的时候，发送数据寄存器TDR也就为空了，所以此时USART_FLAG_TXE**标志位就会被置0 ，所以也是我们while检测这个标志的原因

USART_FLAG_TC：

我们来假设一个过程，当我们调用**USART_SendData(pUSARTx,ch)发送一个字节的数据的时候，此时数据移位寄存器（TSR）就会立刻从数据发送寄存器（TDR）中开始搬运数据并一位一位发送出去，但是受限于波特率，搬运的速度会远大于发送的速率，而只要搬运完了，USART_FLAG_TXE这个标志位就会立刻被置0，我们while循环检测这个标志，此时就会被唤醒，看我上面发送字符串的函数就能看出来，下一个数据立刻又被写入发送数据寄存器（TDR），然后移位数据寄存器又开始搬运了，注意注意：此时移位数据寄存器中，上一个字节的数据还不一定发送完成呢，所以会为空吗？不会，所以所以：USART_FLAG_TC**这个标志位的作用是：检测数据移位寄存器是否为空，当开始发送数据，数据移位寄存器从数据发送寄存器中搬运数据，这个标志位就会被置1，当所有数据发送完成，移位寄存器为空时，就会被置0，所以通过这个标志位，可以实现在字节流的传输方式中实现帧传输

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我们常常容易混淆通讯方式和通讯协议，很多初学者分不清这些东西，USART（串口）可以理解为一种通讯的方式或者说通讯的桥梁，那通信协议呢，打个比方，两个人事先约定好，你说1，我就说2，听到你说2之后，我就接3……像这样是通讯协议，那具体你们是打电话说，还是见面说，都行，在这个例子中，使用电话或者线下见面直接说就是通讯方式，可以理解为串口/wifi/以太网,而你们之间的约定就是通讯协议，串口比较常用，通常用来调试输入信息，以及数据接收和发送，有很多的嵌入式设备都是依靠串口发送和接收的。

串口又分为TTL、RS232、RS485，那具体这些有什么区别呢？其实都一样，都是接3条线，只是TTL串口就是单片机上的串口，5V代表1，0V代表0，这样传输的时候，抗干扰能力很弱，远距离的时候，传输的波形会失真，所以后来发明了RS232和RS485，使用的是差分信号，RS232大概就是15V表示1，-15V表示0，这样传输的时候波形抗干扰就会很强，传输距离就远，差不多是这意思，下面就详细了解一下STM32的USART的使用

为什么这一节不详细分析USART的源码呢，因为我们平时使用的时候，很少见给串口搞同步的，还有什么流控之类的，也没具体去了解，到目前为止，串口的功能都裁剪的就剩下使用3条线，配置串口参数的环节，我们只关心:波特率、停止位、校验位，但是标准库的源码中，对串口这一章的配置是比较复杂的，我只是挑主要的看了个大概，并没有每一行都理清楚，所以本节不分析串口初始化源码

下面梳理一下大概的流程：

使能 RX 和 TX 引脚 GPIO 时钟和 USART 时钟
初始化 GPIO，并将 GPIO 复用到 USART 上
配置 USART 参数
配置中断控制器并使能 USART 接收中断
使能 USART
在 USART 接收中断服务函数实现数据接收和发送

第一和第二基本没啥难度了，对引脚的初始化，第三就是配置波特率等等，串口最重要的是，下面这个，只要掌握了这个，就算玩明白了，那我们就来详细的看一下几个标志位

标志位！对串口最重要的就是几个发送和接收的标志位，以及发送和接收函数

//USART初始化结构体
typedef struct {
    uint32_t USART_BaudRate;            // 波特率
    uint16_t USART_WordLength;          // 字长
    uint16_t USART_StopBits;            // 停止位
    uint16_t USART_Parity;              // 校验位
    uint16_t USART_Mode;                // USART模式
    uint16_t USART_HardwareFlowControl; // 硬件流控制
} USART_InitTypeDef;

USART_BaudRate：波特率设置。一般设置为2400、9600、19200、115200。标准库函数会根据设定值计算得到USARTDIV值，从而设置USART_BRR寄存器值。

USART_WordLength：数据帧字长，可选8位或9位。它设定USART_CR1寄存器的M位的值。如果没有使能奇偶校验控制，一般使用8数据位；如果使能了奇偶校验则一般设置为9数据位。

USART_StopBits：停止位设置，可选0.5个、1个、1.5个和2个停止位，它设定USART_CR2寄存器的STOP[1:0]位的值，一般我们选择1个停止位。

USART_Parity：奇偶校验控制选择，可选USART_Parity_No(无校验)、USART_Parity_Even(偶校验)以及USART_Parity_Odd(奇校验)，它设定USART_CR1寄存器的PCE位和PS位的值。

USART_Mode： USART模式选择，有USART_Mode_Rx和USART_Mode_Tx，允许使用逻辑或运算选择两个，它设定USART_CR1寄存器的RE位和TE位。

USART_HardwareFlowControl：硬件流控制选择，只有在硬件流控制模式才有效，可选有⑴使能RTS、⑵使能CTS、⑶同时使能RTS和CTS、⑷不使能硬件流。

当使用同步模式时需要配置SCLK引脚输出脉冲的属性，标准库使用一个时钟初始化结构体USART_ClockInitTypeDef来设置，该结构体内容也只有在同步模式才需要设置。

下面是从野火例程白嫖过来的初始化函数，写的很好很精髓，很香只能说，可以参考一下

/**
* 串口宏定义，不同的串口挂载的总线和IO不一样，移植时需要修改这几个宏
*/

// 串口1-USART1
#define  DEBUG_USARTx                   USART1
#define  DEBUG_USART_CLK                RCC_APB2Periph_USART1
#define  DEBUG_USART_APBxClkCmd         RCC_APB2PeriphClockCmd
#define  DEBUG_USART_BAUDRATE           115200

// USART GPIO 引脚宏定义
#define  DEBUG_USART_GPIO_CLK           (RCC_APB2Periph_GPIOA)
#define  DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd    RCC_APB2PeriphClockCmd

#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT       GPIOA
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_9
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT       GPIOA
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_10

#define  DEBUG_USART_IRQ                USART1_IRQn
#define  DEBUG_USART_IRQHandler         USART1_IRQHandler

static void NVIC_Configuration(void)
{
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    /* 嵌套向量中断控制器组选择 */
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

    /* 配置USART为中断源 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;
    /* 抢断优先级为1 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    /* 子优先级为1 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    /* 使能中断 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    /* 初始化配置NVIC */
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

void USART_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    // 打开串口GPIO的时钟
    DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);

    // 打开串口外设的时钟
    DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);

    // 将USART Tx的GPIO配置为推挽复用模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

    // 将USART Rx的GPIO配置为浮空输入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

    // 配置串口的工作参数
    // 配置波特率
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
    // 配置 针数据字长
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    // 配置停止位
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    // 配置校验位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
    // 配置硬件流控制
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =
        USART_HardwareFlowControl_None;
    // 配置工作模式，收发一起
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    // 完成串口的初始化配置
    USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);

    // 串口中断优先级配置
    NVIC_Configuration();

    // 使能串口接收中断
    USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);

    // 使能串口
    USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE);
}

梳理一下流程：

引脚配置，引脚使能
因为串口接收是可以触发中断的，轮询的方式太low了，所以配置串口接收中断
USART参数配置
使能串口，使能接收中断
提供中断服务函数

然后下面就可以愉快的接收和发送了

我们先来分析5，中断服务函数，以例程中的串口为例，

申明：很多代码呢，我本人学的时候就是用野火的学的，写的时候也参考他们的，所以现在回顾，他们的代码非常好啊，而且流程就是这样，你说我原创博客就该全部自己写，没必要的其实，那我怎么写也是这么写，很多代码是野火例程中抄过来的，不喜勿看

void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
    uint8_t ucTemp;
    if (USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE)!=RESET) {
        ucTemp = USART_ReceiveData( DEBUG_USARTx );
        USART_SendData(DEBUG_USARTx,ucTemp);
    }
}

USART_IT_RXNE：接收数据寄存器满标志，再简单分析，首先，当接收到数据的时候，就会立刻进入到这个函数，但是这里为什么要一直检测这个标志位呢？USART_IT_RXNE的取值只有SET和RESET两种，当接收数据完成，也就说8个bit都接收了，代表一个字节的数据接收完成，就能跳出while循环，调用了**USART_ReceiveData（）**这个函数读取数据，实际上这个函数是读取DR寄存器，读DR寄存器会将这个标志位清0，所以此处没有手动清0，当然手动清0也可以，我真的服了去百度上搜这个标志位，我就想搜这玩意的作用，真的是很难搜到，搜索结果真是花里胡哨牛头不对马嘴

接收的比较简单，还不明白的看下面，发送函数的分析

/*****************  发送一个字符 **********************/
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch)
{
    /* 发送一个字节数据到USART */
    USART_SendData(pUSARTx,ch);

    /* 等待发送数据寄存器为空 */
    while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

/*****************  发送字符串 **********************/
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
{
    unsigned int k=0;
    do {
        Usart_SendByte( pUSARTx, *(str + k) );
        k++;
    } while (*(str + k)!='\0');

    /* 等待发送完成 */
    while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET) {
    }
}

重点重点重点：下面这看明白了我相信你就是真的明白32的串口工作原理了