串口通訊的原理、代碼實(shí)現(xiàn)及注釋

佚名2016 2019-08-28

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串口通訊是一種很常用的通訊方式，用的電纜數(shù)量少、操作簡單。下面來看一下串口通訊的定義、原理及基于stm32的代碼實(shí)現(xiàn)（帶注釋便于理解）。

具體內(nèi)容如下：

一、通信接口

處理器與外部設(shè)備通信的兩種方式：

并行通信：

-傳輸原理：數(shù)據(jù)各個位同時傳輸。-優(yōu)點(diǎn)：速度快-缺點(diǎn)：占用引腳資源多

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串行通信：

-傳輸原理：數(shù)據(jù)按位順序傳輸。-優(yōu)點(diǎn)：占用引腳資源少-缺點(diǎn)：速度相對較慢

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串行通信，按照數(shù)據(jù)傳送方向，分為：

單工：數(shù)據(jù)傳輸只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個方向上傳輸

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半雙工：允許數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸，但是，在某一時刻，只允許數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸，它實(shí)際上是一種切換方向的單工通信；

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全雙工：允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，因此，全雙工通信是兩個單工通信方式的結(jié)合，它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨(dú)立的接收和發(fā)送能力。

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串行通信的通信方式：

**同步通信：**帶時鐘同步信號傳輸。如：SPI，IIC通信接口**異步通信：**不帶時鐘同步信號。如：UART(通用異步收發(fā)器),單總線

常見的串行通信接口：

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二、STM32的串口通信接口

UART：通用異步收發(fā)器（universal asynchronous receiver and transmitter）

USART：通用同步異步收發(fā)器（universal synchronous asynchronous receiver and transmitter）

其中：

通用同步異步收發(fā)器(USART)

小容量產(chǎn)品：是指閃存存儲器容量在16K至32K字節(jié)之間的STM32F101xx、 STM32F102xx和STM32F103xx微控制器。

中容量產(chǎn)品：是指閃存存儲器容量在64K至128K字節(jié)之間的STM32F101xx、 STM32F102xx和STM32F103xx微控制器。

大容量產(chǎn)品：是指閃存存儲器容量在256K至512K字節(jié)之間的STM32F101xx和STM32F103xx微控制器。

互聯(lián)型產(chǎn)品：是指STM32F105xx和STM32F107xx微控制器。

除非特別說明，本章描述的模塊適用于整個STM32F10xxx微控制器系列。

我使用的是 STM32F105xx，所以是互聯(lián)型產(chǎn)品，包含3個USART和2個UART。（USART1/USART2/USART3/UART4/UART5）

三、UART異步通信方式引腳連接方法

-RXD:數(shù)據(jù)輸入引腳。數(shù)據(jù)接收。

-TXD:數(shù)據(jù)發(fā)送引腳。數(shù)據(jù)發(fā)送。

串口交叉線

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串口直通線

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四、串口通信過程

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五、STM32串口異步通信需要定義的參數(shù)

起始位數(shù)據(jù)位（8位或者9位）奇偶校驗(yàn)位（第9位）停止位（1,15,2位）波特率設(shè)置

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六、串口配置

串口設(shè)置的一般步驟可以總結(jié)為如下幾個步驟：

1、串口時鐘使能，GPIO時鐘使能

2、串口復(fù)位

3、GPIO端口模式設(shè)置

4、串口參數(shù)初始化

5、開啟中斷并且初始化NVIC（如果需要開啟中斷才需要這個步驟）

6、使能串口

7、編寫中斷處理函數(shù)

下面，我們就簡單介紹下這幾個與串口基本配置直接相關(guān)的幾個固件庫函數(shù)。這些函數(shù)和定義主要分布在 stm32f10x_usart.h 和stm32f10x_usart.c 文件中。

1.串口時鐘使能。串口是掛載在 APB2 下面的外設(shè)，所以使能函數(shù)為：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1)；

2.串口復(fù)位。當(dāng)外設(shè)出現(xiàn)異常的時候可以通過復(fù)位設(shè)置，實(shí)現(xiàn)該外設(shè)的復(fù)位，然后重新配置這個外設(shè)達(dá)到讓其重新工作的目的。一般在系統(tǒng)剛開始配置外設(shè)的時候，都會先執(zhí)行復(fù)位該外設(shè)的操作。復(fù)位的是在函數(shù) USART_DeInit()中完成：

void USART_DeInit(USART_TypeDef* USARTx);//串口復(fù)位

比如我們要復(fù)位串口 1，方法為：

USART_DeInit(USART1); //復(fù)位串口

3.串口參數(shù)初始化。串口初始化是通過 USART_Init()函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，

void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct)；

這個函數(shù)的第一個入口參數(shù)是指定初始化的串口標(biāo)號，這里選擇 USART1。

第二個入口參數(shù)是一個 USART_InitTypeDef 類型的結(jié)構(gòu)體指針，這個結(jié)構(gòu)體指針的成員變量用來設(shè)置串口的一些參數(shù)。

一般的實(shí)現(xiàn)格式為：

USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound; //波特率設(shè)置;

USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長為 8 位數(shù)據(jù)格式

USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //一個停止位

USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //無奇偶校驗(yàn)位

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl

= USART_HardwareFlowControl_None; //無硬件數(shù)據(jù)流控制

USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收發(fā)模式

USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口

從上面的初始化格式可以看出初始化需要設(shè)置的參數(shù)為：波特率，字長，停止位，奇偶校驗(yàn)位，硬件數(shù)據(jù)流控制，模式（收，發(fā)）。我們可以根據(jù)需要設(shè)置這些參數(shù)。

4.數(shù)據(jù)發(fā)送與接收。 STM32 的發(fā)送與接收是通過數(shù)據(jù)寄存器 USART_DR 來實(shí)現(xiàn)的，這是一個雙寄存器，包含了 TDR 和 RDR。當(dāng)向該寄存器寫數(shù)據(jù)的時候，串口就會自動發(fā)送，當(dāng)收到數(shù)據(jù)的時候，也是存在該寄存器內(nèi)。

STM32 庫函數(shù)操作 USART_DR 寄存器發(fā)送數(shù)據(jù)的函數(shù)是：

void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);

通過該函數(shù)向串口寄存器 USART_DR 寫入一個數(shù)據(jù)。

STM32 庫函數(shù)操作 USART_DR 寄存器讀取串口接收到的數(shù)據(jù)的函數(shù)是：

uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);

通過該函數(shù)可以讀取串口接受到的數(shù)據(jù)。

5.串口狀態(tài)。串口的狀態(tài)可以通過狀態(tài)寄存器 USART_SR 讀取。 USART_SR 的各位描述如圖 9.1.1 所示：

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這里我們關(guān)注一下兩個位，第 5、 6 位 RXNE 和 TC。

RXNE（讀數(shù)據(jù)寄存器非空），當(dāng)該位被置 1 的時候，就是提示已經(jīng)有數(shù)據(jù)被接收到了，并且可以讀出來了。這時候我們要做的就是盡快去讀取 USART_DR，通過讀 USART_DR 可以將該位清零，也可以向該位寫 0，直接清除。

TC（發(fā)送完成），當(dāng)該位被置位的時候，表示 USART_DR 內(nèi)的數(shù)據(jù)已經(jīng)被發(fā)送完成了。如果設(shè)置了這個位的中斷，則會產(chǎn)生中斷。該位也有兩種清零方式： 1）讀 USART_SR，寫USART_DR。 2）直接向該位寫 0。

狀態(tài)寄存器的其他位我們這里就不做過多講解，大家需要可以查看中文參考手冊。

在我們固件庫函數(shù)里面，讀取串口狀態(tài)的函數(shù)是：

FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG)；

這個函數(shù)的第二個入口參數(shù)非常關(guān)鍵，它是標(biāo)示我們要查看串口的哪種狀態(tài)，比如上面講解的RXNE(讀數(shù)據(jù)寄存器非空)以及 TC(發(fā)送完成)。例如我們要判斷讀寄存器是否非空(RXNE)，操作庫函數(shù)的方法是：

USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE);

我們要判斷發(fā)送是否完成(TC)，操作庫函數(shù)的方法是：

USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC);

這些標(biāo)識號在 MDK 里面是通過宏定義定義的：

#define USART_IT_PE ((uint16_t)0x0028)

#define USART_IT_TXE ((uint16_t)0x0727)

#define USART_IT_TC ((uint16_t)0x0626)

#define USART_IT_RXNE ((uint16_t)0x0525)

#define USART_IT_IDLE ((uint16_t)0x0424)

#define USART_IT_LBD ((uint16_t)0x0846)

#define USART_IT_CTS ((uint16_t)0x096A)

#define USART_IT_ERR ((uint16_t)0x0060)

#define USART_IT_ORE ((uint16_t)0x0360)

#define USART_IT_NE ((uint16_t)0x0260)

#define USART_IT_FE ((uint16_t)0x0160)

6.串口使能。串口使能是通過函數(shù) USART_Cmd()來實(shí)現(xiàn)的，這個很容易理解，使用方法是：

USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口

7.開啟串口響應(yīng)中斷。有些時候當(dāng)我們還需要開啟串口中斷，那么我們還需要使能串口中斷，使能串口中斷的函數(shù)是：

void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT,

FunctionalState NewState)

這個函數(shù)的第二個入口參數(shù)是標(biāo)示使能串口的類型，也就是使能哪種中斷，因?yàn)榇诘闹袛囝愋陀泻芏喾N。比如在接收到數(shù)據(jù)的時候（RXNE 讀數(shù)據(jù)寄存器非空），我們要產(chǎn)生中斷，那么我們開啟中斷的方法是：

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//開啟中斷，接收到數(shù)據(jù)中斷

我們在發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束的時候（TC，發(fā)送完成）要產(chǎn)生中斷，那么方法是：

USART_ITConfig(USART1， USART_IT_TC， ENABLE);

8.獲取相應(yīng)中斷狀態(tài)。當(dāng)我們使能了某個中斷的時候，當(dāng)該中斷發(fā)生了，就會設(shè)置狀態(tài)寄存器中的某個標(biāo)志位。經(jīng)常我們在中斷處理函數(shù)中，要判斷該中斷是哪種中斷，使用的函數(shù)是：

ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT)

比如我們使能了串口發(fā)送完成中斷，那么當(dāng)中斷發(fā)生了，我們便可以在中斷處理函數(shù)中調(diào)用這個函數(shù)來判斷到底是否是串口發(fā)送完成中斷，方法是：

USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TC)

返回值是 SET，說明是串口發(fā)送完成中斷發(fā)生。

七、串口程序完整代碼

參看：USART串口通信配置

#include 'stm32f10x.h'

u8 Uart1_Get_Flag = 0;

// 串口初始化函數(shù)

void My_USART1_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStrue;

USART_InitTypeDef USART_InitStrue;

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStrue;

// 1,使能GPIOA,USART1時鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);

// 2,設(shè)置PGIO工作模式-PA9 PA10復(fù)用為串口1

GPIO_InitStrue.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;//復(fù)用推挽輸出

GPIO_InitStrue.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;//USART1_TX PA.9

GPIO_InitStrue.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStrue); //初始化 GPIOA.9

GPIO_InitStrue.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空輸入

GPIO_InitStrue.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;//USART1_RX PA.10

GPIO_InitStrue.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStrue); //初始化 GPIOA.10

// 3,串口1初始化配置

USART_InitStrue.USART_BaudRate=115200;//波特率設(shè)置

USART_InitStrue.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;//無硬件數(shù)據(jù)流控制

USART_InitStrue.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx;//收發(fā)模式

USART_InitStrue.USART_Parity=USART_Parity_No; //無奇偶校驗(yàn)位

USART_InitStrue.USART_StopBits=USART_StopBits_1; //一個停止位

USART_InitStrue.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;//字長為8 位

USART_Init(USART1,&USART_InitStrue);//初始化串口

// 4,打開串口1

USART_Cmd(USART1,ENABLE);//使能串口

// 5,使能串口1中斷-接收數(shù)據(jù)完成中斷

USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);//開啟中斷

// 6,設(shè)置中斷優(yōu)先級-主函數(shù)中設(shè)置中斷優(yōu)先級分組

NVIC_InitStrue.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;

NVIC_InitStrue.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;//IRQ 通道使能

NVIC_InitStrue.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;//搶占優(yōu)先級 1

NVIC_InitStrue.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;//子優(yōu)先級 1

NVIC_Init(&NVIC_InitStrue);//中斷優(yōu)先級初始化

}

void USART1_Puts(char * str)

{

while(*str)

{

USART_SendData(USART1, *str++);

while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);

}

// 中斷服務(wù)函數(shù)

void USART1_IRQHandler(void)

{

u8 res;

if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE))// 接收到數(shù)據(jù)

{

USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);

res= USART_ReceiveData(USART1); // 獲得串口1接收到的數(shù)據(jù)

Uart1_Get_Flag=1;

}

// 主函數(shù)

int main(void)

{

// 設(shè)置中斷優(yōu)先級分組位2 - 2位搶占2位相應(yīng)

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

// 調(diào)用函數(shù) 初始化USART1相關(guān)引腳配置

My_USART1_Init();

if (Uart1_Get_Flag){

Uart1_Get_Flag = 0;

USART1_Puts(res);

}

return 0;

}

謝謝閱讀。

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來自：佚名2016 > 《電氣控制》

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