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STM32-串口通信(串口的接收和发送)

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STM32的串口通信

本文在于记录自己的学习过程中遇到的问题和总结,各种情况下串口通信在STM32的实际使用方面占有很大的比重,本文主要对串口通信做一个简要的总结。


一、STM32里的串口通信

在STM32里,串口通信是USART,STM32可以通过串口和其他设备进行传输并行数据,是全双工异步时钟控制,设备之间是点对点的传输。对应的STM32引脚分别是RX和TX端。STM32的串口资源有USART1、USART2、USART3.

串口的几个重要的参数:

  • 波特率,串口通信的速率
  • 空闲,一般为高电平
  • 起始位,标志一个数据帧的开始,固定为低电平。当数据开始发送时,产生一个下降沿。(空闲–>起始位)
  • 数据位,发送数据帧,1为高电平,0为低电平。低位先行。 比如 发送数据帧0x0F 在数据帧里就是低位线性 即 1111 0000
  • 校验位,用于数据验证,根据数据位的计算得来。有奇校验,偶校验和无校验。
  • 停止位,用于数据的间隔,固定为高电平。数据帧发送完成后,产生一个上升沿。(数据传输–>停止位)

下方就是一个字节数据的传输过程,从图中可以看出,串口发送的数据一般都是以数据帧的形式进行传输,每个数据帧都由起始位,数据位,停止位组成, 且停止位可变。
在这里插入图片描述


二、串口的发送和接收

USART是STM32内部集成的硬件外设,可以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,也可以自动接收RX引脚的数据帧时序,拼接成一个字节数据,存放在数据寄存器里。

当配置好USART的电路之后,直接读取数据寄存器,就可以自动发送数据和接收数据了。在发送和接收的模块有4个重要的寄存器

  • 发送数据寄存器TDR
  • 发送移位寄存器,把一个字节的数据一位一位的移出去
  • 接收数据寄存器RDR
  • 接收移位寄存器,把一个字节的数据

下方为串口的发送和接收图解:

在这里插入图片描述


串口发送

在配置串口的各个参数时,可以选择发送数据帧的数据位的大小,可选8位或9位。

串口发送数据实际上就是对发送数据寄存器TDR进行写操作

1. 当串口发送数据时,会检测发送移位寄存器是不是有数据正在移位,如果没有移位,那么这个数据就会立刻转移到发送移位寄存器里。准备发送。

2. 当数据移动到移位寄存器时,会产生一个TXE发送寄存器空标志位,该位描述如下。当TXE被置1,那么就可以在TDR写入下一个数据了。即发送下一个数据。

在这里插入图片描述

3. 发送移位寄存器在发送器控制的控制下,向右移位,一位一位的把数据传输到TX引脚。
在这里插入图片描述

4. 数据移位完成后,新的数据就会再次从TDR转移到发送移位寄存器里来,依次重复1-3的过程。通过读取TXE标志位来判断是否发送下一个数据。


串口接收

  1. 数据从RX引脚通向接收移位寄存器,在接收控制的控制下,一位一位的读取RX的电平,把第一位放在最高位,然后右移,移位八次之后就可以接收一个字节了。
  2. 当一个字节数据移位完成之后,这一个字节的数据就会整体的移到接收数据寄存器RDR里来。
  3. 在转移时会置RXNE接收标志位,即RDR寄存器非空,下方为该位的描述。当被置1后,就说明数据可以被读出在这里插入图片描述下图即为串口接收的工作流程

在这里插入图片描述


三、串口在STM32中的配置

首先要明确几点:使用STM32串口外设中的哪一个?串口发送或者接收数据?串口相关的参数配置?发送或接收是否使用到中断?

下方为串口发送的配置。

1. RCC开启USART、串口TX/RX所对应的GPIO口

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);//开启USART2的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//开启GPIOA的时钟

2. 初始化GPIO口
这里注意哈,根据自己的需求来配置GPIO口,发送和接收是都需要还是只需要其中一个。然后对应的根据引脚定义表来初始化对应的GPIO口。

USART2对应的引脚
在这里插入图片描述

USART1对应的引脚
在这里插入图片描述

这里根据手册来看,RX引脚模式配置成浮空输入或者上拉输入。TX引脚模式配置成复用推挽输出。

**比如我这里只初始化TX发送端**
//TX端
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2;//USART2对应的TX端为GPIOA2
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//50MhZGPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

3. 串口初始化
注意哈,USART_Init()这个函数,是用来配置串口的相关参数的。

  • USART_BaudRate 串口通信使用的波特率 一般是9600或者是115200,这里我们给9600
  • USART_HardwareFlowControl 是否选择硬件流触发,一般这个我们也不选,所以选择无硬件流触发。
  • USART_Mode 这个参数要注意了哈,串口的模式,发送模式还是接收模式,还是两者都有
  • USART_Parity 校验位,可以选择奇偶校验和不校验。没有需求就直接无校验
  • USART_StopBits 停止位 有1、0.5、2位,我们这里选1位停止位
  • USART_WordLength 数据位 有8位和9位可以选择
//串口初始化
    USART_InitTypeDef USART_InitStruct;USART_StructInit(&USART_InitStruct);//初始默认值
    USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;
    USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;//不使用硬件流触发
    USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx;//TX 发送模式
    USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No;//不选择校验
    USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1;//停止位1位
    USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;//数据位8位USART_Init(USART2,&USART_InitStruct);

4. 串口使能

//串口使能USART_Cmd(USART2,ENABLE);

5. 串口发送数据
注意哈,我们要判断TXE标志位的状态。0,数据还没有被转移到移位寄存器;1,数据已经被转移到移位寄存器。当TXE标志位为1时,就说明可以发送下一个数据了。详细过程可看上面串口发送的解释。

voidSerial_SendByte(uint16_t Byte){USART_SendData(USART2,Byte);//0 表示数据还未转移到移位寄存器 循环等待 1 数据已经被转移到了移位寄存器可以发送数据while(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_TXE)==RESET);//不需要手动清零 再次写入TDR时会自动清零    }

经过上述五步的配置,单片机就可以通过串口发送数据了。

下方为发送数据图例,STM32向串口发送0x16数据
在这里插入图片描述


四、串口接收的两种实现方式

上方是发送数据的例子,那么串口接收又该如何配置,又要在串口发送的例子上做哪些更改呢?

这里我们可以通过查询或者中断的方式来进行接收数据的两种方式。

  • 查询方式就是通过不断的查询RXNE标志位,通过判断RXNE位的状态来确定数据是否接收。
  • 中断方式就是通过配置接收输出控制通道,配置NVIC,在中断服务子函数里进行数据的接收。

1. 需要更改的地方

既然我们要实现串口的接收,那么就要配置串口RX引脚,在串口模式中添加USART_Mode_RX模式。

  • 初始化RX引脚
//RX端
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;//上拉输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//50MhZGPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  • 添加串口模式
USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Tx|USART_Mode_Rx;//TX 发送模式  RX 接收模式

2. 查询RXNE标志位

这里我们还是来看一看RXNE标志位的描述

在这里插入图片描述
上图描述,为0时数据没有收到,为1时收到了数据,数据可以从RDR里读出

所以在主程序里不断读取RXNE标志位,如果为1,表示数据可以读出

uint8_t RX_Data;intmain(){Serial_Init();Serial_SendByte(0x16);while(1){if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_RXNE)==SET)//0 循环等待 1 可以接收数据{
            RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);Serial_SendByte(RX_Data);}}}

下图为程序现象:pc向单片机发送数据0x15,单片机接收数据0x15,并且把接收到的数据作为数据发送到pc,在pc上显示0x15。
在这里插入图片描述

3. 使用中断

  • 通过配置串口的接收作为中断源,开启中断输出控制,配置NVIC。开启中断通道。
//开启中断输出控制USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE);//配置NVICNVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); 
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;//选择USART2的中断通道
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;//中断使能
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
  • 中断服务子函数 中断服务子函数写好后,就可以在中断里读取接收到的数据了。 当接收到数据后,触发接收中断,主程序暂停执行。接收完数据后主程序回复执行。当接收到数据时,就触发中断。
voidUSART2_IRQHandler(void){if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)//RXNE 标志位为1 表示可以接收数据{
        RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
        Flag=1;USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);//清除RXNE标志位}}
  • 主程序测试
uint8_t RX_Data;uint8_t Flag;intmain(){Serial_Init();Serial_SendByte(0x16);while(1){if(Flag==1){Serial_SendByte(RX_Data);}}}voidUSART2_IRQHandler(void){if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET)//RXNE 标志位为1 表示可以接收数据{
        RX_Data=USART_ReceiveData(USART2);
        Flag=1;USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE);//清除RXNE标志位}}

下图为程序现象:可以看到,串口确实收到了数据,只是我把接收到的数据0xFE放在了while循环里,这说明数据接收是成功的,使用中断是可行的。
在这里插入图片描述


总结

到这里,就大致总结了串口的发送和接收。

串口的配置,使用查询或者中断来接收数据。

串口的使用会很常用到,所以在这里对串口做一个总结,也算是对之前知识的一个回顾和总结,加强印象。

如果有什么写的不对的地方,欢迎指正!

加油加油!

听不懂就多看两遍,认真听,慢慢琢磨,多看几遍,一定可以学会!

标签: stm32 单片机 arm

本文转载自: https://blog.csdn.net/cyaya6/article/details/127808117
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