【嵌入式STM32-04】STM32 USART 基本原理|库函数程序代码|寄存器

STM32 USART

一、基本原理

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

芯片内的通信接口

同步靠时钟线，异步靠波特率

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

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

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

• 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）

串口参数及时序

• 波特率：串口通信的速率

• 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

USART

• USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）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

• STM32F103C8T6 USART资源： USART1、 USART2、 USART3

*USART框图

工作过程

发送时，硬件检测到有数据写到发送数据寄存器，就会检查当前发送移位寄存器是不是有数据移位，如果没有，数据会立刻全部放到发送移位寄存器，准备发送。当数据从TDR移动到发送移位寄存器后，会置标志位TXE（TX Empty）发送寄存器空，检查TXE标志位为1，就可以写入下一个数据。如果有，等待，一但数据移位完成，立马再放进去。有TDR和移位寄存器的双重缓存，可以保证连续发送数据的时候，数据帧之间不会有空闲，提高工作效率

接收同理RXNE

硬件数据流控：如果发送设备发的太快，接收设备来不及接收，就会出现丢弃或覆盖数据的现象，有了流控可以避免这个问题

nRTS(Request to send)请求发送，是输出脚。n是低电平有效

nCTS(Clear to send)清除发送，是输入脚，用于接收别人的nRTS

数据帧

字长设置

9位选有校验

8位选无校验

停止位

起始位侦测

对接收的要求更高

检测噪声的数据采样，有噪声在RXNE位的上升沿设置NE标志。

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，带小数，更准确

• 计算公式：波特率 = fPCLK2/1 / (16 * DIV)

二、USART库函数

串口发送

void Serial_Init(void)
{
   
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure)