stm32串口通信实验

STM32F1 串口简介
串口作为 MCU 的重要外部接口，同时也是软件开发重要的调试手段，其重要性不言而喻。
现在基本上所有的 MCU 都会带有串口，STM32 自然也不例外。
STM32 的串口资源相当丰富的，功能也相当强劲。ALIENTEK 战舰 STM32 开发板所使用
的 STM32F103ZET6 最多可提供 5 路串口，有分数波特率发生器、支持同步单线通信和半双工
单线通讯、支持 LIN、支持调制解调器操作、智能卡协议和 IrDA SIR ENDEC 规范、具有 DMA
等。
5.3 节对串口有过简单的介绍，接下来我们将从寄存器层面，告诉你如何设置串口，以达到
我们最基本的通信功能。本章，我们将实现利用串口 1 不停的打印信息到电脑上，同时接收从
串口发过来的数据，把发送过来的数据直接送回给电脑。战舰 STM32 开发板板载了 1 个 USB
串口和 2 个 RS232 串口，我们本章介绍的是通过 USB 串口和电脑通信。
串口最基本的设置，就是波特率的设置。STM32 的串口使用起来还是蛮简单的，只要你开
启了串口时钟，并设置相应 IO 口的模式，然后配置一下波特率，数据位长度，奇偶校验位等
信息，就可以使用了，详见 5.3.2 节。下面，我们就简单介绍下这几个与串口基本配置直接相关
的寄存器。
1，串口时钟使能。串口作为 STM32 的一个外设，其时钟由外设时钟使能寄存器控制，这
里我们使用的串口1是在APB2ENR寄存器的第14位。APB2ENR寄存器在之前已经介绍过了，
这里不再介绍。只是说明一点，就是除了串口 1 的时钟使能在 APB2ENR 寄存器，其他串口的
时钟使能位都在 APB1ENR 寄存器。
2，串口复位。当外设出现异常的时候可以通过复位寄存器里面的对应位设置，实现该外设
的复位，然后重新配置这个外设达到让其重新工作的目的。一般在系统刚开始配置外设的时候，
都会先执行复位该外设的操作。串口 1 的复位是通过配置 APB2RSTR 寄存器的第 14 位来实现
的。APB2RSTR 寄存器的各位描述如图 9.1.1 所示：
图 9.1.1 APB2RSTR 寄存器各位描述
从图9.1.1可知串口1的复位设置位在APB2RSTR的第14位。通过向该位写1复位串口1，
写 0 结束复位。其他串口的复位位在 APB1RSTR 里面。
3，串口波特率设置。在 5.3.2 节，我们已经介绍过了，每个串口都有一个自己独立的波特
率寄存器 USART_BRR，通过设置该寄存器就可以达到配置不同波特率的目的。具体实现方法，
请参考 5.3.2 节。
4，串口控制。STM32 的每个串口都有 3 个控制寄存器 USART_CR1~3，串口的很多配置
都是通过这 3 个寄存器来设置的。这里我们只要用到 USART_CR1 就可以实现我们的功能了，
该寄存器的各位描述如图 9.1.2 所示：
ALIENTEK 战舰 STM32F103 V3 开发板教程
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STM32 F1 开发指南( ( 寄存器 版) )
图 9.1.2 USART_CR 寄存器各位描述
该寄存器的高 18 位没有用到，低 14 位用于串口的功能设置。UE 为串口使能位，通过该
位置 1，以使能串口。M 为字长选择位，当该位为 0 的时候设置串口为 8 个字长外加 n 个停止
位，停止位的个数（n）是根据 USART_CR2 的[13:12]位设置来决定的，默认为 0。PCE 为校验
使能位，设置为 0，则禁止校验，否则使能校验。PS 为校验位选择，设置为 0 则为偶校验，否
则为奇校验。TXIE 为发送缓冲区空中断使能位，设置该位为 1，当 USART_SR 中的 TXE 位为
1 时，将产生串口中断。TCIE 为发送完成中断使能位，设置该位为 1，当 USART_SR 中的 TC
位为 1 时，将产生串口中断。RXNEIE 为接收缓冲区非空中断使能，设置该位为 1，当 USART_SR
中的 ORE 或者 RXNE 位为 1 时，将产生串口中断。TE 为发送使能位，设置为 1，将开启串口
的发送功能。RE 为接收使能位，用法同 TE。
其他位的设置，这里就不一一列出来了，大家可以参考《STM32 中文参考手册》第 542 页
有详细介绍，在这里我们就不列出来了。
5，数据发送与接收。STM32 的发送与接收是通过数据寄存器 USART_DR 来实现的，这是
一个双寄存器，包含了 TDR 和 RDR。当向该寄存器写数据的时候，串口就会自动发送，当收
到数据的时候，也是存在该寄存器内。该寄存器的各位描述如图 9.1.3 所示：
图 9.1.3 USART_DR 寄存器各位描述
可以看出，虽然是一个 32 位寄存器，但是只用了低 9 位（DR[8：0]），其他都是保留。
DR[8：0]为串口数据，包含了发送或接收的数据。由于它是由两个寄存器组成的，一个给
发送用(TDR)，一个给接收用(RDR)，该寄存器兼具读和写的功能。TDR 寄存器提供了内部总
线和输出移位寄存器之间的并行接口。RDR 寄存器提供了输入移位寄存器和内部总线之间的并
行接口。
当使能校验位(USART_CR1 中 PCE 位被置位)进行发送时，写到 MSB 的值(根据数据的长
度不同，MSB 是第 7 位或者第 8 位)会被后来的校验位取代。
当使能校验位进行接收时，读到的 MSB 位是接收到的校验位。
6，串口状态。串口的状态可以通过状态寄存器 USART_SR 读取。USART_SR 的各位描述
如图 9.1.4 所示：
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图 9.1.4 USART_SR 寄存器各位描述
这里我们关注一下两个位，第 5、6 位 RXNE 和 TC。
RXNE（读数据寄存器非空），当该位被置 1 的时候，就是提示已经有数据被接收到了，并
且可以读出来了。这时候我们要做的就是尽快去读取 USART_DR，通过读 USART_DR 可以将
该位清零，也可以向该位写 0，直接清除。
TC（发送完成），当该位被置位的时候，表示 USART_DR 内的数据已经被发送完成了。如
果设置了这个位的中断，则会产生中断。该位也有两种清零方式：1）读 USART_SR，写
USART_DR。2）直接向该位写 0。
通过以上一些寄存器的操作外加一下 IO 口的配置，我们就可以达到串口最基本的配置了，
关于串口更详细的介绍，请参考《STM32 中文参考手册》第 516 页至 548 页，通用同步异步收
发器一章。
9.2 硬件 设计
本实验需要用到的硬件资源有：
1） 指示灯 DS0
2） 串口 1
串口 1 之前还没有介绍过，本实验用到的串口 1 与 USB 串口并没有在 PCB 上连接在一起，
需要通过跳线帽来连接一下。这里我们把 P4 的 RXD 和 TXD 用跳线帽与 PA9 和 PA10 连接起
来。如图 9.2.1 所示：
图 9.2.1 硬件连接图示意图
连接上这里之后，我们在硬件上就设置完成了，可以开始软件设计了。
9.3 软件 设计
本章的代码设计，比前两章简单很多，因为我们的串口初始化代码和接收代码就是用我们
之前介绍的 SYSTEM 文件夹下的串口部分的内容。这里我们对代码部分稍作讲解。
打开上一章的TEST工程，因为本章我们用不到按键和蜂鸣器等功能，所以把key.c和beep.c
从工程HARDWARE 组里面删除，删除方法（下同）：光标放 key.c 上右键Remove File
‘key.c’即可删除（beep.c 删除方法一样），从减少工程代码量，后续我们也将这样，仅留下必
须的.c 文件，无关的.c 文件尽量删掉，从而节省空间，加快编译速度。
然后在 SYSTEM 组下双击 usart.c，我们就可以看到该文件里面的代码，先介绍 uart_init 函
数，该函数代码如下：
//初始化 IO 串口 1
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//pclk2:PCLK2 时钟频率(Mhz)
//bound:波特率
void uart_init(u32 pclk2,u32 bound)
{
float temp;
u16 mantissa;
u16 fraction;
temp=(float)(pclk21000000)/(bound16);//得到 USARTDIV
mantissa=temp; //得到整数部分
fraction=(temp-mantissa)*16; //得到小数部分
mantissa<<=4;
mantissa+=fraction;
RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能 PORTA 口时钟
RCC->APB2ENR|=1<<14; //使能串口时钟
GPIOA->CRH&=0XFFFFF00F;//IO 状态设置
GPIOA->CRH|=0X000008B0;//IO 状态设置
RCC->APB2RSTR|=1<<14; //复位串口 1
RCC->APB2RSTR&=~(1<<14);//停止复位
//波特率设置
USART1->BRR=mantissa; // 波特率设置
USART1->CR1|=0X200C; //1 位停止,无校验位.
#if EN_USART1_RX //如果使能了接收
//使能接收中断
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
}
从该代码可以看出，其初始化串口的过程，和我们前面介绍的一致。先计算得到
USART1->BRR 的内容。然后开始初始化串口引脚，然之后设置波特率和奇偶校验等。
这里需要注意一点，因为我们使用到了串口的中断接收，必须在 usart.h 里面设置
EN_USART1_RX 为 1 （默认设置就是 1 的）。该函数才会配置中断使能，以及开启串口 1 的 NVIC
中断。这里我们把串口 1 中断放在组 2，优先级设置为组 2 里面的最低。
串口 1 的中断服务函数 USART1_IRQHandler，在 5.3.1 已经有详细介绍了，这里我们就不
再介绍了。
介绍完了这两个函数，我们回到 test.c，在 test.c 里面编写如下代码：
#include “sys.h”
#include “delay.h”
#include “usart.h”
#include “led.h”
int main(void)
{
u16 t; u16 len; u16 times=0;
Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置
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uart_init(72,115200); //串口初始化为 115200
delay_init(72); //延时初始化
LED_Init(); //初始化与 LED 连接的硬件接口
while(1)
{
if(USART_RX_STA&0x8000)
{
len=USART_RX_STA&0x3FFF;//得到此次接收到的数据长度
printf("\r\n 您发送的消息为:\r\n\r\n");
for(t=0;t {
USART1->DR=USART_RX_BUF[t];
while((USART1->SR&0X40)0);//等待发送结束
}
printf("\r\n\r\n");//插入换行
USART_RX_STA=0;
}else
{
times++;
if(times%50000)
{
printf("\r\n 战舰 STM32 开发板 串口实验\r\n");
printf(“正点原子@ALIENTEK\r\n\r\n”);
}
if(times%2000)printf(“请输入数据,以回车键结束\r\n”);
if(times%300)LED0=!LED0;//闪烁 LED,提示系统正在运行.
delay_ms(10);
}
}
}
这段代码比较简单，重点看下以下两句：
USART1->DR=USART_RX_BUF[t];
while((USART1->SR&0X40)==0);//等待发送结束
第一句，其实就是发送一个字节到串口，通过直接操作寄存器来实现的。第二句呢，就是
我们在写了一个字节在 USART1->DR 之后，要检测这个数据是否已经被发送完成了，通过检测
USART1->SR 的第 6 位，是否为 1 来决定是否可以开始第二个字节的发送。
其他的代码比较简单，大家看注释即可。然后，我们执行编译操作看看有没有错误，没有
错误就可以开始仿真与调试了。整个工程的编译结果如图 9.3.1 所示：
图 9.3.1 编译结果
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可以看到，编译没有任何错误和警告，下面我们可以开始下载验证了。