STM32 串口

USART 通信协议

  所谓协议，就是一种交换信息的规定。想要传输信息，必须按照一定的规则才能识别。USART是串行，全双工，异步通信。

RS-232与TTL电平

TTL: 0~3.3/5V 一般芯片输出的都是TTL；
RS-232：-15~15V,但-15V对应逻辑1，+15V对应逻辑0。主要用于工业设备的通信，高的电平差有较高的容错能力。

USB转串口 ：电平转换芯片有CH340，PL2303，CP2102；需要安装驱动。指南者上的是CH340，通过跳帽连接USART1；

串口通信数据包组成

起始位：一个逻辑0表示
结束位：一般由一个1个逻辑1表示，也可选择其他方式。
有效数据位：数据位后面就是数据位，stm32中为9个位。
校验位：可以使用校验来提高稳定性。

1. 偶校验：添加校验位后，校验位和有效数据位的1有偶数个。
2. 奇校验：添加校验位后，校验位和有效数据位的1有奇数个。

USART功能框图讲解

引脚

TX：数据发送。
RX：数据接收。
SCLK：时钟，仅同步通信使用（一般使用异步）
nRTS: 请求发送
nCTS: 允许发送
这些引脚外设可以在数据手册 3 Pinouts and pin descriptions 查到，下面是VET6芯片的引脚总结。
这里列出的是串口复用功能的默认端口，在重映射下，这些功能可以对应其他端口，这样同样可以在数据手册这一章查到。在参考手册 8.3 有更集中的总结。

注意这里只有USART1是挂在在APB2总线下的，其于串口在APB1总线下，打开时钟的时候需要注意。

寄存器

状态寄存器(USART_SR)

  其反应了发送过程中，发送状态的改变

数据寄存器(USART_DR)

  9位有效，其包含一个发送数据寄存器TDR和接收数据寄存器RDR。

控制寄存器(USART_CR)

  一共有3个控制寄存器，这三个寄存器完成对USART通信模式的控制，如使能，字长，校验等。并且其中有对发送和接收中断的配置。
  发送时，起始的配置位有 CR1 的 UE,TE,RE 位。

波特比率寄存器(USART_BRR)

配置波特率，这个配置需要配置整数和小数部分。这样是因为配置波特率的公式中需要用到小数。
  stm32波特率计算公式是：
$$baud=\frac{f_{CK}}{16\ast USARTDIV}$$
$baud$是波特率，$f_{CK}$是时钟频率，$USARTDIV$就是要配置寄存器写入值
如：想要波特率为115200，配置时钟为72M，可以算出，USARTDIV=39.0625。
  如何配置呢？对于整数部分，直接写入39，16进制为0x17。
  对于小数，寄存器中留有四个二进制位，可以表示16个数，也就是1被16等分，0001就表示$\frac{1}{16}$,因此想要得到0.625，就应该写入0.625/$\frac{1}{16}$=0x01。如果为0.1875，0.1875/$\frac{1}{16}$=0x03。
  最终，向寄存器写入0x171表示39.0625.若写入0x173则表示39.1875。（注意这里表示为16进制数）

发送过程中寄存器的变化

1. 发送数据
   从CPU或DMA读取数据到TDR，放到发送移位寄存器，一位一位从TX发送出去。
   SR寄存器的 TXE 会置1，表示数据已经移动到移位寄存器。
   发送完成 TC 置1。
2. 接收数据
   数据从 RX传来，接收移位寄存器接收，传给RDR，传给CPU。
   SR寄存器的 RXNE 置1，表示接收到数据可以读取。

固件库编程

结构体

其实真正的寻找应该从函数开始，到结构体。但那样太乱，这先介绍结构体。

初始化结构体 USART_InitTypeDef

typedef struct
{
  uint32_t USART_BaudRate;             //配置波特率

  uint16_t USART_WordLength;           //字长   
  uint16_t USART_StopBits;            //终止位个数

  uint16_t USART_Parity;              //校验位
  uint16_t USART_Mode;               //模式：发送，接收

  uint16_t USART_HardwareFlowControl;  //硬件控制流
} USART_InitTypeDef;

固件库函数

这里列出一些重要的函数。

• USART_Init：初始化串口，其传入了对应串口和初始化结构体，因此配置了结构体中的内容。对应了CR，BRR寄存器的置位。
• USART_Cmd：使能对应串口，对应CR寄存器中的置位操作。
• USART_ITConfig：中断使能，对应CR寄存器中的置位操作。
• USART_SendData，USART_ReceiveData：发送，接收；对应于DR寄存器的操作。
• USART_GetITStatus：获取标志位，对应SR寄存器的操作。

开始编程（一）

两个编程任务，第一实现串口发送；第二，实现接收返回，和串口控制led灯。第一部分完成串口的发送。

初始化

  使用USART接收电脑发送的数据，并且返回这个数据。使用中断完成

GPIO

  因为USART是复用功能，从GPIO原理框图可以看出，必须初始化GPIO。PA9为发送，初始化为推挽输出;PA10为输入，初始化为浮空输入；打开时钟；

static void USART_GPIO_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
}

USART

初始化USART，配置波特率115200，字长8，停止位1，无校验位，无硬件流。
这里注意
USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
这个骚操作，直接把输入和输出模式一起配置了。
注意，最后要使能 USART！

static void USART_Init_Config(void)
{
	USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
	
	USART_InitStruct.USART_BaudRate   = 115200;
	USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_InitStruct.USART_StopBits   = USART_StopBits_1;
	USART_InitStruct.USART_Parity     = USART_Parity_No;
	USART_InitStruct.USART_Mode       = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
	USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	
	USART_Init(USART1,&USART_InitStruct);
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

中断配置

中端的配置为了第二个实验的接收

配置外设中断

USART的中断配置十分简单，一个函数就可以解决。

	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);

对串口1配置，接收中断。

配置中断优先级分组

配置分组为1

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

配置 NVIC 寄存器

这里要注意 NVIC_IRQChannel 这个结构体成员变量可赋值的查找。详细请见STM32 EXTI外部中断小结 配置 NVIC 寄存器 部分。

static void USART_NVIC_Config(void)
{
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);//配置优先级分组
	
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
}

  下面应该写中断配置函数，在中断配置函数中读取输入数据，然后发送回电脑。这部分内容放在实验二，现在先把上面的代码整合一下。

整合配置代码

  这样所有的初始化工作完成，编写一个函数集成上面的函数。

void USART_Config(void)
{
	USART_GPIO_Config();    //配置GPIO端口
	USART_Init_Config();    //配置USART模式
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);  //使能中断，接收中断
	USART_NVIC_Config();    //配置中断管理
}

配置到这里，程序已经可以使得芯片接收数据，并且跳转到中断中了。

发送数据

  为了完成在中断中读取数据和发送数据我们必须编写函数。
  在USART库中有函数 USART_SendData，这个函数实际上已经可以发送一些数据了，这里对其进行包装。使用函数检测是否发送完成。其实这里不用检测。直接使用USART_SendData也可完成这项工作。

void USART_SentByte(USART_TypeDef* pUSARTx, uint8_t data)
{
	USART_SendData(pUSARTx, data);
	while( USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

  函数需要传入USART外设的指针和要发送的数据。
  另外注意。虽然USART_SendData 的第二个参数可以传入16位数据，但实际上只有低8位有效，也就是说，使用一次USART_SendData 只能发送一个字节的数据。
  注意：单片机发出的信号其实是一串二进制码，串口调试助手默认是以ASCII码的方式显示。在keil中，发送的数据也以ASCII码的形式编码。

  这是一张ASCII码对应表，具体可见ASCII码对照表
  如：USART_SentByte(USART1, 0x41)，这里单片机把 0x41 编码为2进制 0100 0001 ，通过串口发送出去，串口调试助手默认把这串二进制码用ASCII解释，显示A。
  如： USART_SentByte(USART1,‘A’) ,这里keil把 A 按ASCII码编码为0100 0001，通过串口发送出去，串口调试助手认把这串二进制码用ASCII解释，显示A。但如果选中16进制显示，则会显示FF41。
  因为只能发送一个字节，我们在编写一个可以发送两个字节。

void USART_Sent2Byte(USART_TypeDef* pUSARTx, uint16_t data)
{
	uint8_t temp_h,temp_l;
	temp_h = (data >> 8) & 0x00ff;
	temp_l = data&0x00ff;
	
	USART_SendData(pUSARTx, temp_h);
	while( USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE) == RESET);
	
	USART_SendData(pUSARTx, temp_h);
	while( USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

重新定向printf

其实实际使用中用的最多的是使用重新定向后的printf。记得要在头文件中引用C库 #include 。

//重新定向C库函数，以便于使用printf
int fputc(int ch, FILE *f)
{
		USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);
		while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);		
		return (ch);
}

//重新定向C库函数，以便于使用scanf
int fgetc(FILE *f)
{
		while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
		return (int)USART_ReceiveData(USART1);
}

更具体的这些函数做到了什么，我也没学，没法解释。但实验的结果可以看出，在printf() 的括号中填入任何长度的字符，都可打印出来。

用宏定义封装

为了使得代码有较好的移植性，我们使用宏定义对代码进行封装。

1. GPIO部分
   GPIO肯定是要对引脚和GPIOx进行封装。对时钟函数中的参数封装。这里使用和野火教程中一样的封装。

// GPIO
#define  DEBUG_USART_GPIO_CLK           (RCC_APB2Periph_GPIOA)
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT       GPIOA   
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_9
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT       GPIOA
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_10

2. USART部分
   要封装USARTx，因不同的USART会对应不同的总线，因此不仅要对时钟函数的参数封装，还要封装时钟函数；另外为了以后便于调节波特率，把波特率也用宏定义封装。

//USART
#define  DEBUG_USARTx                   USART1
#define  DEBUG_USART_CLK                RCC_APB2Periph_USART1
#define  DEBUG_USART_APBxClkCmd         RCC_APB2PeriphClockCmd
#define  DEBUG_USART_BAUDRATE           115200

3.中断部分
初始化NVIC中，channel的选择和中断服务函数的编写用到了USARTx

#define  DEBUG_USART_IRQ                USART1_IRQn
#define  DEBUG_USART_IRQHandler         USART1_IRQHandler

这样，整个程序就有了对于USARTx之间的移植性，只要修改宏定义中的参数，就可以开启不同的USART。

开始编程（二）

第二部分完成数据的接收返回和控制LED。

编写中断服务函数

上面已经完成中断配置的前三个步骤了，这里完成最后一个上面已经完成中断配置的前三个步骤了，这里完成最后一个。
中断服务函数最好写在stm32f10x_it.c中，其名称必须为startup_stm32f10x_hd.s 中定义的名称。

void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
	uint8_t Sentback;
	//进入中断后再次检测是否真的置位
	if( USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE) != RESET)
	{
		Sentback = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
		USART_SendData(DEBUG_USARTx,Sentback);//使用这个函数把得到的数据返回
		//也可用printf("%d",Sentback);代替
	}
}

控制LED

直接修改中断服务函数，使用 getchar() 获得输入；使用 switch构成判断。

void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
	uint8_t LED_Common;
	LED_Common = getchar();
	
	switch(LED_Common)
	{
		case '1':LED_R(ON);printf("LED_R ON!\n");Infor_LED[0]=1;break;
		case '2':LED_G(ON);printf("LED_R ON!\n");Infor_LED[1]=1;break;
		case '3':LED_B(ON);printf("LED_R ON!\n");Infor_LED[2]=1;break;
		
		case '4':LED_R(OFF);printf("LED_R OFF!\n");Infor_LED[0]=0;break;
		case '5':LED_G(OFF);printf("LED_R OFF!\n");Infor_LED[1]=0;break;
		case '6':LED_B(OFF);printf("LED_R OFF!\n");Infor_LED[2]=0;break;
	}

发送和接收过程中的编码

  上面提到，如果使用USART_SentByte(USART1, A)，函数会把发送的数据以ASIIC码编码，通过串口发送，A 的 ASIIC码 为0100 0001。串口调试助手默认以 ASIIC码 解码 显示 A。若选择 以16进制显示 则显示 41。

  同样对于电脑端发送的数据，串口调试助手也以 ASIIC码 编码发送。如发送 A，会编码 0100 0001 发送。若选择以16进制发送，则会发送 1010。