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17、江科大stm32视频学习笔记——USART串口协议和USART串口外设

1、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

异步:需要双方约定一个频率

2、 硬件电路


简单双向串口通信有两根通信线(发送端TX和接收端RX)


TX与RX要交叉连接


当只需单向的数据传输时,可以只接一根通信线


当电平标准不一致时,需要加电平转换芯片

两个设备之间的GND一定要接在一起,但是VCC可以各自接

3、电平标准


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)

4、串口参数及时序


波特率:串口通信的速率

速率的参数就是波特率,波特率就是每秒传输码元的个数,单位是码元/s(baud)

比特率:每秒传输的比特数,单位是bit/s,或者是bps

在二进制的情况下,一个码元及时一个bit,此时波特率等于比特率


起始位:标志一个数据帧的开始,固定为低电平


数据位:数据帧的有效载荷,1为高电平,0为低电平,低位先行


校验位:用于数据验证,根据数据位计算得来


停止位:用于数据帧间隔,固定为高电平

  • 字节装载在数据帧中,数据帧由起始位、数据位、停止位组成
  • 数据位有8个,代表一个字节的8位置,可以在最右边加一个奇偶校验位,则数据位总共是9位。接收方在接收数据后,会验证数据位和校验位
  • 若规定发送的波特率是1000bps,表示1s要发1000位,每一位的时间就是1ms,发送方每隔1ms发送一位,接收方每隔1ms接受一位,决定了每隔多久发送一位
  • 空闲状态下,起始位为高电平,****起始位给低电平,使其产生下降沿,表示数据帧要开始

5、USART简介


USART: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(一般设置为9600/115200)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

同步模式:多了个时钟CLK的输出


STM32F103C8T6USART资源:USART1(APB2总线上的设备)****、 USART2(APB1)、 USART3(APB1)

6、USART工作

(1)写操作

当数据移位完成后,数据会立刻自动从TDR发送移位寄存器

TDR和移位寄存器的双重缓存,保证在连续发送数据时,数据帧之间不会有空闲,提高了工作效率

(2)读操作

因为串口协议规定是低位先行,所以接收移位寄存器时从高位往低位方向移动

(3)帧头和帧尾的添加和除由电路自动执行

(4)硬件数据控制流

A向B发送数据,当A一直发,B处理不过来;

若无硬件控制流,B只能抛弃新数据或者覆盖元数据;

有硬件控制流,硬件电路上会多出一条线,B没准备好置高电平,准备好置低电平;

A收到B的反馈决定数据发送,防止因为B处理慢而导致数据丢失。

能接收的时候,RTS就置低电平,请求对方发送,对方的CTS接收到后,就可以一直发

处理不过来时,RTS就置高电平,对方的CTS接收到后,就会暂停发送

(5)中断输出控制(USART)

TXE发送寄存器空,RXNE接收寄存器非空,是判断发送状态和接收状态的必要标志位
中断输出控制就是配置中断是不是能通向NVIC

(6)波特率发生器

波特率发生器是分频器,APB时钟进行分频,得到发送和接收移位的时钟

时钟输入时fPCLKx(x=1或2),USART1挂载在APB2,所以就是PCLK2的时钟,为72M

其他的USART挂载在APB1,就是PCLK1的时钟,为36M

之后对时钟进行分频,除以USARTDIV的分频系数,分频后再除以16,得到发送器时钟和接收器时钟,通向控制部分

若TE=1,发送器使能,发送部分的波特率就有效

若RE=1,接收器使能,接收部分的波特率有效

7、USART基本结构

8、数据帧

有8位字长和9位字长,分别可以选择有校验和无校验

9位建议有校验,8位建议无校验

停止位有0.5,1,1.5,2,建于选择1位

9、波特率发生器

发送器和接收器的波特率由波特率寄存器BRR里的DIV确定
计算公式:波特率 = fPCLK2/1 / (16 * DIV)//内部有16倍波特率的采样时钟

配置USART1为9600的波特率
9600=72M(USART1的时钟)/(16*DIV)
DIV=72M/9600/16=468.75(二进制:11101 0100.11)
用库函数配置,需要多少波特率直接写就行


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