STM32F103串口通信USART小试牛刀
本文主要叙述了STM32F103芯片实现USART串口通信简介，通过库函数实现STM32F103芯片给电脑发送"Hello,world!"
实验环境：keil μVision、xCOM
文章目录
- 一、串口通信简介
- 二、创建工程
-
- 1.实验原理
- 2.代码实现
- 三、实验结果
- 四、总结
- 五、参考文献
一、串口通信简介
串口通信指串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比特字节（byte）的串行通信慢，但串口可以在使用一根发送数据的同时用另一根线接收数据。常用协议包括RS-232（ANSI/EIA-232标准），一种IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。
说到RS-232协议，就不得不提RS232电平和TTL电平的区别。
rs232是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会（Electronic Industries AssociaTIon，EIA） 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以9个引脚 （DB-9） 或是25个引脚 （DB-25） 的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。RS232的电平标准为+12V为逻辑负，-12为逻辑正，TTL电平为5V为逻辑正，0为逻辑负。TTL电平信号之所以被广泛使用，原因是因为：通常我们采用二进制来表示数据。而且规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”。这样的数据通信及电平规定方式，被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统。这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。
在stm32中如何进行串口通信呢？这就要用到STM32的USAERT模块。
USART，英文全称——Universal Synchronous/Asychronous Receiver/Transmitter，即通用同步/异步串行收发模块，该接口是一个高度灵活的串行通信设备。通用同步异步收发器（USART）提供了一种灵活的方法与使用工业标准NRZ异步串行数据格式的外部设备之间进行全双工数据交换。在STM32中文参考手册第516页也做了比较详细的介绍。
二、创建工程
1.实验原理
打开数据手册，查看使用哪些引脚可以使用USART功能。不同芯片可能略微有所不同，但是一般A9和A10都可以实现串口的通信。
对于USART的实现，和GPIO类似，首先是时钟使能，然后是配置串口，最后是使能串口。使用串口时也需要将A9和A10设置为GPIO口，将A9设置为推挽复用模式，A10设置为浮空输入模式。在STM32固件库使用手册第344页，比较详细的介绍了通用同步异步收发器的相关库函数。
首先定义初始化GPIO和USART的结构体
/* 定义GPIO和USART的结构体 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
然后是时钟使能，这里USART1和GPIO都是RCC_APB2Periph时钟下的，所以时钟使能函数是一样的
/* 使能GPIO和USART的时钟 */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
在stm32f10x.h中，可以找到USART_InitTypeDef结构体的定义。
typedef struct
{
uint32_t USART_BaudRate; /*!< This member configures the USART communication baud rate.
The baud rate is computed using the following formula:
- IntegerDivider = ((PCLKx) / (16 * (USART_InitStruct->USART_BaudRate)))
- FractionalDivider = ((IntegerDivider - ((u32) IntegerDivider)) * 16) + 0.5 */
uint16_t USART_WordLength; /*!< Specifies the number of data bits transmitted or received in a frame.
This parameter can be a value of @ref USART_Word_Length */
uint16_t USART_StopBits; /*!< Specifies the number of stop bits transmitted.
This parameter can be a value of @ref USART_Stop_Bits */
uint16_t USART_Parity; /*!< Specifies the parity mode.
This parameter can be a value of @ref USART_Parity
@note When parity is enabled, the computed parity is inserted
at the MSB position of the transmitted data (9th bit when
the word length is set to 9 data bits; 8th bit when the
word length is set to 8 data bits). */
uint16_t USART_Mode; /*!< Specifies wether the Receive or Transmit mode is enabled or disabled.
This parameter can be a value of @ref USART_Mode */
uint16_t USART_HardwareFlowControl; /*!< Specifies wether the hardware flow control mode is enabled
or disabled.
This parameter can be a value of @ref USART_Hardware_Flow_Control */
} USART_InitTypeDef;
可以看到，我们需要设置波特率、字节长度、停止位、奇偶校验位、串口模式和是否使用硬件流控制。下面是配置和初始化程序代码
/* 配置串口 */
USART_InitStructure.USART_BaudRate=115200; //波特率了设置为115200
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; //不使用硬件流控制
USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx; //使能接收和发送
USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No; //不使用奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1; //1位停止位
USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; //字长设置为8位
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口
最后使能串口
/* 使能串口 */
USART_Cmd(USART1,ENABLE);
除了使能串口，还需要配置GPIO口，并初始化GPIO，GPIO口的配置如下图
所以代码如下
/* 将USART TX（A9）的GPIO设置为推挽复用模式 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
/* 将USART RX（A10）的GPIO设置为浮空输入模式 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
对于本次实验还需要使单片机发送数据，所以需要编写下面的发送字节程序
/* 发送一个字节 */
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch)
{
/* 发送一个字节数据到USART */
USART_SendData(pUSARTx,ch);
/* 等待发送数据寄存器为空 */
while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
对于USART_SendData函数，在stm32f10x_usart.c文件中实现了
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_USART_ALL_PERIPH(USARTx));
assert_param(IS_USART_DATA(Data));
/* Transmit Data */
USARTx->DR = (Data & (uint16_t)0x01FF);
}
也可以在STM32固件库使用手册第354页中查找到
实现了发送字节，同理可以实现发送字符串
/* 发送字符串 */
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
{
unsigned int k=0;
do
{
Usart_SendByte( pUSARTx, *(str + k) );
k++;
} while(*(str + k)!='\0');
/* 等待发送完成 */
while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET)
{}
}
2.代码实现
可以参考STM32F103点亮LED流水灯_江南烟脓雨的博客-CSDN博客这篇博客。在创建工程模板的基础上，添加usart.h和usart.c两个文件，并在Project目录下添加usart.c文件，在头文件中添加usart.h文件。
usart.h
#ifndef __USART_H
#define __USART_H
#include "stm32f10x.h"
#include "stdio.h"
void MyUSART_Init(void);
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch);
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str);
#endif
usart.c
#include "usart.h"
void MyUSART_Init()
{
/* 定义GPIO和USART的结构体 */
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
/* 使能GPIO和USART的时钟 */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
/* 将USART TX（A9）的GPIO设置为推挽复用模式 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
/* 将USART RX（A10）的GPIO设置为浮空输入模式 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
/* 配置串口 */
USART_InitStructure.USART_BaudRate=115200; //波特率了设置为115200
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; //不使用硬件流控制
USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx; //使能接收和发送
USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No; //不使用奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1; //1位停止位
USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; //字长设置为8位
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口
/* 使能串口 */
USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}
/* 发送一个字节 */
void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch)
{
/* 发送一个字节数据到USART */
USART_SendData(pUSARTx,ch);
/* 等待发送数据寄存器为空 */
while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
/* 发送字符串 */
void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
{
unsigned int k=0;
do
{
Usart_SendByte( pUSARTx, *(str + k) );
k++;
} while(*(str + k)!='\0');
/* 等待发送完成 */
while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET)
{}
}
main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
u16 USART_RX_STA=0; //接收状态标记
static u16 fac_ms = 0;
void delay_init(void);
void delay_ms(u16 nms);
int main(void)
{
MyUSART_Init();
delay_init();
while(1)
{
Usart_SendString( USART1,"Hello,world!\r\n");
delay_ms(500);
}
}
void delay_init()
{
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);
fac_ms = (u16)(SystemCoreClock/8000);
}
void delay_ms(u16 nms)
{
u32 temp;
SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms; //时间加载(SysTick->LOAD为24bit)
SysTick->VAL =0x00; //清空计数器
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //开始倒数
do
{
temp=SysTick->CTRL;
}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待时间到达
SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器
SysTick->VAL =0X00; //清空计数器
}
这里加入了延时函数减少串口发送频率
三、实验结果
打开串口调试程序，这里我选择的是XCOM。打开软件后，选择串口，然后设置波特率、停止位、数据为和校验位，需要和前面程序中的相匹配。最后点击打开串口
可以看到，接收窗口已经显示接收信息
四、总结
本次实验简单的使用了USART功能，对于某些功能的实现还需要中断操作。
五、参考文献
串口通信协议_百度百科 (baidu.com)
rs232电平和TTL电平的区别 - 接口/总线/驱动 - 电子发烧友网 (elecfans.com)
USART_百度百科 (baidu.com)