一篇文章看懂STM32-USART串口通信(附上练习小项目详细注释)

Note

配置USART步骤

①开启USART时钟和GPIO时钟

②GPIO初始化，把TX配置为复用输出，RX配置为上拉输入

③配置USART，利用结构体

④开启开关控制

1.串口协议介绍

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

2）串口通信

• 串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信

• 单片机的串口可以使单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与各式各样的模块互相通信，极大地扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力

3）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

4）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（单片机最常用的电平）

• 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）

5）串口参数

• 波特率：串口通信的速率

  • 比如每隔1s发送一位就要每隔1s接收一位，避免重复或漏掉

  • 波特率=1bps => 1秒要发送1000位，每一位的时间为1ms，每隔1ms发送一位

• 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

  • 如果双方约定奇校验，发送方在发送数据后，会补一个校验位，保证1的个数为奇数，接收方在接收数据后，会验证数据位和校验位，如果1的个数还是奇数，就认为数据没有出错；偶校验反之

• 停止位：用于数据帧间隔，固定为高电平

• 串口数据帧的整体结构：串口中，每一个字节都装载在一个数据帧里面，每个数据帧都由起始位、数据位和停止位组成，数据位有8位代表一个字节的8位(另外右边的图数据位有9位，还可以在数据位最后加一个奇偶效验位)

6）串口时序

7）总结

TX引脚输出定时翻转的高低电平，RX引脚定时读取引脚的高低电平，每个字节的数据加上起始位、停止位、可选的校验位，打包为数据帧，依次输出在TX引脚，另一端RX引脚依次接收，这样就完成了字节数据的传递

2.USART外设介绍

1）USART简介

• USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)通用同步/异步收发器（UART同步收发器）

• 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(相当于一个分频器)，最高达4.5 Mbits/s

  • 常用波特率---9600/115200

• 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(在APB2上)、USART2、USART3(在APB1上)

2）USART框图

3）USART基本结构

4）数据帧模式细节图

最好选择9位有校验或8位无校验，这样每一帧的有效载荷才是1字节

5）起始位侦测图

以波特率的16倍频率进行采样，也就是1位的时间长度进行16次采样。检测到下降沿后，在第3,5,7次会进行一批采样，在第8,9,10次会再进行一批采样，采样要求如上图

6）检测噪声的数据采样图

在8,9,10次连续采样三次，没有噪声的理想情况下，这3次肯定全为1或者全为0，如果有噪声，导致3次采样不是全为1或者全为0，采用2：1原则进行采样，2次为1就为1反之亦然，但是噪声标志位NE会置1

7）波特率发生器

8）CH340原理图

9）数据模式

• HEX模式/十六进制模式/二进制模式：以原始数据的形式显示

• 文本模式/字符模式：以原始数据编码后的形式显示

10）数据包

数据包的作用：将一个个单独的数据打包起来，方便进行多字节的数据通信

①HEX数据包的格式

• 固定包长，含包头包尾：每个数据包的长度都固定不变，前面是包头，后面是包尾

• 可变包长，含包头包尾：每个数据包的长度都可以是不一样的，前面是包头，后面是包尾

• 如果数据和包头包尾重复可能会产生误判，解决方法：

  • 限制载荷数据的范围，对数据进行限幅

  • 如果无法避免载荷数据和包头包尾重复，那就尽量使用固定长度的数据包，这样载荷数据是固定的，只要通过包头包尾对齐了数据，就可以严格知道哪个数据应该是包头包尾，哪个数据应该是载荷数据

  • 增加包头包尾的数量，并且让它尽量呈现出载荷数据出现不了的状态

②文本数据包的格式

③HEX数据包接收

④文本数据包接收

3.串口发送project

硬件接线图

代码

Serial.c模块代码

#include "stm32f10x.