STM32学习笔记---USART串口的应用

一、串行通信的基本概念

1、串行通信的基本概念

1.1、同步通信和异步通信

• 通信，最少要有两个对象，一个收，一个发。根据数据通信是否同步，可分为同步通信和异步通信
• 同步通信：
  一般情况下同步通信指的是通信双方根据同步信号进行通信的方式。比如通信双方有一个共同的时钟信号，通讯中通常双方会统一规定在时钟信号的上升沿或
  下降沿对数据线进行采样。
  
• 异步通信：是指数据传输速度匹配依赖于通信双方有自己独立的系统时钟，大家约定好通信的速度。异步通信不需要同步信号，但是并不是说通信的过程不同布
  

1.2、串行通信和并行通信的区别

• 串行通信：指的是同一时刻只能收或发一个bit位信息。因此只用1根信号线即可。
• 并行通信：指的是同一时刻可以收或发多个bit位的信息，因此需要多根信号线才行
  
  -串行传输：数据按位顺序传输。
  -优点：占用引脚资源少
  -缺点：速度相对较慢
  
  -并行传输：数据各个位同时传输。
  -优点：速度快
  -缺点：占用引脚资源多

1.3、单工、半双工、全双工

• 单工：要么收，要么发，只能做接收设备或者发送设备。比如收音机
• 半双工：可以收，可以发，但是不能同时收发， 比如对讲机
• 全双工：可以在同一时刻既接收，又发送。 手机
  

1.4、常见通信总结

2、STM32 的 USART 简介

• USART: Universal Synchronous Asynchronous Receiver and
  Transmitter的缩写，即通用同步异步收发器可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。

• UART 外设(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)，它是在
  USART基础上裁剪掉了同步通信功能，只有异步通信。简单区分同步和异步就是看通信时需不需要对外提供时钟输出，我们平时用的串口通信基本都是
  UART。

  USART 在 STM32应用最多莫过于“打印”程序信息，一般在硬件设计时都会预留一个 USART通信接口连接电脑，用于在调试程序是可以把一些调试信息“打印”在电脑端的串口调试助手工具上，从而了解程序运行是否正确、指出运行出错位置等等。

2.1、STM32 的 USART 简介

STM32F407有四个 USART 和两个 UART，其中 USART1和 USART6 的时钟来源于 APB2 总线时钟，其最大频率为 84MHz，其他四个的时钟来源于 APB1总线时钟，其最大频率为 42MHz。

2.2、串口电路连接

3、串口通信协议介绍

波特率

• 在串行通信中，用“波特率”来描述数据的传输速率。所谓波特率，既每秒传送的二进制位数，其单位为bps（bits per
  second）。它是衡量串行数据速度快慢的重要指标。

• 国际上规定一个标准的波特率系列：
  110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、115200、14.4Kbps、19.2Kbps、……
  例如：115200bps、指每秒传送115200位。通信双方必须设置同样的同学速率才能正常通信

• 注意：实际的数据没这么多，还包括起始位，结束位，校验位

二、串口寄存器介绍

• 控制寄存器——USART_CR
• 波特率寄存器——USART_BRR
• 状态寄存器——USART_SR
• 数据寄存器——USART_DR

1、串口数据的发送和接收

发送数据，首先判断TDR是否为空，为空把数据给TDR，TDR再给移位寄存器，由其发出

2、串口寄存器-USART_CR1

3、串口寄存器-USART_CR2

4、串口寄存器-USART_BRR

fPLCK 为 USART 时钟OVER8为 USART_CR1 寄存器的 OVER8位对应的值，USARTDIV 是一个存放在波特率寄存器(USART_BRR)的一个无符号定点数。其中 DIV_Mantissa[11:0]位定义 USARTDIV 的整数部分，DIV_Fraction[3:0]位定义

5、串口寄存器-USART_SR

• 位 7 TXE：发送数据寄存器为空 (Transmit data register empty)
  0：数据未传输到移位寄存器
  1：数据传输到移位寄存器
• 位 6 TC：发送完成 (Transmission complete)
  0：传送未完成
  1：传送已完成
• 位 5 RXNE：读取数据寄存器不为空 (Read data register not empty)
  0：未接收到数据
  1：已准备好读取接收到的数据

6、串口寄存器-USART_DR

三、STM32实现串口数据的收发

通过寄存器操作

1、串口硬件原理图

2、配置串口

2.1、功能配置

配置为异步通信

2.2、协议配置

3、功能代码

四、HAL串口库函数的使用及printf的实现

1、HAL串口库函数

Stm32f0xx_hal_uart.c 文件中
串口的发送函数

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

串口的接收函数

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

2、printf的实现

printf函数调用的是c库中的fputc函数。因此我们如果重新写了fputc函数，就可以改变printf函数的功能，可以向串口打印输出。