STM32学习：USART串口通信

2020-07-14 本文已影响0人虞锦雯

一、STM32F1的USART介绍

（一）串口通信简介

串口通信(Serial Communication)，是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线等，按位进行传输数据的一种通信方式，属于串行通信方式。串口是一种接口标准，它规定了接口的电气标准，没有规定接口插件电缆以及使用的协议。

（1）接口标准

串口通信的接口标准有很多，有RS-232C、RS-232、RS-422A、RS-485等。
常用的就是RS-232和RS-485。RS-232其实是RS-232C的改进，原理是一样的。
RS-232C是EIA（美国电子工业协会）1969年修订RS-232C标准。
RS-232C定义了数据终端设备（DTE）与数据通信设备（DCE）之间的物理接口标准。
RS-232C接口规定使用25针连接器，简称DB25，连接器的尺寸及每个插针的排列位置都有明确的定义。
公头和母头的管脚定义顺序是不一样，这一点需要特别注意。
常用管脚的功能如下：

RS-232C标准接口主要引脚定义.png

RS-232C对逻辑电平也做了规定，如下
在TXD和RXD数据线上：

逻辑1为-3~-15V的电压
逻辑0为3~15V的电压

在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：

信号有效（ON状态）为3~15V的电压
信号无效（OFF状态）为-3~-15V的电压

由此可见，RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与晶体管-晶体管逻辑集成电路（TTL）以高低电平表示逻辑状态的规定正好相反。

串口通信中还需要注意的是，串口数据收发线要交叉连接，计算机的TXD要对应单片机的RXD，计算机的RXD要对应单片机的TXD，并且GND，如下图：

计算机TXD与RXD对应关系.png

（2）通信协议

RS232的通信协议比较简单，通常遵循96-N-8-1格式。

（二）USART简介

USART即通用同步异步收发器，它能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换，满足外部设备对工业标准 NRZ 异步串行数据格式的要求。UART即通用异步收发器，它是在USART基础上裁剪掉了同步通信功能，同步和异步主要看其时钟是否需要对外提供，这个前面也介绍了。我们开发板上使用的STM32F103ZET6芯片含有3个USART，2个UART外设。它们都具有串口通信功能，USART它支持同步单向通信和半双工单线通信；还支持 LIN（域互连网络）、智能卡协议与 IrDA（红外线数据协会） SIR ENDEC 规范，以及调制解调器操作 (CTS/RTS)。而且，它还支持多处理器通信和DMA功能，使用 DMA 可实现高速数据通信。USART 通过小数波特率发生器提供了多种波特率。
USART在STM32中应用最多的是printf输出调试信息，当我们需要了解程序内的一些变量数据信息时，可以通过printf输出函数将这些信息打印到串口助手上显示，这样一来就给我们调试程序带来了极大的方便。

（三）USART结构框图

USART结构框图.png

二、串口通信配置步骤

（一）时钟设置

使能串口时钟及GPIO端口时钟：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);//使能USART1时钟

（二）端口设置

GPIO端口模式设置，设置串口对应的引脚为复用功能：

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;

（三）串口参数设置

初始化串口参数，包含波特率、字长、奇偶校验等参数：

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

例如：

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//波特率设置
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1

（四）使能串口

void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);
USART_Cmd(USART1, ENABLE);  //使能串口1

（五）中断设置

设置串口中断类型并使能

void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT,
 FunctionalState NewState);

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启接收中断
USART_ITConfig(USART1，USART_IT_TC， ENABLE);

（六）中断优先级设置

设置串口中断优先级，使能串口中断通道
NVIC初始化库函数是NVIC_Init()

（七）中断服务函数

编写串口中断服务函数 USART1_IRQHandler

ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);

if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
    ...//执行USART1接收中断内控制
}
void USART_ClearFlag(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t 
USART_FLAG);

例如：

void USART1_IRQHandler(void)                    //串口1中断服务程序
{
    u8 r;
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断
    {
        r =USART_ReceiveData(USART1);//(USART1->DR);    //读取接收到的数据
        USART_SendData(USART1,r);
        while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) != SET);
    } 
    USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC);
}

三、硬件电路

USB转串口模块

USB转串口模块.png