【通信专栏】一：STM32单片机串口通信（usart/uart）

在开始学写STM32串口通信的代码实现前，首先先了解一下两块芯片之间通信的分类，按照数据传输方式可以分为

• 并行通信：数据各个位同时传输，速度快，占用引脚资源多
• 串行通信：数据按位传输，速度较慢，占用引脚资源少
  按照数据传送的方向，可以分为
• 单工：只支持数据在一个方向上传输
• 半双工：允许数据在两个方向上传输，但在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信。
• 全双工：允许数据同时在两个方向上传输，因此全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。

串口通信就是一种串行全双工通信方式，而串行通信又可分为

• 同步通信：带时钟同步信号传输（如SPI , IIC通信接口）
• 异步通信：不带时钟同步信号（UART，单总线）
  
  我们的串口通信分两种
• UART：通用异步收发器(universal asynchronous receiver transmitters)
• USART：通用同步异步收发器(universal synchronous/asynchronous receiver transmitters)

这两个的区别还是很明显的，uart仅能实现异步收发，引脚也仅需发送(TX)，接收(RX)，而usart既可以实现异步收发，也可以实现同步收发，在选择使用异步收发时，它与uart是毫无区别的，但当使用同步收发时，还需要在TX，RX的基础上添加一条时钟信号（CK）。

从上图(来自STM32F103RCT6芯片数据手册)我们可以知道STM32F103系列的芯片有三个USART串口以及两个UART串口，它们的引脚为

异步串口通信协议

由上图协议我们可以知道，异步串口通信需要四个参数：

• 字长，每次发送的数据长度，一般为8位的字节
• 波特率，每秒传输的数据位数
• 奇偶校验位
• 停止位

STM32串口上述的四个参数的配置可以在串口初始化结构体内进行配置：

上图上部分为对结构体的数据填充，前部分则将填充的数据进行初始化。对于串口的整体初始化流程我们便不多说了，大体分为以下几个步骤：

1. 串口时钟使能，GPIO时钟使能
2. GPIO端口模式设置
3. 串口参数初始化：USART_Init();
4. 开启中断并且初始化NVIC（如果需要开启中断才需要这个步骤）
5. 使能串口

如下图：

在串口初始化完成以后，我们便要进行数据收发的处理了，STM32的这部分函数写在了串口中断服务函数中：

在理解上图程序前，我们先了解下串口数据收发的过程：

在数据发送过程中，1：首先由MCU内核将要发送的字节写入到输出数据缓冲器（TDR），2：TDR会适时的将数据加载到串行输出移位寄存器，3：然后再经由TX串口线，将数据一位一位的发送出去。而数据接收则与此过程相反。
在上述过程中，会产生两个事件（事件可以在状态寄存器中查询到）：

• 当数据从TDR转移到移位寄存器时（也就是步2），会产生TDR已空事件TXE
• 当数据从移位寄存器全部发送出去时，会产生数据发送完成事件TC

了解了这些我们便可以理解上面的串口中断服务函数了。

串口中断服务函数详解（STM32F103RCT6芯片的串口1）

在usart.h文件中：

定义了一个最大200字节的u8类型的数组以及一个接收状态标位USART_RX_STA，该标志位相当于一个虚拟的寄存器：

在正点原子的串口1协议里，需要每次发送的数据（长度小于200字节的一段话）需要以回车换行结束，这种协议符合我们键盘使用习惯，但当我们自己编写自己的通信协议时并不需拘泥于此，完全可以按照自己的需要来编写，例如每个数据开头都以0XAA开始，结尾都以0X00结束。

串口中断是一个字节一个字节的进行接收的（且字节长度按照我们所设定为8位），在数据接收过程中，每接收到一个非0X0D或0X0A的字节时，便会将该字节存入到200长度的数组USART_RX_BUF[ ] 中，且虚拟寄存器 USART_RX_STA加1（也相当于其13-0位加1）：

当接收到0X0D时，则会

即将寄存器USART_RX_STA的第14位置为1，表示接收到0X0D，如果对上图中的按位或操作不理解，可以参看
【通信专栏】附录一：单片机C语言基础/逻辑运算/按位运算/结构体/宏定义
当接收到0X0D后，并不会把0X0D写入到数组USART_RX_BUF中，而是检测下一个字节是否为0X0A：

若不是，将会将寄存器USART_RX_STA清零，否则将通过USART_RX_STA|=0x8000这一句将寄存器第15位 置1，表示接收完毕。

到此为止我们便接收完一句话了，接完之后应该将寄存器USART_RX_STA清零，正点原子的代码把清零这一步放到了主程序的循环中：

到此我们就已经可以使用串口进行数据的接收或者发送了，最为最基础的，也是最简单的一种通信方式，值得深入反复学习一下。