USART串口通信配置
一，串口相关寄存器
USART_SR 状态寄存器
USART_DR 数据寄存器
USART_BRR 波特率寄存器
USART_CR1 控制寄存器
USART_SR－状态寄存器：
状态寄存器USART_SR，描述串口寄存器的一些状态:
如位5:读数据寄存器非空
通过读取这个位的值,判断是否收到了完整的数据
串口已经接收到了数据,并且已经写入到了USART_DR寄存器
USART_DR－数据寄存器：
数据寄存器USART_DR，只使用了位0-8，其他位保留
读寄存器：读取该寄存器获取接收到的数据值
写寄存器：向该寄存器写入发送的数据对数据进行发送
USART_BRR－波特率寄存器：
波特率寄存器USART_BRR，只用到了低16位，高16位保留
0-3位[3:0] ： USART分频器的小数部分DIV_Fraction
4-15位[15:4] ： USART分频器的整数部分DIV_Mantissa
USART_CR1－控制寄存器：
USART_BRR波特率寄存器，设置串口寄存器使能位
如：接收使能，发送使能
二，波特率的计算方法
波特率发生器：
如图：
波特率由波特率发生器和PCLKx共同产生
PCLKx的值由串口本身决定
通过配置USART_BRR寄存器确定波特率发生器的值
经过USARTDIV分频器除以16得到最终的波特率
波特率计算方法：
设置串口1波特率为115200MHz
串口1的时钟来自PCLK2=72MHz
由公式得到:
USARTDIV=72000000/(115200*16)=39.0625
整数部分DIV_Mantissa=39=0x27
小数部分DIV_Fraction=16*0,0625=1=0x01
所以设置USART->BRR=0x0271,就可以实现设置串口1的波特率为115200MHz
三，串口操作相关库函数
获取状态标志位函数－操作USART_SR寄存器
// 获取状态标志位
FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);
// 清除状态标志位
void USART_ClearFlag(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);
// 获取中断状态标志位
ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);
// 清除中断状态标志位
void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);接收发送数据函数－操作USART_DR寄存器
// 发送数据到串口(通过写USART_DR寄存器发送数据)
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);
// 接收数据（从USART_DR寄存器读取接收到的数据）
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);串口配置函数
// 串口初始化：波特率，数据字长，奇偶校验，硬件流控以及收发使能
void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);
// 使能串口
void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);
// 使能相关中断
void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState);四，串口硬件连接
PA9-RXD
PA10-TXD
CH340 USB转串口 将USB虚拟为串口使用
五，串口配置的步骤
1,串口时钟使能,GPIO时钟使能
RCC_APB2PeriphClockCmd()
2,串口复位
USART_DeInit();
3,GPIO端口模式设置
GPIO_Init();
4,串口参数初始化
USART_Init()
5,开启中断并初始化NVIC
NVIC_Init();
USART_ITConfig();
6,使能串口
USART_Cmd();
7,中断函数逻辑
USARTx_IRQHandler();
8,串口数据发送
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);
9,串口传输状态获取
ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);
void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);
六，串口测试程序设计
程序功能:
电脑通过USB线连接开发板,开发板通过USB转串口实现和电脑的通信
电脑使用串口工具想单片机发送数据,单片机收到数据后返回给电脑
注:以串口1为例实现
七，串口测试程序实现分析
1,使能GPIO时钟
串口1的发送,接收引脚为PA9和PA10
所以我们要使能GPIOA和串口1的时钟
串口1和GPIOx时钟源为APB2
所以使用RCC_APB2PeriphClockCmd函数进行初始化
stm32f10x_rcc.c找到RCC_APB2PeriphClockCmd函数源码:
/** * @brief Enables or disables the High Speed APB (APB2) peripheral clock. * @param RCC_APB2Periph: specifies the APB2 peripheral to gates its clock. * This parameter can be any combination of the following values: * @arg RCC_APB2Periph_AFIO, RCC_APB2Periph_GPIOA, RCC_APB2Periph_GPIOB, * RCC_APB2Periph_GPIOC, RCC_APB2Periph_GPIOD, RCC_APB2Periph_GPIOE, * RCC_APB2Periph_GPIOF, RCC_APB2Periph_GPIOG, RCC_APB2Periph_ADC1, * RCC_APB2Periph_ADC2, RCC_APB2Periph_TIM1, RCC_APB2Periph_SPI1, * RCC_APB2Periph_TIM8, RCC_APB2Periph_USART1, RCC_APB2Periph_ADC3, * RCC_APB2Periph_TIM15, RCC_APB2Periph_TIM16, RCC_APB2Periph_TIM17, * RCC_APB2Periph_TIM9, RCC_APB2Periph_TIM10, RCC_APB2Periph_TIM11 * @param NewState: new state of the specified peripheral clock. * This parameter can be: ENABLE or DISABLE. * @retval None */
void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_RCC_APB2_PERIPH(RCC_APB2Periph));
assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));
if (NewState != DISABLE)
{
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2Periph;
}
else
{
RCC->APB2ENR &= ~RCC_APB2Periph;
}
}stm32f10x_rcc.h找到IS_RCC_APB2_PERIPH函数声明:
/** @defgroup APB2_peripheral * @{ */
#define RCC_APB2Periph_AFIO ((uint32_t)0x00000001)
#define RCC_APB2Periph_GPIOA ((uint32_t)0x00000004)
#define RCC_APB2Periph_GPIOB ((uint32_t)0x00000008)
#define RCC_APB2Periph_GPIOC ((uint32_t)0x00000010)
#define RCC_APB2Periph_GPIOD ((uint32_t)0x00000020)
#define RCC_APB2Periph_GPIOE ((uint32_t)0x00000040)
#define RCC_APB2Periph_GPIOF ((uint32_t)0x00000080)
#define RCC_APB2Periph_GPIOG ((uint32_t)0x00000100)
#define RCC_APB2Periph_ADC1 ((uint32_t)0x00000200)
#define RCC_APB2Periph_ADC2 ((uint32_t)0x00000400)
#define RCC_APB2Periph_TIM1 ((uint32_t)0x00000800)
#define RCC_APB2Periph_SPI1 ((uint32_t)0x00001000)
#define RCC_APB2Periph_TIM8 ((uint32_t)0x00002000)
#define RCC_APB2Periph_USART1 ((uint32_t)0x00004000)
#define RCC_APB2Periph_ADC3 ((uint32_t)0x00008000)
#define RCC_APB2Periph_TIM15 ((uint32_t)0x00010000)
#define RCC_APB2Periph_TIM16 ((uint32_t)0x00020000)
#define RCC_APB2Periph_TIM17 ((uint32_t)0x00040000)
#define RCC_APB2Periph_TIM9 ((uint32_t)0x00080000)
#define RCC_APB2Periph_TIM10 ((uint32_t)0x00100000)
#define RCC_APB2Periph_TIM11 ((uint32_t)0x00200000)
#define IS_RCC_APB2_PERIPH(PERIPH) ((((PERIPH) & 0xFFC00002) == 0x00) && ((PERIPH) != 0x00))从参数定义验证了GPIOA-GPIOG 和串口1(USART1)的时钟使能由RCC_APB2PeriphClockCmd()控制
所以使能GPIOA和串口1时钟代码为:
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能GPIOA时钟源
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); //使能串口1时钟源2,初始化GPIOA的工作模式
通过查找STM32中文参考手册确定串口１引脚工作模式配置：
如图：
串口１接收发送引脚配置
发送端PA9配置为推挽复用输出
接收端PA10配置为浮空输入或上拉输入
代码：
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStrue;
//发送端PA9配置
GPIO_InitStrue.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9; //发送端-TXD
GPIO_InitStrue.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //推挽输出
GPIO_InitStrue.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStrue);
//接收端PA10配置
GPIO_InitStrue.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10; //接收端-RXD
GPIO_InitStrue.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
GPIO_InitStrue.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStrue);3,串口初始化
stm32f10x_usart.h头文件找到USART_Init函数声明:
void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);stm32f10x_usart.h找到入参USART_InitTypeDef结构体声明
/** * @brief USART Init Structure definition */
typedef struct
{
uint32_t USART_BaudRate; // 设置波特率
uint16_t USART_WordLength; // 字长8或9(停止位)
uint16_t USART_StopBits; // 停止位
uint16_t USART_Parity; // 奇偶校验
uint16_t USART_Mode; // 发送接收使能
uint16_t USART_HardwareFlowControl; // 硬件流控制
} USART_InitTypeDef;USART_HardwareFlowControl-硬件流参数有效性验证
/** @defgroup USART_Hardware_Flow_Control * @{ */
#define USART_HardwareFlowControl_None ((uint16_t)0x0000)
#define USART_HardwareFlowControl_RTS ((uint16_t)0x0100)
#define USART_HardwareFlowControl_CTS ((uint16_t)0x0200)
#define USART_HardwareFlowControl_RTS_CTS ((uint16_t)0x0300)
#define IS_USART_HARDWARE_FLOW_CONTROL(CONTROL)\
(((CONTROL) == USART_HardwareFlowControl_None) || \
((CONTROL) == USART_HardwareFlowControl_RTS) || \
((CONTROL) == USART_HardwareFlowControl_CTS) || \
((CONTROL) == USART_HardwareFlowControl_RTS_CTS))USART_Mode-使能参数有效性验证
/** @defgroup USART_Mode * @{ */
#define USART_Mode_Rx ((uint16_t)0x0004)
#define USART_Mode_Tx ((uint16_t)0x0008)
#define IS_USART_MODE(MODE) ((((MODE) & (uint16_t)0xFFF3) == 0x00) && ((MODE) != (uint16_t)0x00))USART_Parity-奇偶校验参数有效性
/** @defgroup USART_Parity * @{ */
#define USART_Parity_No ((uint16_t)0x0000)
#define USART_Parity_Even ((uint16_t)0x0400)
#define USART_Parity_Odd ((uint16_t)0x0600)
#define IS_USART_PARITY(PARITY) (((PARITY) == USART_Parity_No) || \
((PARITY) == USART_Parity_Even) || \
((PARITY) == USART_Parity_Odd))USART_StopBits-停止位参数有效性
/** @defgroup USART_Stop_Bits * @{ */
#define USART_StopBits_1 ((uint16_t)0x0000)
#define USART_StopBits_0_5 ((uint16_t)0x1000)
#define USART_StopBits_2 ((uint16_t)0x2000)
#define USART_StopBits_1_5 ((uint16_t)0x3000)
#define IS_USART_STOPBITS(STOPBITS) (((STOPBITS) == USART_StopBits_1) || \
((STOPBITS) == USART_StopBits_0_5) || \
((STOPBITS) == USART_StopBits_2) || \
((STOPBITS) == USART_StopBits_1_5))USART_WordLength-字长参数有效性
/** @defgroup USART_Word_Length * @{ */
#define USART_WordLength_8b ((uint16_t)0x0000)
#define USART_WordLength_9b ((uint16_t)0x1000)
#define IS_USART_WORD_LENGTH(LENGTH) (((LENGTH) == USART_WordLength_8b) || \
((LENGTH) == USART_WordLength_9b))串口初始化代码:
USART_InitTypeDef USART_InitStrue;
USART_InitStrue.USART_BaudRate=115200; //设置波特率-115200MHz
USART_InitStrue.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;//硬件流控制-不使用
USART_InitStrue.USART_Mode=USART_Mode_Rx| USART_Mode_Tx; //使能设置-发送接收都使能
USART_InitStrue.USART_Parity=USART_Parity_No; //奇偶校验-不使用奇偶校验
USART_InitStrue.USART_StopBits=USART_StopBits_1; //停止位-一个停止位
USART_InitStrue.USART_WordLength=USART_WordLength_8b //字长-8位字长
USART_Init(USART1, &USART_InitStrue);4,使能串口1:
stm32f10x_usart.h头文件找到USART_Cmd函数定义
void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);
USART_Cmd(USART1, ENABLE);5,由于使用了中断首先要配置中断优先级分组-在主函数
misc.h头文件中找到NVIC_PriorityGroupConfig函数声明:
void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);misc.c中找到NVIC_PriorityGroupConfig函数实现:
void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(NVIC_PriorityGroup));
/* Set the PRIGROUP[10:8] bits according to NVIC_PriorityGroup value */
SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup;
}查看参数IS_NVIC_PRIORITY_GROUP有效性校验-misc.h
#define NVIC_PriorityGroup_0 ((uint32_t)0x700) /*!< 0 bits for pre-emption priority
4 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_1 ((uint32_t)0x600) /*!< 1 bits for pre-emption priority
3 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_2 ((uint32_t)0x500) /*!< 2 bits for pre-emption priority
2 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_3 ((uint32_t)0x400) /*!< 3 bits for pre-emption priority
1 bits for subpriority */
#define NVIC_PriorityGroup_4 ((uint32_t)0x300) /*!< 4 bits for pre-emption priority
0 bits for subpriority */
#define IS_NVIC_PRIORITY_GROUP(GROUP) (((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_0) || \
((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_1) || \
((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_2) || \
((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_3) || \
((GROUP) == NVIC_PriorityGroup_4))中断分组配置代码:
//配置中断分组为2,即2位抢占优先级和2位响应优先级
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2)6,开启接收中断
stm32f10x_usart.h头文件中找到USART_ITConfig函数声明:
void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState);stm32f10x_usart.c中找到USART_ITConfig函数实现:
void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState)
{
uint32_t usartreg = 0x00, itpos = 0x00, itmask = 0x00;
uint32_t usartxbase = 0x00;
/* Check the parameters */
assert_param(IS_USART_ALL_PERIPH(USARTx));
assert_param(IS_USART_CONFIG_IT(USART_IT));
assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));
/* The CTS interrupt is not available for UART4 and UART5 */
if (USART_IT == USART_IT_CTS)
{
assert_param(IS_USART_123_PERIPH(USARTx));
}
usartxbase = (uint32_t)USARTx;
/* Get the USART register index */
usartreg = (((uint8_t)USART_IT) >> 0x05);
/* Get the interrupt position */
itpos = USART_IT & IT_Mask;
itmask = (((uint32_t)0x01) << itpos);
if (usartreg == 0x01) /* The IT is in CR1 register */
{
usartxbase += 0x0C;
}
else if (usartreg == 0x02) /* The IT is in CR2 register */
{
usartxbase += 0x10;
}
else /* The IT is in CR3 register */
{
usartxbase += 0x14;
}
if (NewState != DISABLE)
{
*(__IO uint32_t*)usartxbase |= itmask;
}
else
{
*(__IO uint32_t*)usartxbase &= ~itmask;
}
}第二个参数USART_IT的有效性校验IS_USART_CONFIG_IT:
stm32f10x_usart.h头文件找到IS_USART_CONFIG_IT声明:
#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)
#define IS_USART_CONFIG_IT(IT) (((IT) == USART_IT_PE) || ((IT) == USART_IT_TXE) || \
((IT) == USART_IT_TC) || ((IT) == USART_IT_RXNE) || \
((IT) == USART_IT_IDLE) || ((IT) == USART_IT_LBD) || \
((IT) == USART_IT_CTS) || ((IT) == USART_IT_ERR))串口1初始化代码:
//打开串口1的接收中断,当串口1接收到数据时会触发此中断
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);6,中断优先级的设置
初始化NVIC,设置中断的抢占优先级和响应优先级
参考:NVIC
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitTypeStrue;
NVIC_InitTypeStrue.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn; // 哪个通道-stm32f10x.h顶层头文件包含参数定义
NVIC_InitTypeStrue.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; // 是否开启中断通道-使能
NVIC_InitTypeStrue.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1; // 抢占优先级
NVIC_InitTypeStrue.NVIC_IRQChannelSubPriority=1; // 响应优先级,子优先级
NVIC_Init(&NVIC_InitTypeStrue);7,编写中断服务函数
格式: USARTx_IRQHandler();
在启动文件startup_stm32f10x_hd.s中找到串口123的中断服务函数
DCD USART1_IRQHandler ; USART1
DCD USART2_IRQHandler ; USART2
DCD USART3_IRQHandler ; USART3中断服务函数代码
void USART1_IRQHandler(void){
u8 res;
//判断中断类型
//参数1:哪个串口 参数2:中断类型
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE)){//接收数据中断
res = USART_ReceiveData(USART1);//读取串口1接收到的数据
//回发
USART_SendData(USART1, res);
}
}八，串口程序完整代码
USER文件夹新建main.c函数:
#include "stm32f10x.h"
// 主函数
int main(void)
{
// 设置中断优先级分组位2 - 2位抢占2位相应
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
// 调用函数 初始化USART1相关引脚配置
My_USART1_Init();
while(1);
}
// 串口初始化函数
void My_USART1_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStrue;
USART_InitTypeDef USART_InitStrue;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStrue;
// 1,使能GPIOA,USART1时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
// 2,设置PGIO工作模式-PA9 PA10复用为串口1
GPIO_InitStrue.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStrue.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStrue.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStrue);
GPIO_InitStrue.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_InitStrue.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStrue.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStrue);
// 3,串口1初始化配置
USART_InitStrue.USART_BaudRate=115200;
USART_InitStrue.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStrue.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx;
USART_InitStrue.USART_Parity=USART_Parity_No;
USART_InitStrue.USART_StopBits=USART_StopBits_1;
USART_InitStrue.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;
USART_Init(USART1,&USART_InitStrue);
// 4,打开串口1
USART_Cmd(USART1,ENABLE);
// 5,使能串口1中断-接收数据完成中断
USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
// 6,设置中断优先级-主函数中设置中断优先级分组
NVIC_InitStrue.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;
NVIC_InitStrue.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_InitStrue.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
NVIC_InitStrue.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
NVIC_Init(&NVIC_InitStrue);
}
// 中断服务函数
void USART1_IRQHandler(void)
{
u8 res;
if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE))// 接收到数据
{
res= USART_ReceiveData(USART1); // 获得串口1接收到的数据
USART_SendData(USART1,res); // 通过串口1发送数据
}
}以上代码实现:
电脑通过串口助手发送数据给单片机
单片机接收数据进入接收数据串口中断
读取DR寄存器中接收到的数据
将接收到的数据再通过串口回写给电脑