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【通信专栏】一:STM32单片机串口通信(usart)

热度:73   发布时间:2024-01-25 19:55:52.0

在开始学写STM32串口通信的代码实现前,首先先了解一下两块芯片之间通信的分类,按照数据传输方式可以分为

  • 并行通信:数据各个位同时传输,速度快,占用引脚资源多
  • 串行通信:数据按位传输,速度较慢,占用引脚资源少
    按照数据传送的方向,可以分为
  • 单工:只支持数据在一个方向上传输
  • 半双工:允许数据在两个方向上传输,但在某一时刻,只允许数据在一个方向上传输,它实际上是一种切换方向的单工通信。
  • 全双工:允许数据同时在两个方向上传输,因此全双工通信是两个单工通信方式的结合,它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。

串口通信就是一种串行全双工通信方式,而串行通信又可分为

  • 同步通信:带时钟同步信号传输(如SPI , IIC通信接口)
  • 异步通信:不带时钟同步信号(UART,单总线)
    在这里插入图片描述
    我们的串口通信分两种
  • UART:通用异步收发器(universal asynchronous receiver transmitters)
  • USART:通用同步异步收发器(universal synchronous/asynchronous receiver transmitters)

这两个的区别还是很明显的,uart仅能实现异步收发,引脚也仅需发送(TX),接收(RX),而usart既可以实现异步收发,也可以实现同步收发,在选择使用异步收发时,它与uart是毫无区别的,但当使用同步收发时,还需要在TX,RX的基础上添加一条时钟信号(CK)。
在这里插入图片描述
从上图(来自STM32F103RCT6芯片数据手册)我们可以知道STM32F103系列的芯片有三个USART串口以及两个UART串口,它们的引脚为
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异步串口通信协议

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由上图协议我们可以知道,异步串口通信需要四个参数:

  • 字长,每次发送的数据长度,一般为8位的字节
  • 波特率,每秒传输的数据位数
  • 奇偶校验位
  • 停止位

STM32串口上述的四个参数的配置可以在串口初始化结构体内进行配置:
在这里插入图片描述
上图上部分为对结构体的数据填充,前部分则将填充的数据进行初始化。对于串口的整体初始化流程我们便不多说了,大体分为以下几个步骤:

  1. 串口时钟使能,GPIO时钟使能
  2. GPIO端口模式设置
  3. 串口参数初始化:USART_Init();
  4. 开启中断并且初始化NVIC(如果需要开启中断才需要这个步骤)
  5. 使能串口

如下图:
在这里插入图片描述
在串口初始化完成以后,我们便要进行数据收发的处理了,STM32的这部分函数写在了串口中断服务函数中:
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在理解上图程序前,我们先了解下串口数据收发的过程:
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在数据发送过程中,1:首先由MCU内核将要发送的字节写入到输出数据缓冲器(TDR),2:TDR会适时的将数据加载到串行输出移位寄存器,3:然后再经由TX串口线,将数据一位一位的发送出去。而数据接收则与此过程相反。
在上述过程中,会产生两个事件(事件可以在状态寄存器中查询到):

  • 当数据从TDR转移到移位寄存器时(也就是步2),会产生TDR已空事件TXE
  • 当数据从移位寄存器全部发送出去时,会产生数据发送完成事件TC

了解了这些我们便可以理解上面的串口中断服务函数了。

串口中断服务函数详解(STM32F103RCT6芯片的串口1)

在usart.h文件中:
在这里插入图片描述
定义了一个最大200字节的u8类型的数组以及一个接收状态标位USART_RX_STA,该标志位相当于一个虚拟的寄存器:
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在正点原子的串口1协议里,需要每次发送的数据(长度小于200字节的一段话)需要以回车换行结束,这种协议符合我们键盘使用习惯,但当我们自己编写自己的通信协议时并不需拘泥于此,完全可以按照自己的需要来编写,例如每个数据开头都以0XAA开始,结尾都以0X00结束。

串口中断是一个字节一个字节的进行接收的(且字节长度按照我们所设定为8位),在数据接收过程中,每接收到一个非0X0D或0X0A的字节时,便会将该字节存入到200长度的数组USART_RX_BUF[ ] 中,且虚拟寄存器 USART_RX_STA加1(也相当于其13-0位加1):
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当接收到0X0D时,则会
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即将寄存器USART_RX_STA的第14位置为1,表示接收到0X0D,如果对上图中的按位或操作不理解,可以参看
【通信专栏】附录一:单片机C语言基础/逻辑运算/按位运算/结构体/宏定义
当接收到0X0D后,并不会把0X0D写入到数组USART_RX_BUF中,而是检测下一个字节是否为0X0A:
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若不是,将会将寄存器USART_RX_STA清零,否则将通过USART_RX_STA|=0x8000这一句将寄存器第15位 置1,表示接收完毕。

到此为止我们便接收完一句话了,接完之后应该将寄存器USART_RX_STA清零,正点原子的代码把清零这一步放到了主程序的循环中:
在这里插入图片描述
到此我们就已经可以使用串口进行数据的接收或者发送了,最为最基础的,也是最简单的一种通信方式,值得深入反复学习一下。

作者简介

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