CubeMax配置串口通讯

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已于 2025-06-23 15:50:33 修改

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文章标签：单片机 fpga开发嵌入式硬件

于 2025-06-17 22:23:36 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/QL_SD/article/details/148700349

串口基础知识

问：什么是串口通讯？

答：
串口通讯（Serial Communication）是一种按位（bit）逐次发送和接收数据的通信方式，仅需少量信号线（如 TX、RX、GND）即可实现设备间数据传输。

特点：

异步传输：无需共享时钟信号（CLK），依靠波特率（Baud Rate）同步。
数据帧结构：由起始位（Start Bit）、数据位（5-9 bit）、校验位（可选）和停止位（Stop Bit）组成。
简单可靠：适合低速、长距离通信（如工业控制、传感器数据采集）。

问：串口通讯协议有哪些？

答：
串口通信协议可分为物理层标准（硬件接口+电平规范）和协议层规范（数据帧格式+校验规则）两类。

1. 物理层标准（硬件接口+电平规范）

标准	电平特性	传输方式	传输距离	典型应用
TTL	0V（逻辑0） / 3.3V或5V（逻辑1）	单端信号	<1m	单片机、嵌入式设备
RS-232	±3V~±15V（逻辑1：-3V~-15V，逻辑0：+3V~+15V）	单端信号	<15m	旧电脑串口、工业设备
RS-485	差分信号（A/B线电压差表示逻辑）	差分信号	≤1200m	工业自动化（Modbus）
CAN	差分信号（CAN_H/CAN_L）	差分信号	≤40m（1Mbps）	汽车电子、工业控制

2. 协议层规范（数据帧格式+校验规则）

协议	传输方式	特点	典型应用
UART	异步	无时钟信号，需约定波特率	单片机调试、传感器
USART	同步/异步	比UART多同步模式（如SPI）	高速通信（如STM32）
Modbus	基于UART/RS-485	主从架构，支持多设备	工业自动化
CAN协议	同步（带位仲裁）	多主机、错误检测、高可靠	汽车电子

问：RS232、USART、UART、CAN、RS485的区别？

答：

特性	UART	USART	RS-232	RS-485	CAN
传输方式	异步	同步/异步	异步	异步/同步	同步
电平标准	TTL（0V/3.3V/5V）	TTL	±3V~±15V	差分（±1.5V~±5V）	差分（±2V）
通信距离	<1m（TTL）	<1m（TTL）	<15m	≤1200m	≤40m（1Mbps）
抗干扰	弱	中	中	强	极强
拓扑结构	点对点	点对点	点对点	多点（总线）	多点（总线）
典型应用	调试接口	高速通信	旧电脑外设	工业Modbus	汽车电子

总结：

UART/USART：协议层，定义数据格式（USART支持同步）。
RS-232/RS-485：物理层，定义电平与接口（RS-485更先进）。
CAN：高可靠总线协议，适用于复杂环境。

补充关键点

波特率（Baud Rate）：每秒传输的符号数（如9600、115200bps），需收发双方一致。
校验方式：奇校验、偶校验、无校验，用于检测数据错误。
全双工 vs 半双工：
- 全双工（如UART）：TX、RX可同时收发。
- 半双工（如RS-485）：同一时间只能发送或接收。

以STM32F103VGT6为例，用STM32CubeMX配置串口

基础配置：

1. 高速时钟配置成外部晶振

2.Debug模式选择Serial Wire

3.时基资源选择 TIM5（如果使用Free RTOS，否则默认Systick即可）

其中RCC的三个操作的含义是

1. Master Clock Output 1/2 的含义

作用：
Master Clock Output（MCO）引脚允许微控制器将内部时钟信号（如HSE、HSI、PLL等）输出到外部设备，例如：

1.为其他芯片（如传感器、通信模块、音频编解码器）提供同步时钟。

2.调试时监测内部时钟频率

2. Audio Clock Input (I2S_CKIN) 的含义

作用：这是用于音频接口（I2S协议）的外部时钟输入引脚，允许外部音频设备（如CODEC）提供主时钟信号，确保音频数据传输的同步性。

2. 何时选择 Master Clock Output？

需要选择的情况：

1.外部设备需要时钟同步：例如，连接外部ADC、DAC、FPGA或其他需要精确时钟的器件。

2.多设备时钟共享：避免为每个设备单独设计时钟电路，简化硬件设计。

3.调试或测试：通过输出内部时钟到示波器，验证时钟频率是否正确。

无需选择的情况：

1.外部设备自带振荡器（如晶振）或不需要主时钟同步。

2.系统无时钟共享需求，或仅使用内部时钟。

4.何时选择 Audio Clock Input (I2S_CKIN)

1.使用外部音频设备（如数字麦克风、音频编解码器）且需由外部提供时钟时启用。

2.内部时钟无法满足音频精度要求（如高保真音频需低抖动时钟）

串口配置

UART和USART有区别，所以在CubeMX上配置时，UART相较USART的模式选项，少了一个SmartCard，同时少了一个RS232硬件协议的选择.

通信模式（Mode）选项介绍：

1、Asynchronous（异步模式）

含义：数据以不定时的方式传输，依赖起始位和停止位同步，无需共享时钟信号（如UART）。

作用：简化硬件设计，适应不同速率的设备通信。

何时使用：

常见的串口通信（如调试日志、传感器数据读取）。

设备间时钟不同步或距离较远（如GPS模块与MCU）。

2、Synchronous（同步模式）

含义：数据通过共享时钟信号（如SCLK）严格同步传输（如SPI、I2C）。

作用：提高传输速率和可靠性。

何时使用：

高速或实时性要求高的场景（如显示屏刷新、高速ADC采样）。

主从设备需严格同步（如EEPROM读写）。

3、Single Wire (Half-Duplex)（单线半双工）

含义：单根线分时双向传输数据，同一时间只能发送或接收。

作用：节省引脚资源。

何时使用：

引脚有限的场景（如单总线协议DS18B20温度传感器）。

4、Multiprocessor Communication（多处理器通信）

含义：支持多个设备共享总线，通过地址识别目标设备。

作用：实现一主多从的通信架构。

何时使用：

多个MCU或外设需共用同一总线（如工业控制网络）。

5、IrDA（红外通信）

含义：通过红外光传输数据，需编解码模块。

作用：无线短距离通信。

何时使用：

红外遥控、医疗设备（如血氧仪）。

6、LIN（局域互联网络）

含义：低成本车载通信协议，单线传输。

作用：替代复杂CAN总线用于简单控制。

何时使用：

汽车电子中的次级网络（如车窗控制、座椅调节）。

7、SmartCard（智能卡模式）

含义：支持ISO7816标准的智能卡接口。

作用：安全身份验证或支付。

何时使用：

SIM卡、银行卡读卡器。

硬件流控（Hardware Flow Control）

1、Disable（禁用流控）

含义：不启用硬件流控信号（CTS/RTS）。

作用：简化接线，适用于低速率或可靠环境。

何时使用：

短距离通信或波特率较低（如9600bps以下）。

设备间缓存足够（如MCU与PC串口调试）。

2、CTS Only（仅清除发送）

含义：仅使用CTS信号，接收方控制发送方数据流。

作用：防止接收方缓冲区溢出。

何时使用：

单向大数据量传输（如GPS模块持续输出数据）。

3、RTS Only（仅请求发送）

含义：仅使用RTS信号，发送方请求接收方准备。

作用：确保接收方就绪后再发送数据。

何时使用：

接收方处理能力有限（如低速MCU接收高速数据）。

4、CTS/RTS（全硬件流控）

含义：同时启用CTS和RTS信号，双向控制数据流。

作用：避免数据丢失，提高高波特率下的可靠性。

何时使用：

高速通信（如115200bps以上）或噪声环境（如工业现场）。

设备间处理速度差异大（如MCU与4G模块通信）。

总结

①通信模式选择：

根据协议要求（如UART/SPI）、设备数量（单设备/多设备）、传输方向（全双工/半双工）决定。

②硬件流控选择：

根据波特率、传输距离、设备缓存能力决定是否启用CTS/RTS。

典型场景：

异步+禁用流控：普通串口调试。

同步+全流控：高速SPI连接ADC。

LIN模式：汽车电子控制。

选择USART3的Asynchronous（异步模式）模式

一、参数配置

1.波特率的数值是自己输入

2.字长是选择的，8字长或9字长

3.奇偶校验处可以选择无、Even（奇）、Odd（偶）

4.停止位可以选择1、2位停止位

5.数据方向则是三个选项：收发、仅收、仅发

6.过样率（采样率）：16 Samples 或者 8 Samples。其功能是选择每bit的采样次数，8就是每bit采样8次，16同理。高采样则数据准，但是传输数据会慢。

在CubeMX中，选择 16x Oversampling 可显著降低115200bps下的误码率。

用户常量则是自定义宏

添加常量：

在界面点击 add → 输入 NAME 和 VALUE（如 PWM_FREQUENCY 1000）。

生成代码：

工具会在 main.h 或 stm32xxxx_hal_conf.h 中生成：

#define PWM_FREQUENCY 1000

NVIC设置（嵌套向量中断控制设置）

勾选上Enabled，也就是使能中断，而具体参数需要看到System Core中的NVIC进行配置抢占优先级（Preemption Priority）和响应优先级（Sub Priority）

NVIC配置

点到System Core的NVIC，可以看到

在NVIC参数界面，左上角的Priority Group是优先级分组

这个是4bit划分抢占和响应的数量。抢占优先级（Preemption Priority）和响应优先级（Sub Priority）。

而其右侧的两个选项则是排序

Sort by Preemption Priority and Sub Priority：按中断的抢占优先级（Preemption Priority）和子优先级（Sub Priority）对中断表进行排序。

Sort by interrupts names：按中断的名称（字母顺序）对中断表进行排序。

Show则是显示各种中断

Available interrupts

显示当前硬件支持的所有中断源（无论是否启用）。

用途：查看芯片支持的中断列表（如USART、TIMER、DMA等）。

Enabled interrupts

仅显示已在代码中启用（Enabled）的中断（即NVIC中已配置的中断）。

用途：快速检查当前激活的中断，避免遗漏或冲突。

All interrupts

显示全部中断（包括未启用、不可用或保留的中断）。

用途：完整查看所有可能的中断（通常用于调试或底层开发）。

Force DMA Channels Interrupts：

"Force DMA Channels Interrupts"（强制启用DMA通道中断）是一个配置选项，通常在嵌入式开发工具（如STM32CubeMX、IAR或Keil的NVIC配置界面）中出现，用于强制显示或启用DMA相关的中断，即使这些中断默认未在NVIC表中列出或未被代码显式启用。

显示隐藏的DMA中断

DMA（直接内存访问）控制器通常有多个通道（如DMA1_Channel1、DMA2_Channel3等），每个通道可能对应不同的外设（如USART、SPI、ADC）。默认情况下，某些工具可能不会在NVIC中断表中列出所有DMA通道中断（尤其是未使用的通道）。

勾选此选项会强制显示所有DMA通道中断，方便开发者查看或配置。

Code generation

Code Generation 选项用于控制 如何自动生成中断相关的初始化代码。它决定了：

是否生成中断使能代码（HAL_NVIC_EnableIRQ()）。
是否生成中断服务函数（ISR）的框架（如 USART3_IRQHandler）。
是否自动调用HAL库的中断处理函数（如 HAL_UART_IRQHandler）。

列名	作用	推荐配置
Enabled interrupt table	显示已使能的中断列表（如USART3、TIM5）。	自动生成，无需修改
Select for intl sequence ordering	调整中断初始化代码的顺序（影响启动时的中断使能时机）。	默认即可
Generate Enable in intl	是否在初始化代码中生成 `HAL_NVIC_EnableIRQ()`（使能中断）。	✅ 勾选（必须）
Generate IRQ handler	是否生成中断服务函数（ISR）的框架代码（如 `USART3_IRQHandler`）。	✅ 勾选（需自定义逻辑时）
Call HAL handler	是否在ISR中自动调用HAL库的中断处理函数（如 `HAL_UART_IRQHandler`）。	✅ 勾选（简化开发）

(1) Generate Enable in intl

作用：

生成 HAL_NVIC_EnableIRQ(IRQn) 代码，使能中断。如果不勾选，即使配置了中断也不会生效。

示例代码：

// 在生成的初始化代码中（如 main.c）
HAL_NVIC_EnableIRQ(USART3_IRQn);  // 使能USART3中断

(2) Generate IRQ handler

作用：
在 stm32xxxx_it.c 文件中生成中断服务函数（ISR）的空框架，供用户填充自定义逻辑。

示例代码：

// stm32xxxx_it.c
void USART3_IRQHandler(void) {
    // 用户在此添加处理代码（如读取接收到的数据）
}

(3) Call HAL handler

作用：
在ISR中自动调用HAL库的通用中断处理函数（如 HAL_UART_IRQHandler），由HAL库处理底层逻辑（如清除中断标志、调用回调函数）。

示例代码：

void USART3_IRQHandler(void){
        HAL_UART_IRQHandler(&huart3); // 自动处理UART中断
}

CubeMax配置串口通讯

串口基础知识

问：什么是串口通讯？

问：串口通讯协议有哪些？

1. 物理层标准（硬件接口+电平规范）

2. 协议层规范（数据帧格式+校验规则）

问：RS232、USART、UART、CAN、RS485的区别？

总结：

补充关键点

以STM32F103VGT6为例，用STM32CubeMX配置串口

基础配置：

其中RCC的三个操作的含义是

1. Master Clock Output 1/2 的含义

2. Audio Clock Input (I2S_CKIN) 的含义

2. 何时选择 Master Clock Output？

4.何时选择 Audio Clock Input (I2S_CKIN)

串口配置

通信模式（Mode）选项介绍：

1、Asynchronous（异步模式）

2、Synchronous（同步模式）

3、Single Wire (Half-Duplex)（单线半双工）

4、Multiprocessor Communication（多处理器通信）

5、IrDA（红外通信）

6、LIN（局域互联网络）

7、SmartCard（智能卡模式）

硬件流控（Hardware Flow Control）

1、Disable（禁用流控）

2、CTS Only（仅清除发送）

3、RTS Only（仅请求发送）

4、CTS/RTS（全硬件流控）

总结

典型场景：

选择USART3的Asynchronous（异步模式）模式

一、参数配置

用户常量则是自定义宏

NVIC设置（嵌套 向量 中断 控制 设置）

NVIC配置

Sort by Preemption Priority and Sub Priority：按中断的 抢占优先级（Preemption Priority） 和 子优先级（Sub Priority） 对中断表进行排序。

Sort by interrupts names：按中断的 名称（字母顺序） 对中断表进行排序。

Available interrupts

Enabled interrupts

All interrupts

Force DMA Channels Interrupts：

Code generation

(1) Generate Enable in intl

(2) Generate IRQ handler

(3) Call HAL handler

NVIC设置（嵌套向量中断控制设置）

Sort by Preemption Priority and Sub Priority：按中断的抢占优先级（Preemption Priority）和子优先级（Sub Priority）对中断表进行排序。

Sort by interrupts names：按中断的名称（字母顺序）对中断表进行排序。