STM32 - USART串口通信

本文以 正点原子-探索者开发板-STM32F407ZGT6为硬件平台进行代码讲解

1. 简介

通用同步异步收发器 (USART) 能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换，满足外部设备对工业标准 NRZ 异步串行数据格式的要求。

串口作为 MCU 的重要外部接口，同时也是软件开发重要的调试手段，其重要性不言而喻，现在基本上所有的 MCU 都会带有串口。

• 支持同步单向通信和半双工单线通信；
• 支持 LIN（局域互连网络）、智能卡协议与 IrDA (红外线数据协会）SIR ENDEC 规范，以及调制解调器操作 (CTS/RTS)。
• 支持多处理器通信。

2. 功能解析

2.1 功能框图

接口通过三个引脚从外部连接到其它设备：

• RX： 接收数据输入引脚
• TX： 发送数据输出引脚。

• 如果关闭发送器，该输出引脚模式由其 I/O 端口配置决定。
• 如果使能了发送器但没有待发送的数据，则 TX 引脚处于高电平。

• SW_RX： 在单线和智能卡模式下，USART 电平下，随后在 SW_RX 上接收数据

在同步模式下连接时需要以下引脚：

● SCLK：发送器时钟输出。
该引脚用于输出发送器数据时钟，以便按照 SPI 主模式进行同步发送（起始位和结束位上无时钟脉冲，可通过软件向最后一个数据位发送时钟脉冲）。
RX 上可同步接收并行数据。

在硬件流控制模式下需要以下引脚：

● nCTS：“清除以发送”用于在当前传输结束时阻止数据发送（高电平时）
● nRTS：“请求以发送”用于指示 USART 已准备好接收数据（低电平时）。

2.2 中断

USART 中断事件被连接到相同的中断向量：

● 发送期间：发送完成、清除以发送或发送数据寄存器为空中断。
● 接收期间：空闲线路检测、上溢错误、接收数据寄存器不为空、奇偶校验错误、LIN 断路 检测、噪声标志（仅限多缓冲区通信）和帧错误（仅限多缓冲区通信）

如果相应的使能控制位置 1，则这些事件会生成中断。

中断请求与中断事件列表如下：

2.3 寄存器

1）状态寄存器 (USART_SR)

2）数据寄存器 (USART_DR)

3）波特率寄存器 (USART_BRR)

4）控制寄存器 1 (USART_CR1)

3. 代码示例

代码目标：

利用串口 1 不停的打印信息到电脑上，同时接收从串口发过来的数据，把发送过来的数据直接送回给电脑

1）串口初始化

//初始化 IO 串口 1
//pclk2:PCLK2 时钟频率(Mhz)
//bound:波特率
void uart_init(u32 pclk2,u32 bound) {
	float temp;
	u16 mantissa;
	u16 fraction; 
	temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);//得到 USARTDIV@OVER8=0
	mantissa=temp; //得到整数部分
	fraction=(temp-mantissa)*16; //得到小数部分@OVER8=0，小数点部分要转换为16进制（小数点部分占了4bit，所以乘以16将小数转换为整数）
	 mantissa<<=4;
	mantissa+=fraction;

	RCC->AHB1ENR|=1<<0; //使能 PORTA 口时钟 
	RCC->APB2ENR|=1<<4; //使能串口 1 时钟
	GPIO_Set(GPIOA,PIN9|PIN10,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_50M,
	GPIO_PUPD_PU); //PA9,PA10,复用功能,上拉输出
	GPIO_AF_Set(GPIOA,9,7); //PA9,AF7
	GPIO_AF_Set(GPIOA,10,7); //PA10,AF7

	//波特率设置
	USART1->BRR=mantissa; // 波特率设置
	USART1->CR1&=~(1<<15); //设置 OVER8=0 
	USART1->CR1|=1<<3; //串口发送使能

#if EN_USART1_RX //如果使能了接收
	//使能接收中断
	USART1->CR1|=1<<2; //串口接收使能
	USART1->CR1|=1<<5; //接收缓冲区非空中断使能 
	MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQn,2);//组 2，最低优先级
#endif

USART1->CR1|=1<<13; //串口使能
}

2）串口中断处理函数

USART1_IRQHandler是串口1的中断响应函数，当串口 1 发生了相应的中断后，就会跳到该函数执行

自定义的寄存器 USART_RX_STA如下：

设计思路：

当接收到从电脑发过来的数据，把接收到的数据保存在 USART_RX_BUF 中，同时在接收状态寄存器（USART_RX_STA）中计数接收到的有效数据个数
当收到回车（回车的表示由 2个字节组成：0X0D 和 0X0A）的第一个字节 0X0D 时，计数器将不再增加，等待 0X0A 的到来，
	如果顺利接收到 0X0A，则标记 USART_RX_STA 的第 15 位，这样完成一次接收，并等待该位被其他程序清除，从而开始下一次的接收，
	如果 0X0A 没有来到，则认为这次接收失败，重新开始下一次接收
	如果迟迟没有收到0X0D，那么在接收数据超过USART_REC_LEN的时候，则会丢弃前面的数据，重新接收。

//串口1中断服务程序
//注意,读取USARTx->SR能避免莫名其妙的错误
u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];     //接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.
//接收状态
//bit15，	接收完成标志
//bit14，	接收到0x0d
//bit13~0，	接收到的有效字节数目
u16 USART_RX_STA=0;       //接收状态标记

void USART1_IRQHandler(void) {
	u8 res;
#if SYSTEM_SUPPORT_OS 		//如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
	OSIntEnter();    
#endif
	if(USART1->SR&(1<<5)) { //接收到数据
		res=USART1->DR;
		if((USART_RX_STA&0x8000)==0) { //接收未完成
			if(USART_RX_STA&0x4000) { //接收到了0x0d
				if(res!=0x0a)
					USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
				else
					USART_RX_STA|=0x8000;	//接收完成了 
			} else { //还没收到0X0D
				if(res == 0x0d) {
					USART_RX_STA |= 0x4000;
				} else {
					USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF] = res;
					USART_RX_STA++;
					if(USART_RX_STA > (USART_REC_LEN-1))
						USART_RX_STA = 0;		//接收数据错误,重新开始接收	  
				}		 
			}
		}  		 									     
	} 
#if SYSTEM_SUPPORT_OS 	//如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
	OSIntExit();  											 
#endif
}

3）整体test

int main() {
	u8 t;
	u8 len;
	u16 times=0; 
	Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);	//设置时钟,168Mhz 
	delay_init(168); //延时初始化
	
	uart_init(84, 115200);	//PCLK2为84M，波特率115200
	
	LED_Init();
	
	while(1) {
		if(USART_RX_STA&0x8000) {
			len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
			printf("\r\n 您发送的消息为:\r\n");
			
			for(t=0;t<len;t++) {
				USART1->DR=USART_RX_BUF[t];
				while((USART1->SR&0X40)==0);//等待发送结束
			}
		
			printf("\r\n");//插入换行
			USART_RX_STA=0;
		} else {
			times++;
						
			if(times%5000==0)
				printf("请输入数据,以回车键结束\r\n"); 
			if(times%50==0)
				LED0=!LED0;//闪烁 LED,提示系统正在运行.
			delay_ms(10);
		}
	}
	
	return 0;
}