STM32-串口通信详解

目录

前言

一、通信接口背景知识

1. 并行通信和串行通信

2. 串行通信的分类

 二、STM32的串口通信基础

1. 串口通信接口

2. 串口通信框图

3. 串口通信相关寄存器

4. 波特率计算方法

三、库函数配置

1. 串口配置一般步骤

总结

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前言

众所周知，串口通信是MCU最基本的通信方式，对于STM32来说也是如此。本文重点讲述STM32单片机的串口通信，主要包括的内容是：通信基础知识、串口通信原理、USART有关寄存器和自定义编写串口通信函数。

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一、通信接口背景知识

1. 并行通信和串行通信

所谓通信，其实说白了就是处理器与外部设备之间的交流，就像电脑连接键盘、鼠标或打印机之类。计算机领域的通信一般有两种方式，即并行通信和串行通信。这两种方式的优缺点对比如下：

• 并行通信

   -传输原理：数据各个位同时传输。

   -优点：速度快

   -缺点：占用引脚资源多

• 串行通信

   -传输原理：数据按位顺序传输。

   -优点：占用引脚资源少

   -缺点：速度相对较慢

2. 串行通信的分类

由于本文所讲的串口通信属于串行通信，所以就不对并行通信做过多的讲解了，下面是串行通信的分类，按照数据的传送方向可以分为：

• 单工：数据传输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，但是，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。

为了清晰的表述这三种传输方向上的区别，我们看下图：
 

（a)单工通信        （b)半双工通信        （c)全双工通信

另一种分类方式是根据通信是否有时钟信号来划分的，分为同步通信和异步通信。

同步通信指的是带有时钟同步信号，比如：SPI通信、IIC通信；

异步通信指的是不带时钟同步信号比如：UART（通用异步收发器），单总线。

我们以下面的表格来详细对比串行通信接口

 二、STM32的串口通信基础

1. 串口通信接口

STM32共有两种串口通信接口，分别是：UART通用异步收发器，USART：通用同步异步收发器

对于大容量的STM32F10x系列芯片，包含3各USART和2个UART。UART异步通信的引脚连接方法如下：

 这里需要注意的是：TX引脚要连接另一个控制器的RX引脚，反之RX亦然。

下图是STM32大容量芯片的5个串口对应的引脚号，可以通过中文参考手册查询

 查阅官方手册，UART异步通信方式的特点如下：

1. 全双工异步通信。
2. 分数波特率发生器系统，提供精确的波特率。发送和接受共用的可编程波特率，最高可达4.5Mbits/s
3. 可编程的数据字长度（8位或者9位）；
4. 可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；
5. 可配置的使用DMA多缓冲器通信。
6. 单独的发送器和接收器使能位。
7. 检测标志：① 接受缓冲器  ②发送缓冲器空 ③传输结束标志
8. 多个带标志的中断源。触发中断。
9. 其他：校验控制，四个错误检测标志。

2. 串口通信框图

学习STM32单片机的外设，最重要的是要理清楚它的框图，下图就是串口通信的框图：

 从这个框图可以看出，STM32的串口通信是由最下面的波特率控制部分产生波特率，给来自PCLK1/2的时钟做预分频，再经过1/16分频后传给发送/接收其控制，最后分别发送给发送移位寄存器和接收移位寄存器。这两个寄存器分别在发送数据寄存器（TDR）和接收数据寄存器（RDR）的控制下完成和外部之间的数据发送和接收。

3. 串口通信相关寄存器

STM32串口通信的相关寄存器共有3个，分别是：

• USART_SR状态寄存器
• USART_DR数据寄存器
• USART_BRR波特率寄存器

下面是来自中文参考手册的部分截图介绍：

 

还有一个寄存器是控制寄存器，用来存放串口的控制和中断相关配置位，这里不做展开了。

建议大家在学习基础外设（GPIO、定时器、外部中断、串口通信等）的时候不仅可以熟悉库函数的编写过程，寄存器编程也同样重要，不一定要掌握，理解即可。读者不要被寄存器编程吓住了，其实串口的寄存器相对于GPIO是很少的，配置过程也比较简单。

4. 波特率计算方法

 这是官方文档的信息，波特率预分频器是分数预分频器，为什么小数部分要乘以16呢，大家可以理解位最后的小数是四位，四位二进制的1111正好就是16（15）。

三、库函数配置

1. 串口配置一般步骤

1. 串口时钟使能，GPIO时钟使能:RCC_APB2PeriphClockCmd();
2. 串口复位:USART_DeInit(); 这一步不是必须的
3. GPIO端口模式设置:GPIO_Init(); 模式设置为推挽复用以及浮空输入或者上拉输入（具体可参照中文参考手册）
4. 串口参数初始化：USART_Init();
5. 开启中断并且初始化NVIC（如果需要开启中断才需要这个） NVIC_Init();USART_ITConfig();
6. 使能串口:USART_Cmd();
7. 编写中断处理函数：USARTx_IRQHandler();
8. 串口数据收发：void USART_SendData();//发送数据到串口，DR uint16_t USART_ReceiveData();//接受数据，从DR读取接受到的数据
9. 串口传输状态获取：

FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG);

void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);

 

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总结

这就是关于STM32的串口通信基本知识的介绍，学好这部分知识是日后深入学习STM32的基础，STM32虽然有很多串口，但是具体来说它们的配置过程基本上都是一样的，只不过是引脚不一样而已，希望大家反复学习这部分知识，做到掌握，这是日后深入学习STM32的基础。