STM32F407串口学习

一、基础知识：

串行通信的通信方式：

1. 同步通信：带时钟同步信号的信息传输-SPI、IIC通信接口
2. 异步通信：不带时钟同步信号的信息传输-UART(通用异步收发器)、单总线

STM32F4的串行通信接口

1. UART-通用异步收发器
2. USART-通用同步异步收发器

常见串行通信接口

通信标准	引脚说明	通信方式	通信方向
UART (通用异步收发器)	TXD:发送端 RXD:接受端 GND:公共地	异步通信	全双工
单总线 （1-wire)	DQ:发送/接受端	异步通信	半双工
SPI	SCK:同步时钟 MISO:主机输入，从机输出 MOSI:主机输出，从机输入	同步通信	全双工
I2C	SCL:同步时钟 SDA:数据输入/输出端	同步通信	半双工

STM32F4的通信引脚（适用于STM32F407ZGT6）

串口号	RXD	TXD
1	PA10(PB7)	PA9（PB6)
2	PA3(PD6)	PA2(PD5)
3	PB11(PC11/PD9)	PB10(PC10/PD8)
4	PC11(PA1)	PC10(PA0)
5	PD2	PC12
6	PC7(PG9)	PC6(PG14)

STM32F4异步通信方式特点：

1. 全双工异步通信。
2. 小数波特率发生器系统，提供精确的波特率。
3. 可配置的16倍过采样或8倍过采样，因而为速度容差与时钟容差的灵活配置提供了可能。
4. 可编程的数据字长度（8位或者9位）；
5. 可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；
6. 可配置的使用DMA多缓冲器通信。
7. 单独的发送器和接收器使能位。
8. 检测标志：① 接受缓冲器  ②发送缓冲器空 ③传输结束标志
9. 多个带标志的中断源。触发中断。
10. 其他：校验控制，四个错误检测标志。

STM32F4串口通信过程：

二、STM32F4串口通信的基本设置：（时钟使能、IO口设置、波特率设置等）

正常模式下：需要RX和TX引脚，并作如下配置

• 发送或接收前保持线路空闲
• 数据（字长8位或9位），最低位在前
• 用于指示数据帧已经传输完成的0.5个、1个、1.5个、2个停止位
• 小数波特率发生器-带12位尾数和4位小数
• 状态寄存器-USART_SR
• 数据寄存器-USART_DR
• 波特率寄存器-USART_BRR
• 智能卡模式下的保护时间寄存器-USART_GTPR

同步模式下需要连接SCLK引脚：该引脚用于输出发送器的数据时钟，以便按照SPI主模式进行同步发送。

空闲字符：整个帧周期内电平均为1（停止位电平也为1）

停止字符：一个帧周期内接收到的电平均为0

发送和接收由通用波特率发生器驱动。发送器和接收器的使能位分别置1时将生成相应的发送时钟和接收时钟。

发送器：发送器可以发送8位或9位的数据字，具体取决于M位的状态。发送使能位TE置1时，发送移位寄存器的数据在TX引脚输出，相应的时钟脉冲在SCLK引脚输出。

字符发送：每个字符前都有一个起始位，其逻辑电平在一个周期内均为低电平，字符由可配置数量的停止位停止。

配置步骤：

1. 使能USART-配置控制寄存器USART_CR1中的UE位为1(USART->CR1|=1<<13)
2. 配置控制寄存器USART_CR1中的M位选择字长
3. 配置控制寄存器USART_CR2中的STOP位选择停止位长度
4. 如果需要进行多缓冲区通信则还需要配置USART_CR3中的DMA使能
5. 配置波特率寄存器USART_BRR,设置数据的传输速率
6. 将USART_CR1中的TE位置1以便在数据首次发送时发送一个空闲帧（USART->CR1|=1<<3）
7. 在USART_DR数据寄存器中写入要发送的数据（该操作将清零TXE位-该位为1则说明数据寄存器中的数据已经传输到了移位寄存器中，并开始一位一位的通过TX引脚向外部传输，此时USART_DR寄存器中可以开始写入下一个数据而不会覆盖之前的数据。如果移位寄存器中的数据发送完成且TXE位为1则TC为会置1，表明一帧数据已传输完成），每个单缓冲模式下的发送数据都需要这个步骤重复

接收器：USART可以接收8位或9位的数据

起始位检测：16倍或8倍过采样时，起始位检测序列相同。在USRAT中检测到特定序列的采样时会检测到起始位。

字符接收：USART接收期间，首先通过RX引脚移入数据的最低有效位

配置步骤：

1. 使能USART-配置控制寄存器USART_CR1中的UE位为1(USART->CR1|=1<<13)
2. 配置控制寄存器USART_CR1中的M位确定字长
3. 配置控制寄存器USART_CR2中的STOP位选择停止位长度
4. 如果需要进行多缓冲区通信则还需要配置USART_CR3中的DMA使能
5. 配置波特率寄存器USART_BRR,设置数据的传输速率
6. 将USART_CR1中的RE位置1，之后接收器开始搜索起始位
7. 如果接收到的数据已经由移位寄存器传输到了USART_DR中则状态寄存器USART_SR中的RXNE位会被置1，

小数波特率生成：对USARTDIV的尾数值和小数值进行编程时，接收器和发送器（RX和TX）的波特率均设置为相同值

公式一：适用于标准USART(包括SPI模式)的波特率

               

公式二：适用于智能卡、LIN和IrDA模式下的波特率

                           

USARTDIV是一个存放在USART_BRR寄存器中的无符号定点数

• 当OVER8=0时是16倍过采样，小数编码部分为4位
• 当OVER8=1时是8倍过采样，小数编码部分为3位

 

串口模式配置：

USART模式	USART1	USART2	USART3	USART4	USART5	USART6
异步模式	支持	支持	支持	支持	支持	支持
硬件流模式	支持	支持	支持	不支持	不支持	支持
多缓冲区通信	支持	支持	支持	支持	支持	支持
多处理器通信	支持	支持	支持	支持	支持	支持
同步	支持	支持	支持	不支持	不支持	支持
智能卡	支持	支持	支持	不支持	不支持	支持
半双工	支持	支持	支持	支持	支持	支持
IrDA	支持	支持	支持	支持	支持	支持
LIN	支持	支持	支持	支持	支持	支持

串口通信的实例设置：

1. 串口时钟使能：

串口作为STM32F4的一个外设，其时钟由外设时钟使能寄存器控制

串口号	时钟寄存器	使能命令
USART1	RCC_APB2ENR	RCC->APB2ENR|=1<<4
USART2	RCC_APB1ENR	RCC->APB1ENR|=1<<17
USART3	RCC_APB1ENR	RCC->APB1ENR|=1<<18
USART4	RCC_APB1ENR	RCC->APB1ENR|=1<<19
USART5	RCC_APB1ENR	RCC->APB1ENR|=1<<20
USART6	RCC_APB2ENR	RCC->APB2ENR|=1<< 5

1. 串口波特率设置：

通过给波特率寄存器赋值直接设置串口波特率,RCC->BRR=arr;

1. 串口控制：

通过串口控制寄存器RCC_CR1对串口进行相应的设置：

UE:置1使能USART,该位为0则USART预分频器和输出将停止

M:设定字长（0：1起始位，8数据位，n停止位；1：1起始位，9数据位，n停止位；）

OVER:采样模式设置（0:16倍过采样；1:8倍过采样）

RXNEIE:

TE:发送使能位

RE:接收使能位

1. 数据接收与发送：

STM32F4的发送与接收是通过数据寄存器USART_DR来实现的，是一个双寄存器包含了TDR和RDR

1. 串口状态：

串口状态通过串口状态寄存器获得，RXNE(读数据寄存器非空)该位为1时说明数据已经被接收到了USART_DR中，可以读取出来。

TC（发送完成）该位被置1说明USART_DR中的数据已经发送完成了。

三、设置例程

void uart_init(u32 pclk2,u32 bound)

{    

float temp;

u16 mantissa;

u16 fraction;    

temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);//得到USARTDIV@OVER8=0

mantissa=temp;  //得到整数部分

fraction=(temp-mantissa)*16; //得到小数部分@OVER8=0

    mantissa<<=4;

mantissa+=fraction;

RCC->AHB1ENR|=1<<0;    //使能PORTA口时钟  

RCC->APB2ENR|=1<<4;   //使能串口1时钟

GPIO_Set(GPIOA,PIN9|PIN10,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_50M,GPIO_PUPD_PU);//PA9,PA10,复用功能,上拉输出

  GPIO_AF_Set(GPIOA,9,7); //PA9,AF7

GPIO_AF_Set(GPIOA,10,7);//PA10,AF7      

//波特率设置

  USART1->BRR=mantissa; //波特率设置  

USART1->CR1&=~(1<<15); //设置OVER8=0

USART1->CR1|=1<<3;   //串口发送使能

#if EN_USART1_RX    //如果使能了接收

//使能接收中断

USART1->CR1|=1<<2;   //串口接收使能

USART1->CR1|=1<<5;     //接收缓冲区非空中断使能     

MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQn,2);//组2，最低优先级

#endif

USART1->CR1|=1<<13;   //串口使能

}