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,但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。串口通信协议是指规定了数据包的内容,内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位,双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。在串口通信中,常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。
STM32的串口通信接口有两种,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STM32F10x系列芯片,分别有3个USART和2个UART。
UART引脚连接方法
RXD:数据输入引脚,数据接受;
TXD:数据发送引脚,数据发送。
对于两个芯片之间的连接,两个芯片GND共地,同时TXD和RXD交叉连接。这里的交叉连接的意思就是,芯片1的RxD连接芯片2的TXD,芯片2的RXD连接芯片1的TXD。这样,两个芯片之间就可以进行TTL电平通信了。
若是芯片与PC机(或上位机)相连,除了共地之外,就不能这样直接交叉连接了。
尽管PC机和芯片都有TXD和RXD引脚,但是通常PC机(或上位机)通常使用的都是RS232接口(通常为DB9封装),因此不能直接交叉连接。
RS232接口是9针(或引脚),通常是TxD和RxD经过电平转换得到的。因此,要想使得芯片与PC机的RS232接口直接通信,需要也将芯片的输入输出端口也电平转换成rs232类型,再交叉连接。
经过电平转换后,芯片串口和rs232的电平标准是不一样的:
单片机的电平标准(TTL电平):+5V表示1,0V表示0;
Rs232的电平标准:+15/+13 V表示0,-15/-13表示1。
RS-232通讯协议标准串口的设备间通讯结构图如下:
因此,单片机串口与PC串口通信遵循下面的连接方式:
在单片机串口与上位机给出的rs232口之间,通过电平转换电路,实现TTL电平与RS232电平之间的转换。
USB转串口模块可以使用5V、3V3电压供电,需要将跳线帽进行安装。
然后打开串口终端,点击“手动发送”或者“自动发送”,如果在接收区可以接收到数据,说明USB转串口模块工作正常,否则需要检查接线是否正确、电路板元器件是否损坏。
下图是USB转串口模块的一些功能模块的标示,USB转串口电路板背后还预留了一些全信号输出的接口,可以将电线直接焊接在这些引脚上来使用预留的功能。
即便管脚没有这么多,但功能都是差不多的。
USB转串口电路板与单片机的接线图,VCC接线是为了单片机供电,USB转串口的RXD引脚与单片机的TXD引脚相连,USB转串口的TXD引脚与单片机的RXD引脚相连,两者的GND引脚直接相连。
完成一个STM32的USART串口通讯程序(查询方式即可,暂不要求采用中断方式),要求:
1)设置波特率为115200,1位停止位,无校验位;
2)STM32系统给上位机(win10)连续发送“hello windows!”。win10采用“串口助手”工具接收。
3)在没有示波器条件下,可以使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形,更方便动态跟踪调试和定位代码故障点。 请用此功能观察串口输出波形,并分析其波形反映的时序状态正确与否,高低电平转换周期(LED闪烁周期)实际为多少。
在电脑设备管理器处查看有无com端口出现(没有感叹号),有即可证明成功。
利用之前博客所用的stm32点灯建立的工程为工程模板,在此基础上做出修改。
在SYSTEM文件夹下,双击usart.c,其中usart_init函数
void uart_init(u32 pclk2,u32 bound)
{
float temp;
u16 mantissa;
u16 fraction;
temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);//得到USARTDIV
mantissa=temp; //得到整数部分
fraction=(temp-mantissa)*16; //得到小数部分
mantissa<<=4;
mantissa+=fraction;
RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能PORTA口时钟
RCC->APB2ENR|=1<<14; //使能串口时钟
GPIOA->CRH&=0XFFFFF00F;//IO状态设置
GPIOA->CRH|=0X000008B0;//IO状态设置
RCC->APB2RSTR|=1<<14; //复位串口1
RCC->APB2RSTR&=~(1<<14);//停止复位
//波特率设置
USART1->BRR=mantissa; // 波特率设置
USART1->CR1|=0X200C; //1位停止,无校验位.
#if EN_USART1_RX //如果使能了接收
//使能接收中断
USART1->CR1|=1<<5; //接收缓冲区非空中断使能
MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQn,2);//组2,最低优先级
#endif
}
从该代码可以看出,其初始化串口的过程,和我们前面介绍的一致。先计算得到USART1->BRR 的内容。然后开始初始化串口引脚,然之后设置波特率和奇偶校验等。
这里需要注意一点,因为我们使用到了串口的中断接收,必须在 usart.h 里面设置EN_USART1_RX 为 1(默认设置就是 1 的)。该函数才会配置中断使能,以及开启串口 1 的 NVIC中断。这里我们把串口 1 中断放在组 2,优先级设置为组 2 里面的最低。
在主文件test.c中编写如下代码
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
int main(void)
{
u16 t; u16 len; u16 times=0;
Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置
delay_init(72); //延时初始化
uart_init(72,115200); //串口初始化为115200
while(1)
{
if(USART_RX_STA&0x8000)
{
len=USART_RX_STA&0x3FFF;//得到此次接收到的数据长度
printf("\r\n Hello Windows! \r\n\r\n");
for(t=0;t<len;t++)
{
USART1->DR=USART_RX_BUF[t];
while((USART1->SR&0X40)==0);//等待发送结束
}
printf("\r\n\r\n");//插入换行
USART_RX_STA=0;
}else
{
times++;
if(times%200==0)printf("Hello Windows!\r\n");
delay_ms(10);
}
}
}
打开XCOM串口助手,弹出界面点击打开串口,即可以接收到C8T6发送的数据Hello Windows!
新建工程步骤参考 [嵌入式08]
设置USART1
时钟设置
配置好后导出生成Keil文件
在main.c文件的主函数while循环中添加以下代码:
char data[]="hello windows!\n";
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)data, 15, 0xffff);
HAL_Delay(1000);
通过实验发现,PA9,PA10的波形一直是平的,无法根据波形分析状态正确与否,因此我们选用一个GPIO口进行电平观察
根据其周期间隔可以发现HAL库导出工程时间十分精确。
本文学习了描述串口协议和RS-232标准,RS232电平与TTL电平的区别,以及"USB/TTL转232"模块(以CH340芯片模块为例)的工作原理,并实际操作串口通信hello windows,为后续学习打下基础。