内容纲要
USART串口笔记
通信接口
通信的目的:将一个设备的数据传送到另一个设备,扩展硬件系统
通信协议:制定通信的规则,通信双方按照协议规则进行数据收发
串口通信
硬件电路
电平标准
电平标准是数据1和数据0的表达方式,是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系,串口常用的电平标准有如下三种
•TTL电平:+3.3V或+5V表示1,0V表示0
•RS232电平:-3~-15V表示1,+3~+15V表示0
•RS485电平:两线压差+2~+6V表示1,-2~-6V表示0(差分信号)
串口参数及时序
USART简介
USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)通用同步/异步收发器
•USART是STM32内部集成的硬件外设,可根据数据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序,从TX引脚发送出去,也可自动接收RX引脚的数据帧时序,拼接为一个字节数据,存放在数据寄存器里
•自带波特率发生器,最高达4.5Mbits/s
•可配置数据位长度(8/9)、停止位长度(0.5/1/1.5/2)
•可选校验位(无校验/奇校验/偶校验)
•支持同步模式、硬件流控制、DMA、智能卡、IrDA、LIN
•STM32F103C8T6 USART资源: USART1、 USART2、 USART3
USART框图
简单了解即可
数据包
包头包尾人为规定
HEX数据包
HEX数据包接收
USART基本结构
打通步骤
一、RCC开启时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //正点原子精英版V2的串口是PA9和PA10,所以打开GPIOA的时钟
二、GPIO初始化
把TX配置成复用输出,RX配置成输入
// TX初始化设置 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // RX初始化设置 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
三、配置USART
USART_InitTypeDef USART_InitStructure; USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; // 波特率 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 硬件流控制(None为不使用流控) USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; // 串口模式(Tx发送模式或Rx接收模式) USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 校验位(无校验) USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 停止位 USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 字长(8位) USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
四、配置中断
无需接收功能可跳过,该配置用于数据包接收
Init函数
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 开启RXNE标志位到NVIC的输出 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); // 分组 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; // NVIC初始化 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
中断函数
void USART1_IRQHandler(void) { static uint8_t RxState = 0; // 标志当前状态变量 static uint8_t pRxPacket = 0; // 接收到哪个 if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) // 判断标志位 { uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1); // 获取当前数据 if (RxState == 0) // 等待包头 { if (RxData == 0xFF) // 收到包头 { RxState = 1; pRxPacket = 0; } } else if (RxState == 1) // 接收数据 { Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData; // 将RxData存在接收数组里 pRxPacket ++; // 移动到下一个位置 if (pRxPacket >= 4) // 数据接收完 // 4为接收数据长度 { RxState = 2; } } else if (RxState == 2) // 等待包尾 { if (RxData == 0xFE) { RxState = 0; // 回到最初状态 Serial_RxFlag = 1; // 置接收完成标志位 } } USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); // 清除标志位 } }
五、开启USART
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
部分API
void USART_DeInit(USART_TypeDef* USARTx); void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct); void USART_StructInit(USART_InitTypeDef* USART_InitStruct); void USART_ClockInit(USART_TypeDef* USARTx, USART_ClockInitTypeDef* USART_ClockInitStruct); // 配置同步时钟输出 void USART_ClockStructInit(USART_ClockInitTypeDef* USART_ClockInitStruct); // 配置同步时钟输出 void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState); void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState); void USART_DMACmd(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_DMAReq, FunctionalState NewState); // 开启USART到DMA的触发通道 void USART_SetAddress(USART_TypeDef* USARTx, uint8_t USART_Address); // 设置地址 void USART_WakeUpConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_WakeUp); // 唤醒 void USART_ReceiverWakeUpCmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState); void USART_LINBreakDetectLengthConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_LINBreakDetectLength); void USART_LINCmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState); void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data); uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx); void USART_SendBreak(USART_TypeDef* USARTx); void USART_SetGuardTime(USART_TypeDef* USARTx, uint8_t USART_GuardTime); void USART_SetPrescaler(USART_TypeDef* USARTx, uint8_t USART_Prescaler); void USART_SmartCardCmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState); void USART_SmartCardNACKCmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState); void USART_HalfDuplexCmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState); void USART_OverSampling8Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState); void USART_OneBitMethodCmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState); void USART_IrDAConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IrDAMode); void USART_IrDACmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState); FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG); void USART_ClearFlag(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_FLAG); ITStatus USART_GetITStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT); void USART_ClearITPendingBit(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT);
代码部分
使用开关控制串口传输实验
串口模块
#include "stm32f10x.h" // Device header uint8_t Serial_TxPacket[4]; uint8_t Serial_RxPacket[4]; uint8_t Serial_RxFlag; // 接收标志位 void Serial_Init(void) { RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); //开启时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 配置GPIO口 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); USART_InitTypeDef USART_InitStructure; // 配置USART串口 USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 开启RXNE标志位到NVIC的输出 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); // 分组 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; // NVIC初始化 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); USART_Cmd(USART1, ENABLE); // 开启USART } void Serial_SendByte(uint8_t Byte) // 发送数据函数 { USART_SendData(USART1, Byte); // 发送数据 while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); // 等待标志位 } void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length) // 发送数组函数 { uint16_t i; for (i = 0; i < Length; i ++) // for循环循环length次,对数组进行遍历 { Serial_SendByte(Array[i]); // 发送单个数据 } } void Serial_SendString(char *String) // 发送字符串函数 { uint8_t i; for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++) // for循环循环length次,对数组进行遍历 { Serial_SendByte(String[i]); // 发送单个数据 } } uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y) // 次方函数,为下面的发送数字函数服务 { uint32_t Result = 1; while (Y --) { Result *= X; } return Result; } void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length) // 发送数字函数 { uint8_t i; for (i = 0; i < Length; i ++) { Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0'); } } uint8_t Serial_GetRxFlag(void) // 读后自动清除 { if (Serial_RxFlag == 1) { Serial_RxFlag = 0; return 1; } return 0; } void Serial_SendPacket(void) { Serial_SendByte(0xFF); // 发送包头 Serial_SendArray(Serial_TxPacket, 4); // 依次发送4个载荷数据 Serial_SendByte(0xFE); } void USART1_IRQHandler(void) { static uint8_t RxState = 0; // 标志当前状态变量 static uint8_t pRxPacket = 0; // 接收到哪个 if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET) // 判断标志位 { uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1); // 获取当前数据 if (RxState == 0) // 等待包头 { if (RxData == 0xFF) // 收到包头 { RxState = 1; pRxPacket = 0; } } else if (RxState == 1) // 接收数据 { Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData; // 将RxData存在接收数组里 pRxPacket ++; // 移动到下一个位置 if (pRxPacket >= 4) // 数据接收完 // 4为接收数据长度 { RxState = 2; } } else if (RxState == 2) // 等待包尾 { if (RxData == 0xFE) { RxState = 0; // 回到最初状态 Serial_RxFlag = 1; // 置接收完成标志位 } } USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); // 清除标志位 } }
Key模块
#include "stm32f10x.h" // Device header #include "Delay.h" void Key_Init(void){ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE); //时钟初始化 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //初始化GPIO口 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //采用上拉输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure); } uint8_t Key_GetNum(void){ uint8_t KeyNum = 0; if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_3) == 0){ //按下时判断式子为0,即返回值为1,识别按键1成功 Delay_ms(20); //延迟消抖 while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_3) == 0); Delay_ms(20); KeyNum = 1; } if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_4) == 0){ //按下时判断式子为0,即返回值为2,识别按键2成功 Delay_ms(20); while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_4) == 0); Delay_ms(20); KeyNum = 2; } return KeyNum; }
主函数模块
#include "stm32f10x.h" // Device header #include "Delay.h" #include "Serial.h" #include "Key.h" uint8_t KeyNum; int main(void) { Key_Init(); Serial_Init(); Serial_TxPacket[0] = 0x01; Serial_TxPacket[1] = 0x02; Serial_TxPacket[2] = 0x03; Serial_TxPacket[3] = 0x04; while (1) { KeyNum = Key_GetNum(); if (KeyNum == 1) { Serial_TxPacket[0] ++; // 通过控制按键使数据包数据自增 Serial_TxPacket[1] ++; Serial_TxPacket[2] ++; Serial_TxPacket[3] ++; Serial_SendPacket(); // 取出数组内容并发送(加上包头包尾) } if (Serial_GetRxFlag() == 1) // 若收到数据包 { } } }
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