STM32个人笔记-通信及串口

通信数据传输方式：串行、并行

通信数据通信方式：单工、半双工、全双工

通信数据同步方式：同步、异步

常用串口：RS232标准、USB转串口（TTL标准）、原生的串口转串口（TTL->TTL）

RS232标准

USB转串口（TTL标准）

原生的串口转串口（TTL->TTL）

串口数据包的基本组成

USART功能框图

固件库

串口初始化结构体

串口时钟初始化结构体

串口函数

标准库串口接收和发送实验

HAL库_USART

USART配置

串口函数

通信数据传输方式：串行、并行

串行：数据按位顺序传输。

并行：数据各个位同时传输。

特性	串行通讯	并行通讯
通讯距离	较远	较近
抗干扰能力	较强	较弱
传输速率	较慢	较高
成本	较低	较高
举例	USART、IIC、SPI、CAN	SDIO、FSMC

通信数据通信方式：单工、半双工、全双工

单工：一根线，固定方向传输。

半双工：两根线，一根收，一根发。不可同时收发数据。比如USART、SPI和IIC。

全双工：两根线，一根收，一根发。可同时收发数据。比如USART、SPI。

通信数据同步方式：同步、异步

同步：带时钟信号传输。比如IIC、SPI。

异步：不带时钟信号传输。比如USART，1-write。

在同步通讯中，数据信号所传输的内容绝大部分就是有效数据，而异步通讯中会包含有帧的各种标识符，所以同步通讯的效率更高，但是同步通讯双方的时钟允许误差较小，而异步通讯双方的时钟允许误差较大。

比特率：每秒钟传输的二进制位数。单位为比特每秒（bit/s）。

波特率：每秒钟传输的码元个数。

当码元的离散状态有大于2个时（如M大于2个），此时码元为M进制码元。

举例，当M=4时，我们叫做4进制码元，意味着有4种离散状态，分别为“00”，“01”，“10”，“11”状态。这里面每个码元对应了2个比特。

当M=2时，2进制码元，意味着有2种离散状态，分别为“00”，“01”状态。这里面每个码元对应了1个比特。

常用串口：RS232标准、USB转串口（TTL标准）、原生的串口转串口（TTL->TTL）

RS232标准

RS232标准串口一般是DB9接口，拥有9根针，主要用于工业设备直接通信。

电平转换芯片一般有MAX3232、SP3232。在RS232中一般用于将232电平与TTL电平转换。

USB转串口（TTL标准）

USB转串口主要用于设备跟电脑通信。

电平转换芯片一般有CH340、PL2303、CP2102、FT232。使用的时候电脑端需要安装电平转换芯片的驱动。在USB转串口中一般用于将USB电平与TTL电平转换。

原生的串口转串口（TTL->TTL）

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，直接就要TTL电平通信。比如GPS模块、GSM模块、串口转WIFI模块、HC04蓝牙模块。

串口数据包的基本组成

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，目的是数据的抗干扰性。方法为：奇校验、偶校验、0校验、1校验和无校验。

奇校验：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：有效数据和校验位中“1”的个数为偶数。比如一个8位长的有效数据为：01101001，此时总共有4个“1”，为达到偶校验效果，校验位为“0”，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。
0校验：校验位总为0。
1校验：校验位总为1。
无校验：不包含校验位。

USART功能框图

功能引脚

TX：发送数据输出引脚。

RX：接收数据输入引脚。

SW_RX：数据接收引脚，只用于单线和智能卡模式，属于内部引脚，没有具体外部引脚。

nRTS：请求发送，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：允许发送，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，表示发送完当前数据帧后停止发送。该引脚只适用于硬件流控制。

SCLK：时钟，仅同步通信时使用。

STM32F103VET6 系统控制器有三个 USART 和两个 UART，其中 USART1 时钟来源于 APB2 总线时钟，其最大频率为 72MHz，其他四个的时钟来源于 APB1 总线时钟，其最大频率为 36MHz。UART 只是异步传输功能，所以没有 SCLK、nCTS 和 nRTS 功能引脚。

数据寄存器-USART_DR：9位有效，包含一个发送数据寄存器TDR和接收数据寄存器RDR。一个地址对应两个物理内存。

USART_CR1：M。0:8bit，1：:9bit。
USART_CR1：STOP。
USART_CR1：PCE、PS、PEIE。
USART_SR：PE。USART_SR：TXE。
USART_CR1：TXEIE。
USART_SR：TC。
USART_CR1：TCIE。
USART_SR：RXNE。
USART_CR1：RXNEIE。

波特率：每秒钟要发送多少二进制位。

USART_BRR：波特率寄存器。

USART_CR1：OVER8。

USARTDIV：无符号定点数。

FCK：串口的时钟，注意区分APB2和APB1两条总线。

比如：USART1，时钟为72M。波特率为115200。115200=72000000/(16* USARTDIV)。

可得USARTDIV=39.0625。可算得，DIV_Fraction=0.0625*16=1=0x01，DIV_Mantissa=39=0x17，即应该设置USART_BRR的值为0x171。

固件库

串口初始化结构体

typedef struct
{uint32_t USART_BaudRate;               //波特率uint16_t USART_WordLength;             //字长uint16_t USART_StopBits;               //停止位uint16_t USART_Parity;                 //校验uint16_t USART_Mode;                   //模式uint16_t USART_HardwareFlowControl;    //硬件流控制
} USART_InitTypeDef;

串口时钟初始化结构体

typedef struct
{uint16_t USART_Clock;   //时钟uint16_t USART_CPOL;    //极性uint16_t USART_CPHA;    //相位uint16_t USART_LastBit; //最后一位时钟脉冲
} USART_ClockInitTypeDef;

串口函数

void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);    //串口初始化函数
void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState);    //中断配置函数
void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);    //串口使能函数
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);    //数据发送函数
uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);    //数据接收函数
ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);    //中断状态位获取函数

标准库串口接收和发送实验

//串口1-USART1
#define DEBUG_USARTx                    USART1
#define DEBUG_USART_CLK                 RCC_APB2Periph_USART1
#define DEBUG_USART_APBxClkCmd          RCC_APB2PeriphClockCmd
#define DEBUG_USART_BAUDRATE            115200//USART GPIO 引脚宏定义
#define DEBUG_USART_GPIO_CLK            (RCC_APB2Periph_GPIOA)
#define DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd     RCC_APB2PeriphClockCmd#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT      GPIOA
#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN         GPIO_Pin_9
#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT        GPIOA
#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN         GPIO_Pin_10#define DEBUG_USART_IRQ                  USART1_IRQn
#define DEBUG_USART_IRQHandler          USART1_IRQHandlervoid USART_Config(void);
void Usart_SendByte(USART_TypeDef* pUSARTx,uint8_t data);

static void NVIC_Configuration(void)
{NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;/*嵌套向量中断控制器组选择*/NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;        //中断源NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;    //抢占优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;           //子优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                 //使能中断NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}void USART_Config(void)
{/*定义初始化GPIO、USRAT结构体*/GPIO_InitTypeDef     GPIO_InitStructure;USART_InitTypeDef    USART_InitStructure;/*打开串口GPIO、外设时钟*/DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK,ENABLE);DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK,ENABLE);/*将USART Tx的GPIO配置为推挽复用模式*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure);/*将USART Rx的GPIO配置为浮空输入模式*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure);USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;        //配置波特率USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;       //配置帧数据字长USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;            //配置停止位USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;               //配置校验位USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;    配置硬件流控制USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;   配置工作模式，收发一起USART_Init(DEBUG_USARTx,&USART_InitStructure);/*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);/*使能串口*/USART_Cmd(DEBUG_USARTx,ENABLE);
}/*发送一个字节*/
void Usart_SendByte(USART_TypeDef* pUSARTx,uint8_t data)
{USART_SendData(pUSARTx,data);while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE) == RESET);
}/*发送两个字节*/
void Usart_SendHalfWord(USART_TypeDef* pUSARTx,uint16_t data)
{uint8_t temp_h,temp_l;temp_h = (data & 0xff00) >> 8;temp_l = data & 0xff;USART_SendData(pUSARTx,temp_h);while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE) == RESET);USART_SendData(pUSARTx,temp_l);while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE) == RESET);
}/*发送8位数据的数组*/
void Usart_SendArray(USART_TypeDef* pUSARTx,uint8_t* array,uint8_t num)
{uint8_t i;for( i=0 ; i<num ; i++){//可以这样写Usart_SendByte(pUSARTx,*array++);Usart_SendByte(pUSARTx,array[i]);}while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC) == RESET);
}/*发送字符串*/
void Usart_SendString(USART_TypeDef* pUSARTx,uint8_t* str)
{uint8_t i=0;do{USART_SendData( pUSARTx,*(str+i) );i++;}while( *(str+i) != '\0' );while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC) == RESET);
}/*重定向c库函数printf到串口，重定向后可使用printf、putchar等函数*/
int fputc(int ch,FILE *f)
{/*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，重定向后可使用scanf、getchar等函数*/
int fgetc(FILE *f)
{/*等待串口输入数据*/while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx,USART_FLAG_RXNE) == RESET);return (int)USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
}

/*串口中断函数*/
void DEBUG_USART_IRQHandler(void)    //数据原路返回，回显
{uint8_t ucTemp;if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE)!=RESET){ucTemp = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);USART_SendData(DEBUG_USARTx,ucTemp);}
}

while(1){ch = getchar();printf("ch = %c \n",ch);switch(ch){case '1':LED_R(OFF);    break;case '2':LED_G(OFF);    break;case '3':LED_B(OFF);    break;case 0x01:LED_R(OFF); LED_G(OFF); break;case 0x02:LED_G(OFF); LED_B(OFF); break;default:LED_R(ON);    LED_G(ON);LED_B(ON);break;}}

HAL库_USART

USART配置

UART_HandleTypeDef huart1;void MX_USART1_UART_Init(void)
{huart1.Instance = USART1;huart1.Init.BaudRate = 115200;huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK){Error_Handler();}/*使能串口接收断 */__HAL_UART_ENABLE_IT(&UartHandle,UART_IT_RXNE);
}

#include <stdio.h>
/*****************  发送字符串 **********************/
void Usart_SendString(uint8_t *str)
{unsigned int k=0;do {HAL_UART_Transmit(&UartHandle,(uint8_t *)(str + k) ,1,1000);k++;} while(*(str + k)!='\0');}
//重定向c库函数printf到串口DEBUG_USART，重定向后可使用printf函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{/* 发送一个字节数据到串口DEBUG_USART */HAL_UART_Transmit(&UartHandle, (uint8_t *)&ch, 1, 1000);       return (ch);
}//重定向c库函数scanf到串口DEBUG_USART，重写向后可使用scanf、getchar等函数
int fgetc(FILE *f)
{       int ch;HAL_UART_Receive(&UartHandle, (uint8_t *)&ch, 1, 1000);  return (ch);
}

void  DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{uint8_t ch=0;   if(__HAL_UART_GET_FLAG( &huart1, UART_FLAG_RXNE ) != RESET){     ch=( uint16_t)READ_REG(huart1.Instance->DR);WRITE_REG(huart1.Instance->DR,ch); }
}

串口初始化结构体

typedef struct
{USART_TypeDef                 *Instance;       UART_InitTypeDef              Init;             uint8_t                       *pTxBuffPtr;      uint16_t                      TxXferSize;      __IO uint16_t                 TxXferCount;      uint8_t                       *pRxBuffPtr;      uint16_t                      RxXferSize;      __IO uint16_t                 RxXferCount;      DMA_HandleTypeDef             *hdmatx;          DMA_HandleTypeDef             *hdmarx;          HAL_LockTypeDef               Lock;             __IO HAL_UART_StateTypeDef    gState;           __IO HAL_UART_StateTypeDef    RxState;          __IO uint32_t                 ErrorCode;
}UART_HandleTypeDef;

串口函数

__HAL_UART_RESET_HANDLE_STATE(__HANDLE__);
__HAL_UART_FLUSH_DRREGISTER(__HANDLE__);
__HAL_UART_GET_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__);
__HAL_UART_CLEAR_FLAG(__HANDLE__, __FLAG__);
__HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(__HANDLE__);
__HAL_UART_CLEAR_FEFLAG(__HANDLE__);
__HAL_UART_CLEAR_NEFLAG(__HANDLE__);
__HAL_UART_CLEAR_OREFLAG(__HANDLE__);
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(__HANDLE__);
__HAL_UART_ENABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__);
__HAL_UART_DISABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__);
__HAL_UART_GET_IT_SOURCE(__HANDLE__, __IT__);
__HAL_UART_HWCONTROL_CTS_ENABLE(__HANDLE__);
__HAL_UART_HWCONTROL_CTS_DISABLE(__HANDLE__);
__HAL_UART_HWCONTROL_RTS_ENABLE(__HANDLE__);
__HAL_UART_HWCONTROL_RTS_DISABLE(__HANDLE__);
__HAL_UART_ENABLE(__HANDLE__);
__HAL_UART_DISABLE(__HANDLE__);

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_HalfDuplex_Init(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_LIN_Init(UART_HandleTypeDef *huart, uint32_t BreakDetectLength);
HAL_StatusTypeDef HAL_MultiProcessor_Init(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t Address, uint32_t WakeUpMethod);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DeInit (UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_MspDeInit(UART_HandleTypeDef *huart);HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAPause(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAResume(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_DMAStop(UART_HandleTypeDef *huart);
/* Transfer Abort functions */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Abort(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_AbortTransmit(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_AbortReceive(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Abort_IT(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_AbortTransmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_AbortReceive_IT(UART_HandleTypeDef *huart);void HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_AbortCpltCallback (UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_AbortTransmitCpltCallback (UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_AbortReceiveCpltCallback (UART_HandleTypeDef *huart);HAL_StatusTypeDef HAL_LIN_SendBreak(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_MultiProcessor_EnterMuteMode(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_MultiProcessor_ExitMuteMode(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_HalfDuplex_EnableTransmitter(UART_HandleTypeDef *huart);
HAL_StatusTypeDef HAL_HalfDuplex_EnableReceiver(UART_HandleTypeDef *huart);HAL_UART_StateTypeDef HAL_UART_GetState(UART_HandleTypeDef *huart);
uint32_t HAL_UART_GetError(UART_HandleTypeDef *huart);