STM32之USART串口通信

Good Good Study，Day Day Up！！！

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今天写一下关于串口通信的内容，实现的是串口助手向单片机发送信息，并显示到LCD上。

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明确几点：

• USART通信中我们大多采用异步通信；
• 异步通信的通信内容是数据帧，以波特率为媒介进行通信，所以通信时一定要保证通信双方的波特率一致！！！
• 波特率表示每秒发送一位二进制数的速率，常用的通信波特率有：2400、4800、9600、115200；
• 数据帧的格式是：起始位（0表示开始发送）+数据位（8位）+奇偶校验位+停止位（1表示数据发送完毕）；

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来看原理图：

可以看到有两个串口，那么我们再来分别看一下这两个串口在电路图中是怎么连接的：

我们可以看到串口1的通信引脚是接在RS232的接口上的，这种接口一般不是很常用，我们经常使用的接口应该都是USB接口，所以我们不用串口1来进行通信。再来看一下串口2：

串口2连接USB接口，所以我们利用串口2（USART2）来进行串口通信，那么我们就用到PA2（数据发送引脚）和PA3（数据接收引脚）这两个引脚。

下面我们来看一下USART的配置流程：使能时钟+配置相关引脚->配置时钟相关参数->时钟中断配置->时钟使能+中断使能
我们来按照步骤一步一步配置：

• 使能时钟（GPIOA和USART2）+配置相关引脚（PA2和PA3）
  这里要注意的是：

1. TXD（PA2）的引脚模式要配置为复用推挽输出模式，RXD（PA3）要配置为浮空输入模式；
2. 只有输出引脚（PA2）需要配置输出速率；
3. GPIOA是挂接在APB2的总线上的，USART2是挂接在APB1通信总线上的。

//使能GPIOA和USART2时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA ,ENABLE);

//RXD-PA3 设置为浮空模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

//TXD-PA2 设置为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

• 配置时钟相关参数
  时钟参数包括：波特率、数据长度、停止位数、校验位、模式、硬件控制流；
  这些参数我们同样可以在库函数（stm32f10x_usart.h）中找到相关定义：
  
  代码：

//USART2的配置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//设置波特率为9600
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//设置数据长度为8位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//设置停止位数为1
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//不设置奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//禁用硬件流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//串口模式选择发送使能和接收使能
USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);//初始化USART2

做几点说明：

1. 关于数据长度：可设置为8位数据模式也可设置为9位数据模式；
   
2. 停止位数：可设置为1位-2位；
   
3. 奇偶校验位：
   
4. 硬件流控制：
   依次是：硬件控制流失能、发送请求RTS使能、清除发送CTS使能、PTS和CTS使能
   
5. 串口模式：
   

• 时钟中断配置（中断优先级配置）
  与定时器中断优先级配置类似，这里不做详细说明：

//USART2的中断优先级配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;//选择USART2通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//抢占优先级为0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;//响应优先级为0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//使能通道
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//调用初始化函数

• 时钟使能+中断使能
  也就是开启外设和中断，与定时器配置部分相类似：

USART_Cmd(USART2, ENABLE);//开启USART2
USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启USART2接收中断

这里要注意一点：这里只能使能串口接收中断！！！发送中断在数据发送前使能，数据发送完毕后就要关闭！！！
总的串口初始化程序：

void USART2_Init(void)
{
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	
	//开启GPIOA和USART2时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA ,ENABLE);
	
	//USART2的中断优先级配置
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;//选择USART2通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//抢占优先级为0
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;//响应优先级为0
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//使能通道
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//调用初始化函数
	
	//RXD-PA3 设置为浮空模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	//TXD-PA2 设置为推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	//USART2的配置
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//设置波特率为9600
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//设置数据长度为8位
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//设置停止位数为1
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//不设置奇偶校验位
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//禁用硬件流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//串口模式选择发送使能和接收使能
	USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);//初始化USART2
	
	USART_Cmd(USART2, ENABLE);//开启USART2
	USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启USART2接收中断
	
}

初始化串口之后，我们还要写一个串口发送数据的函数：

void USART2_SendString(u8 *str)
{
	u8 index = 0;
	
	while(str[index++] != 0)
	{
		USART_SendData(USART2, str[index-1]);//发送一个字节的数据，注意这里是index-1！，如果是index则不能显示第一个字符！！！
		while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == 0);//数据发送结束（TXE为1）则跳出循环
		index++;
	}
}

这里涉及到了标志位的问题，我们怎么判断一帧数据发送完了呢？
我们先来了解一下发送数据的流程：内部总线->TDR数据寄存器->发送移位寄存器->TXD引脚输出；这里的发送移位寄存器可以理解为一个数据的中转站，一帧的数据会先由数据寄存器送达中转站，然后再输出，这时我们的TDR寄存器是空的，那么就会产生一个标志位（TXE = 1），表明我们可以发送下一帧的数据，这个TXE就是硬件设置的TXD为空的标志，我们也可以看一下这个引脚的功能：

读数据的流程与发送数据的流程相类似，用到的标志位是RXNE，从下面的图片中我们可以看到当RXNE为1时，表示数据接收到了，那么我们在写接收数据的函数时肯定也是在这种情况下进行操作的；

明白了上面的内容，我们也就能理解下面这行代码的意思了：

while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == 0);//数据发送结束（TXE为1）则跳出循环

当TXE为0时，表明这一帧数据没有发送完，那么我们就一直在while循环内执行，直到这一帧数据完全发送到移位寄存器（即TXE = 1）；

发送完数据我们肯定还要接收数据啊，接收数据是利用串口中断来接收的，所以我们还要在stm32f10x_it.c文件中编写一个USART中断服务函数：
NOTICE！！！stm32的中断服务函数是有特定的名称的，我们编写的中断服务函数必须与这个名称一致才可以，否则就会报错！！！我们用到的是串口2，所以要编写串口2的中断服务函数：（void USART2_IRQHandler(void)）

void USART2_IRQHandler(void)
{
	u16 tmp;
	
	if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) == 1)//检测接收中断标志位，RXNE为1表示接收到了数据
	{
		USART_ClearITPendingBit(USART2, USART_IT_RXNE);//清除中断标志位（即清除RXNE）
		tmp = USART_ReceiveData(USART2);//读取串口2的数据
		if(tmp == '\n')//‘/n’表示本次读取结束
		{
			RxdBuf[RxdCnt-1] = 0;//避免\r显示在LCD发生的乱码
			RxdCnt = 0;//读取结束清RxdCnt
			RxdOver = 1;//本次数据读取结束标志置1
			USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, DISABLE);//接收完毕后关闭，防止处理过程发生干扰。
		}
		else
		{
			RxdBuf[RxdCnt++] = tmp;//将读取到的数据存到RXDBuf中
		}
	}
}

主函数：

#include "stm32f10x.h"
#include "lcd.h"
#include "usart2.h"

u32 TimingDelay = 0;
u8 RxdCnt = 0;//用来计数读取到的字节数
u8 RxdOver = 0;//读取数据是否结束：0-未结束，1-结束
u8 RxdBuf[20];//存储读到的数据

void Delay_Ms(u32 nTime);

//Main Body
int main(void)
{
    u8 i;
    
	STM3210B_LCD_Init();
	LCD_Clear(Blue);
	LCD_SetBackColor(Blue);
	LCD_SetTextColor(White);
	
	SysTick_Config(SystemCoreClock/1000);

    USART2_Init();//串口初始化
    
	while(1)
    {
        if(RxdOver)
		{
			RxdOver = 0;
			LCD_ClearLine(Line5);//清除LCD的对应行
			LCD_DisplayStringLine(Line5, RxdBuf);
			USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);//接收的数据处理完毕后打开接收中断
			for(i=0; i<20; i++)//清空缓冲区
				RxdBuf[i] = 0;
		}
    }

}

//
void Delay_Ms(u32 nTime)
{
	TimingDelay = nTime;
	while(TimingDelay != 0);	
}

这段代码实现的功能是：利用串口助手向单片机发送数据，数据可显示到LCD上，关于LCD的部分，我是直接用蓝桥嵌入式里面的液晶显示例程来建工程的，emmm，LCD的部分我暂时还没有学到。

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