STM32学习（八）

STM32串口与电脑USB口通信

特别注意：两个设备之间的TXD和RXD，必须交差连接，方可正常通信

RS-232异步通信协议

1. 启动位：必须占1个位长，必须保持逻辑0电平。
2. 有效数据位：可选5、6、7、8、9个位长，LSB（最低有效位）在前，MSB在后
3. 校验位：可选1个位长，也可以没有该位。
4. 停止位：必须有，可选占0.5、1、1.5、2个位长，保持逻辑1电平

USART

实现串口通信的外设：Universal Synchronous asynchronous receiver transmitter，通用同步异步收发器。
Universal asynchronous receiver transmitter，通用异步收发器。
USART/UART都可以与外设进行全双工（同时接收或发送数据）异步（无时钟信号）通信。

1，全双工异步通信
2，单线半双工通信
3，单独的发送器和接收器使能位
4，可配置使用DMA的多缓冲器通信
5， 多个带标志的中断源

3+2：USART+UART

1. TX：发送引脚
2. RX：接收引脚
3. 串口发送数据，就需要对USART进行写操作，先对DR进行写操作，写完后，数据自动传输到发送数据寄存器TDR，TDR等待发送移位寄存器为空时，再将数据传入到发送移位寄存器。
4. 灰色框图内的寄存器，用户无法直接访问，通过操作数据寄存器DR，才能实现对应功能。

设置USART/UART波特率（F1）

波特率计算公式：

其中fck是串口的时钟，如：USART1的时钟是PCLK2,其他串口都是PCLK1

• DIV_Mantissa是UARTDIV整数部分
• DIV_Fraction是UARTDIV小数部分
• 上面两个值存放在USART_BRR中。

波特比率寄存器BRR

把USARTDIV的整数部分写入位[15:4]， USARTDIV的小数部分写入[3:0]

如何使用寄存器操作的方式设置波特率 - USART1为例

uint16_t mantissa; 
uint16_t fraction; 
mantissa=39; 
fraction=0.0625*16+0.5=0x01;          /* USARTDIV = DIV_Mantissa + (DIV_Fraction/16) +0.5是四舍五入*/
USART1->BRR = (mantissa << 4) + fraction;

控制寄存器1（CR1）
该寄存器需要完成的配置：
位13：使能USART
位12：配置8个数据位
位10：禁止检验控制
位5：使能接收缓冲区非空中断
位3：使能发送
位2：使能接收

控制寄存器2（CR2）

控制寄存器3（CR3）

数据寄存器（DR）

设置好控制寄存器和波特率寄存器后，往该寄存器写入数据即可发送，接收数据则读该寄存器。

状态寄存器（SR）

需要配置的时序总结

HAL库外设初始化MSP回调机制

HAL库外设初始化MSP回调机制- USART为例

HAL库中断回调机制

串口反初始化函数：失能串口

USART/UART异步通信配置步骤

1. 配置串口工作参数：HAL_UART_Init()
2. 串口底层初始化：重定义HAL_UART_MspInit()，配置GPIO、NVIC、CLOCK等。
3. 开启串口异步接收中断：HAL_UART_Receive_IT()
4. 设置优先级，使能中断：HAL_NVIC_SetPriority()、HAL_NVIC_EnableIRQ()
5. 编写中断服务函数，UARTx_IRQHandler()
6. 串口数据发送，USART_DR，HAL_UART_Transmit()

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart)
typedef struct 
{    uint32_t BaudRate; 		/* 波特率 */ 
     uint32_t WordLength; 	/* 字长 */
     uint32_t StopBits; 		/* 停止位 */ 
     uint32_t Parity; 			/* 奇偶校验位 */ 
     uint32_t Mode; 			/* UART 模式 */ 
     uint32_t HwFlowCtl; 		/* 硬件流设置 */ 
     uint32_t OverSampling; 	/* 过采样设置 */ 
}UART_InitTypeDef

typedef enum
{
  HAL_OK       = 0x00U,
  HAL_ERROR    = 0x01U,
  HAL_BUSY     = 0x02U,
  HAL_TIMEOUT  = 0x03U
} HAL_StatusTypeDef;

typedef struct
{
  __IO uint32_t SR;         /*!< USART Status register,                   Address offset: 0x00 */
  __IO uint32_t DR;         /*!< USART Data register,                     Address offset: 0x04 */
  __IO uint32_t BRR;        /*!< USART Baud rate register,                Address offset: 0x08 */
  __IO uint32_t CR1;        /*!< USART Control register 1,                Address offset: 0x0C */
  __IO uint32_t CR2;        /*!< USART Control register 2,                Address offset: 0x10 */
  __IO uint32_t CR3;        /*!< USART Control register 3,                Address offset: 0x14 */
  __IO uint32_t GTPR;       /*!< USART Guard time and prescaler register, Address offset: 0x18 */
} USART_TypeDef;

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, 
                                                                                                            uint8_t *pData, uint16_t Size)

1. 以中断的方式接收指定字节的数据
2. 形参1：UART_HandleTypeDef结构体类型指针变量
3. 形参2：指向接收数据缓冲区
4. 形参3：接收的数据大小，以字节为单位

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, 
                                                                             uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

1. 以阻塞的方式（必须发送完）发送指定字节的数据。
2. 形参1：UART_HandleTypeDef结构体类型指针变量
3. 形参2：指向要发送的数据地址
4. 形参3：要发送的数据大小，以字节为单位
5. 形参4：设置的超时时间，以ms为单位

IO引脚复用功能

1. 通用：IO端口的输入或输出是由GPIO外设控制，我们称之为通用。
2. 复用：IO端口的输入或输出是由其它非GPIO外设控制，我们称之为复用。

同一时间IO只能用作一种复用功能，否则会发生冲突，遇到IO复用功能冲突，可考虑重映射功能。

为了解决F1系列存在的IO复用功能冲突问题，F4往后的系列都加入了复用器。
复用器特点：

1. 每个IO引脚都有一个复用器。
2. 复用器采用16路复用功能输入（AF0到AF15）
3. 复用器一次仅允许一个外设的复用功能（AF）连接到IO引脚
4. 通过GPIOx_AFRL和GPIOx_AFRH寄存器进行配置。
5. 复位完成后，所有IO都会连接到系统的复用功能0（AF0）

通过串口接收或者发送一个字符

PA9对应的是TXD，连接的是RXD。
PA10对应的是RXD，连接的是TXD。

输出不用设置上下拉，输入不用设置速度。

因为空闲的时候是高电平，所以输入设置为上拉。
usart.h

#ifndef __USART_H_
#define __USART_H_
//当有一个变量需要在多个文件中用到时，不能定义在头文件中，会导致重复定义，要把该变量定义在某个.c文件中，另一个需要用到该变量的.c文件在该变量的声明前加extern
extern UART_HandleTypeDef UART1_Handler;
extern u16 USART_RX_STA;
#define RXBUFFERSIZE 1
extern u8 aRxBuffer[RXBUFFERSIZE];

usart.c

u16 USART_RX_STA=0;//接收状态标记
UART_HandleTypeDef UART1_Handler;/*UART串口句柄*/
u8 aRxBuffer[RXBUFFERSIZE];//HAL库使用的串口接收缓冲区

void usart_init(uint32_t baudrate)
{
	UART1_Handler.Instance = USART1; //寄存器基地址
	UART1_Handler.Init.BaudRate = baudrate;
	UART1_Handler.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
	UART1_Handler.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
	UART1_Handler.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
	UART1_Handler.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
	HAL_UART_Init(&UART1_Handler);
	//开启串口接收中断
	HAL_UART_Receive_IT(&UART1_Handler,(u8 *)aRxBuffer,RXBUFFERSIZE)
}

//串口初始化MSP回调函数
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	//GPIO端口设置
	GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
	if(huart->Instance == USART1)
	{
		//使能USART和对应IO时钟
		__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
		__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
		__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();
		//初始化IO
		GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_9;
		GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;//不能使用开漏式，因为不能使用高电平，除非有外部上拉，输出不需要上下拉
		GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
		HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);

		GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_10;
		GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT;
		GPIO_Initure.Pull = GPIO_NOPULL;//默认状态是高电平，所以要上拉
		HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);
		//使能USART1中断，设置优先级
		HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
		HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn,3,3);
	}
}

/*串口1中断服务函数*/
void USART1_IRQHandler(void) 
{
	HAL_UART_IRQHandler(&UART1_Handler);//失能中断，并且会调用Callback函数
	HAL_UART_Receive_IT(&UART1_Handler,(u8 *)aRxBuffer,RXBUFFERSIZE);
}

//串口数据接收完成回调函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	
}

printf函数只在测试函数时用，否则可能会影响整个项目的性能。