STM32学习笔记（5） 串口通讯-接收与发送

一 通信的基本概念

1. 串口并行与串行

   数电课讲过，并行速度快但占用的门电路多，耗费空间

   串行速度慢但节约空间

2. 数据通信方向

   • 全双工：TX,RX同时收发数据
   • 半双工：不能同时收发数据，可分时收发数据
   • 单工：任何时刻都只能往某一个固定的方向传输数据

3. 数据同步方式

   • 同步

   • 异步

4. 通信速率

   • 比特率：每秒钟传输的二进制位数，单位（bit/s）

   • 波特率：每秒中传输的码元个数

     一个码元就是一个脉冲信号，一个脉冲信号有可能携带1bit数据，也有可能携带2bit数据、4bit数据！你发送一个脉冲信号，如果就可以携带4bit数据，肯定发送速率更快啊！

     那么怎么实现一个脉冲信号就能携带多个bit数据呢？就需要一定的技术了，比如设置模拟信号中信号的频率、相位、振幅啥的。举个例子：把振幅分成四种，低（00）、中（01）、高（10）、很高（11），这样我发一个脉冲信号，它的振幅是低，那就说明发送的是00（也就是2bit），它的振幅是中（01），发送的就是01（也就是2bit）……也就实现了一个脉冲信号，携带2bit的功能…（举个不恰当的例子让大家理解而已，明白啥意思就行）

     再说一次，一个码元就是一个脉冲信号！波特率指的就是1秒能发送多少个码元，也就是1秒能发送多少个脉冲信号！

     一个码元能携带1bit数据，那么比特率 = 波特率！

     一个码元能携带2bit数据，那么比特率 = 2倍的波特率！

     一个码元能携4bit数据，那么比特率 =4倍的波特率

     • 一个二进制表示码元

     0V——0

     3.3V——1

     • 两个二进制表示一个码元

       0V——00

       3V——01

       6V——10

       9V——11

     • 通常情况下波特率等于比特率

二 串口通信协议

1. RS232标准

2. USB转串口

   用于设备和电脑的通讯，电平转化芯片一般是CH340

3. 串口到串口：串口一次只能发1个字节的数据（ UART_SendByte(））

三 串口数据包的组成

起始位	数据位	校验位	停止位
0	位0—位7		1

校验位

• 奇校验

  有效数据和校验位“1”总的个数为奇数

• 偶校验

  偶数

四 串口的功能框图

1. 引脚作用

   • TX:数据发送

   • RX:数据接受

   • SCLK:时钟，仅同步通信使用

   • nRTS:Request to send.请求发送

   • nCTS:Clear to send.允许发送

2. USART:S是同步。USART1~USART3都有SCLK引脚

   UART:异步。无SCLK引脚

3. 数据寄存器DR

31——9 bit	8——0 bit
保留	DR[8:0]

• 31-9 bit：保留位，始终为1
• 8-0 bit:数据位，由TDR(发送寄存器)，RDR（接收寄存器），包含发送和接受功能

五 程序流程

• 串口初始化结构体

  typedef struct
  {
    uint32_t USART_BaudRate;            //波特率 BRR
    uint16_t USART_WordLength;          //字长	 CR1_M
    uint16_t USART_StopBits;            //停止位 CR2_STOP 
    uint16_t USART_Parity;              //校验位 CR1_PCE CR1_PS
    uint16_t USART_Mode;                //模式选择 CR1_TE CR1_RE
    uint16_t USART_HardwareFlowControl; //硬件流选择 CR3_CTSE,CR3_RTSE
  } USART_InitTypeDef;
  

  • USART_WordLength

  • USART_StopBits

    #define USART_StopBits_1                     ((uint16_t)0x0000)
    #define USART_StopBits_0_5                   ((uint16_t)0x1000)
    #define USART_StopBits_2                     ((uint16_t)0x2000)
    #define USART_StopBits_1_5                   ((uint16_t)0x3000)
    

  • USART_Parity

    #define USART_Parity_No                      ((uint16_t)0x0000)
    #define USART_Parity_Even                    ((uint16_t)0x0400)
    #define USART_Parity_Odd                     ((uint16_t)0x0600) 
    

  • USART_Mode

    #define USART_Mode_Rx                        ((uint16_t)0x0004)
    #define USART_Mode_Tx                        ((uint16_t)0x0008)
    #define IS_USART_MODE(MODE) ((((MODE) & (uint16_t)0xFFF3) == 0x00) && ((MODE) != (uint16_t)0x00))
    

  • USART_HardwareFlowControl

    #define USART_HardwareFlowControl_None       ((uint16_t)0x0000)
    #define USART_HardwareFlowControl_RTS        ((uint16_t)0x0100)
    #define USART_HardwareFlowControl_CTS        ((uint16_t)0x0200)
    #define USART_HardwareFlowControl_RTS_CTS    ((uint16_t)0x0300)
    

硬件流功能：当外设处于准备好的状态时，硬件启动自动控制，而不需要软件再进行干预，在串口中，当串口已经准备好接收新的数据时，硬件流自动把RTS拉低；准备发送数据前，硬件流自动检查CTS是否为低（表示是否可以发送数据）。此功能需要有RTS,CTS两个引脚。

• 同步时钟结构体

typedef struct
{
  uint16_t USART_Clock;   //同步时钟 CR2_CLKEN
  uint16_t USART_CPOL;    //极性  CR2_CPOL
  uint16_t USART_CPHA;    //相性  CR2_CPHA
  uint16_t USART_LastBit; //最后一个位的时钟脉冲 CR2_LBC
} USART_ClockInitTypeDef;

• 流程

1. 初始化串口需要用到的GPIO
2. 初始化串口，USART_InitTypeDef
3. 中断配置（接收中断，中断优先级）
4. 使能串口
5. 编写发送和接收函数
6. 编写中断服务函数

• 发送接收函数

/*
* @函数名：UART_SendByte(USART_TypeDef *p_USARTx, uint8_t ch)
* @功能：发送一个字节
* @入口参数：USARTx，ch（想发送的字节）
*/
static void UART_SendByte(USART_TypeDef *p_USARTx, uint8_t ch)
{
    /*发送一个字节的数据到USART*/
    USART_SendData(p_USARTx,ch);

    /*等待发送数据的寄存器为空*/
    while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE) == RESET);
    
}

/*
* @函数名：UART_SendString(USART_TypeDef *p_USARTx,char *str)
* @功能：发送字符串
* @入口参数：USARTx，str（想发送的字符）
*/
void UART_SendString(USART_TypeDef *p_USARTx,char *str)
{
    unsigned int k=0;
    do
    {
        UART_SendByte(p_USARTx,*(str+k));
        k++;
    } 
    while(*(str+k) != '\0');
    /*等待发送完成*/
    while (USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)== RESET)
    {}
}

USART_FLAG_TC 与 USART_FLAG_TXE的区别:

• USART_FLAG_TC是干嘛用的呢？

  当发送移位寄存器中的1字节数据已经通过TX脚一位一位的移出去后，该标志位就会被置1，从而引发该事件的中断。所以，其实USART_FLAG_TC就是用来标志“发送移位寄存器中的数据有没有全部发送出去”这件事的。

• USART_FLAG_TXE是干嘛用的呢？

  当发送数据寄存器中的数据已经取完了，该标志位就会被置1，从而引发该事件的中断。所以，其实USART_FLAG_TXE就是用来标志一个事件的，通过它的值可以知道该事件有没有发生（即发送数据寄存器中的数据有没有被取走）。

• 对于USART_FLAG_TXE来说，只是说明数据寄存器中的数据已经被发送移位寄存器取走了（但发送移位寄存器中可能还没有启动发送过程），通过中断就可以提醒CPU可以往数据寄存器中填充数据了，发送移位寄存器中的数据往外发送的过程其实还是比较耗时的，相对于C语言代码执行时间来说，这个过程的耗时极大，所以每次发送数据寄存器中的数据被发送移位寄存器取走后，都应该产生中断来提醒CPU对该数据寄存器填写数据；

• 而对于USART_FLAG_TC来说，没必要每次当发送移位寄存器中的数据发送完成后都发生中断，而应该是整个串口数据帧全部发送完毕，包括最后一个字节也发送出去之后才应该开中断，这代表的就是一个数据帧发送完成事件了

六 知识重难点

• 当数组作函数形参时，由于形参变量和实参变量是由编译系统分配的两个不同单元。在函数调用的时发生的值传送是把实参变量的值赋予给形参变量。在用数组名作函数参数的时候，不是进行值的传送，既不是把实参数组的每一个元素的值都赋予形参数组的各个元素。因为实际上形参数组并不存在，编译系统不为形参数组分配内存。那么数据的传输是如何实现的呢？数组名就是数组的首地址。因此在数组名作函数参数时所进行的传送知识地址传送，也就是说把实参数组的首地址赋予给形参数组名。形参数组取得该首地址之后，也就等于有了实在的数组。实际上，形参数组和实参数组为同一数组，共同拥有一段内存空间。

• USART1的TX，RX通过CH340连接micro USB，所以你可以用数据线给电脑发送数据

  但USART2,USART3需要额外接CH340，才能和电脑通信（PCB设计问题）

相关代码：串口的接受与发送

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