STM32 USART—串口通信
目录
一、串口通信协议物理层电平标准：
1.RS232标准：
2.USB转串口通讯（常用）
3.原生的串口到串口
二、串口通信协议软件层：
三、串口功能框图
1.引脚
2.数据寄存器USART_DR
3.字符帧组成介绍
4.发送与接收数据
5.串口的通信速率
四、代码讲解
1.USART初始化结构体：
2.同步时钟初始化结构体：
3.编程时常用到的固件库函数：
五、程序实验
一、串口通信协议物理层电平标准：
1.RS232标准：
RS-232 标准主要规定了信号的用途、通讯接口以及信号的电平标准。
设备A、B两者的电平不同，要把两者的TTL电平都转换为RS-232标准的电平。
1、RS232标准串口主要用于工业设备直接通信
2、电平转换芯片一般有MAX3232, SP3232
2.USB转串口通讯（常用）
结构图：
1、USB转串口主要用于设备跟电脑通信
2、电平转换芯片一般有CH340、PL2303,CP2102,FT232
3、使用的时候电脑端需要安装电平转换芯片的驱动
3.原生的串口到串口
1、原生的串口通信主要是控制器跟串口的设备或者传感器通信，不需要经过电平转换芯片来转换电平,直接就用TTL电平通信。
2、GPS模块、GSM模块、串口转WIFI模块、HC04蓝牙模块。
二、串口通信协议软件层：
起始位：由1个逻辑0的数据位表示。
结束位：由0.5、1、1.5或2个逻辑1的数据位表示。
有效数据：在起始位后紧接着的就是有效数据，有效数据的长度常被约定为5、6、7或8位长。
校验位：可选，为的是数据的抗干扰性。
校验方法分为：奇校验(odd)、偶校验(even)、0校验(space)、1校验(mark)、无校验(noparity)。
奇校验要求有效数据和校验位中“1”的个数为奇数，比如一个8位长的有效数据为：01101001，此时总共有4个“1”，为达到奇校验效果，校验位为“1”，最后传输的数据将是8位的有效数据加上1位的校验位总共9位。偶校验与奇校验要求刚好相反，要求帧数据和校验位中“1”的个数为偶数，比如数据帧：11001010，此时数据帧“1”的个数为4个，所以偶校验位为“0”。0校验是不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“0”，1校验是校验位总为“1”。
通常配置无校验位，数据位8，停止位1.
三、串口功能框图
1：引脚 2：数据寄存器 3：控制器 4：波特率
1.引脚
功能引脚 TX：发送数据输出引脚。 RX：接收数据输入引脚。
nRTS：请求以发送 (Request To Send)，n 表示低电平有效。如果使能 RTS 流控制，当 USART 接 收器准备好接收新数据时就会将 nRTS 变成低电平；当接收寄存器已满时，nRTS 将被设置为高 电平。该引脚只适用于硬件流控制。
nCTS：清除以发送 (Clear To Send)，n 表示低电平有效。如果使能 CTS 流控制，发送器在发送下 一帧数据之前会检测 nCTS 引脚，如果为低电平，表示可以发送数据，如果为高电平则在发送完 当前数据帧之后停止发送。该引脚只适用于硬件流控制。
SCLK：发送器时钟输出引脚。这个引脚仅适用于同步模式。
后面3个都不常用
2.数据寄存器USART_DR
9-31位：保留为0，0-8位：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。
当使能校验位(USART_CR1中PCE位被置位)进行发送时，写到MSB（最高有效位）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。
3.字符帧组成介绍
一个字符帧发送需要三个部分：起始位+数据帧+停止位。起始位是一个位周期的低电平，位周期就是每一位占用的时间；数据帧就是我们要发送的8位或9位数据，数据是从最低位开始传输的；停止位是一定时间周期的高电平。
第9位数据是否有效要取决于USART控制寄存器1(USART_CR1) 的M位设置，当M位为0时表示8位数据字长，当M位为1表示9位数据字长，我们一般使用8位数据字长。
停止位时间长短是可以通过USART控制寄存器2(USART_CR2)的 STOP[1:0]位控制，可选0.5个、1个、1.5个和2个停止位。默认使用 1个停止位。2个停止位适用于正常USART模式、单线模式和调制解调器模式。0.5个和1.5个停止位用于智能卡模式。
将USART_CR1寄存器的PCE位置1就可以启动奇偶校验控制，PS位进行校验选择。接收数据时如果出现奇偶校验位验证失败，会见 USART_SR寄存器的PE位置1，并可以产生奇偶校验中断。
4.发送与接收数据
发送：将USART_CR1寄存器的UE、TE、RE位都要置1（3个使能）。
USART_SR : TXE位置1，表示要发送的数据已经全部从发送数据寄存器（TDR）转移到了发送移位寄存器。
USART_CR1 : USART_SR的TXE位置1后，CR1的TXEIE位置1，产生USART中断。
USART_SR : TC位置1，表示数据已经通过TX引脚成功发送。
USART_CR1: 当USART_SR中的TC为’1’时，CR1的TCIE位置1，产生USART中断。
接受：USART_SR RXNE位置1，数据已接受完成
USART CR1:RXNEIE
5.串口的通信速率
串口通信里面，波特率是等于比特率的。USART_BRR：波特率寄存器
Tx / Rx 波特率 ＝ Fck/16* ( USARTDIV )
这里的Fck是给外设的时钟(PCLK1用于USART2、3、4、5 36M，PCLK2用于USART1 72M)
USARTDIV是一个无符号的定点数。这12位的值设置在USART_BRR寄存器。
四、代码讲解
1.USART初始化结构体：
波特率：115200/9600
字长：0（8位）
模式选择：接收还是发送
2.同步时钟初始化结构体：
同步模式，我们经常用不到。
3.编程时常用到的固件库函数：
1-串口初始化函数
Void USART_Init (USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct)
2-中断配置函数
Void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT,FunctionalState NewState)
3-串口使能函数
void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState)
4-数据发送函数
void USART_SendData (USART_TypeDef*USARTx,uint16_t Data)
5-数据接收函数
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef*USARTx)
6-中断状态位获取函数
ITStatus USART GetITStatus (USART_TypeDef*USARTx,uint16_t USART_IT)
五、程序实验
【1】单片机给电脑发送数据，电脑上位机把数据打印出来；电脑上位机给单片机发数据，单片机接收到数据之后立马发回给电脑，并打印出来（注意这是两个要求）。
编程要点：
单片机接收数据选择中断接收
1-初始化串口需要用到的GPIO（跟之前讲的一样）
2-初始化串口，配置串口的初始化结构体USART_InitTypeDef
3-中断配置（接收中断，中断优先级）
接收数据我们采用中断的形式，首先配置串口中断优先级，注意这个函数也要复制到该c文件下；然后使能串口接收中断；
//串口中断优先级配置
NVIC_Configuration();
//使能串口接收中断
USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE); 最后别忘了写中断服务函数：接收数据
// 串口中断服务函数
void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
uint8_t ucTemp;
if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE)!=RESET)
{
ucTemp = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
USART_SendData(DEBUG_USARTx,ucTemp);
}
}这样就可以向单片机发送数据并返回到接收区。但是，如果我们发送的数据较多（比如发送“好好学习天天向上”，8个字符就要产生8次中断，这对于单片机CPU负荷很大，所以我们可以先把发送的数据放在一个缓冲区，等电脑端不发送了，全部缓存好了一起给单片机发送过去。这就是“队列机制”，这个应用十分广泛）。
4-使能串口 USART_Cmd()函数
5-编写发送和接收函数（应用官网写好的发送字符、字符串函数，除此之外，还可以用printf函数来发送数据）
对 printf函数发送数据的解释（较为重要）：
我们不能直接调用printf函数来对串口进行发送数据，printf 函数里面会调用 fputc 这个函数（这个函数是真正发送数据的函数）；而通过串口把数据发送到电脑的上位机是用 USART_SendData这个函数，所以需要在fputc这个函数里面调用USART_SendData这个函数。因此，我们都写了两个函数放在 bsp_uart.c 文件下：重定向c库函数printf到串口，重定向后可使用printf函数（发送数据）；重定向c库函数scanf到串口，重写向后可使用scanf、getchar等函数（接收数据）
///重定向c库函数printf到串口，重定向后可使用printf函数
int fputc(int ch, FILE *f)//发送数据
{
/* 发送一个字节数据到串口 */
USART_SendData(DEBUG_USARTx, (uint8_t) ch);
/* 等待发送完毕 */
while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
return (ch);
}
///重定向c库函数scanf到串口，重写向后可使用scanf、getchar等函数
int fgetc(FILE *f)//接收数据
{
/* 等待串口输入数据 */
while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
return (int)USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
}
6-编写中断服务函数
拓展：如果换成串口2的话，软件部分只更改.h文件里的宏定义即可；硬件注意接线连接正确。
【2】电脑给单片机发命令，用于控制开发板上的灯。
int main(void)
{
/*在程序来到main函数这里的时候，系统时钟已经配置成72M*/
uint8_t temp;
DEBUG_UART_Config();
LED_GPIO_Config();//初始化相关的GPIO
//USART_SendData(DEBUG_USARTx,'a');
//Usart_SendString(DEBUG_USARTx,"你好");
printf("你好\n");
/*对 printf函数发送数据的解释
我们不能直接调用printf函数来对串口进行发送数据，
printf 函数里面会调用 fputc 这个函数（这个函数是真正发送数据的函数），
而通过串口把数据发送到电脑的上位机是用 USART_SendData这个函数，
所以需要在 fputc 这个函数里面调用 USART_SendData 这个函数。
因此，我们都写了两个函数放在 bsp_uart.c 文件下：
重定向c库函数printf到串口，重定向后可使用printf函数（发送数据）
重定向c库函数scanf到串口，重写向后可使用scanf、getchar等函数（接收数据）
*/
while(1)
{
temp = getchar();//gatchar()函数只能接收一个字符
/* getchar 会调用int fgetc(FILE *f)函数,那个函数里面在一直循环判断时候接收完毕
这与中断产生冲突，所以我们取消用中断来接收数据，在while循环里面接收数据
*/
printf("接收到的字符为：%c",temp);
switch(temp)
{
case '1': LED1_ON;LED2_OFF; break;
case '2': LED2_ON;LED1_OFF; break;
default : LED1_OFF;LED2_OFF;break;
}
}
}getchar 会调用int fgetc(FILE *f)函数,那个函数里面在一直循环判断时候接收完毕，这与中断产生冲突，所以我们取消用中断来接收数据，在while循环里面接收数据。用switch语句来判断接收到的数据，来执行对灯的指令。