STM32串口相关知识的了解与学习

串口简介

• 通用异步收发传输器
• Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART
• 具有TX和RX俩个信号线
• 可以将数据串行地发送给接收方
  • 串口的数据是按照每一位依次发送的，同时只有一条信号线用于发送
  • 大多数通信协议都是串口的
• 串口没有时钟线，接收方根据波特率确定采样时间（异步通信）
• 波特率：每秒串口发送的位速率
• 常用115200bps，等效的数据传输速率一般为11.25KB/s

串口的数据传输

• TX接RX,RX接TX,两条数据线上的信号格式相同但是方向不同
• 可以同时发送和接收数据（全双工）
• 一个数据包由起始位，结束位，数据位，和校验位（校验位可有可无）组成
• 每一位的时长由波特率决定，停止位可以是1~2个时钟
• 串口空闲时（即没有数据传输时）保持高电平
• 数据可以是5~9位，最低位（LSB）先发送，最高位（MSB）后发送

奇偶校验

• 串口的最后一个数据位和结束位之间可以插入校验位
• 校验位将这一字节数据中1的个数补齐至偶数个
  • 例如，原来8位中数据有5个1，如果是奇校验则第9位校验位为0，偶校验则校验位为1
• 如果通信中有一位发生错误校验会不通过，数据就被舍弃

STM32的串口特点

• UART，USART和LPUART（三种）

  • UART,和USART基本相同

  • 但USART可以当SPI主机用（不推荐）

  • LPUART可以使用32KHz时钟，这时功耗很低，常用于一些低功耗芯片

• 可以自由设置波特率

• 具有多种高级功能（很少用）

  • 支持全双工，单线半双工模式
  • 具有硬件RS232流控
  • 第二代串口支持硬件RS485流控，自动波特率等
  • 第三代USART增加了对SPI从机的支持

STM32串口工作原理

• 发送：数据被写入串口外设，然后串口按照波特率依次发送数据并添加起始位和停止位
• 接收：串口外设可被配置为以波特率的8倍或16倍的频率采样RX引脚上的电平，然后串口会自动分析数据并将接收到的数据提取出来
• 串口波特率的最大值取决于串口外设的时钟和接收采样倍数

STM32的串口中断

• 每个串口都有一个中断向量
• 当串口发生特定事件即可触发中断，例如
  • 一个数据包的数据发送完成
  • 一个数据包的数据接收完成
  • 串口通信错误（如奇偶校验错误）
  • 串口处于空闲状态（连续一个字节的时间RX处于高电平）
  • …
• 软件需判定触发中断的具体事件

串口1和串口6互相通信（实验）

• UART1使用中断发送数据
• UART6使用中断接收数据
• 使用按键触发发送
• 尝试同时收发数据

配置外设

打开Cube，首先把PA0设置为GPIO-EXTI0在Connectivity中把串口1和串口6打开（即USART1和USART6）,在mode里选择Asynchronous即打开异步模式

STM32的所有外设都可以被配置在不同引脚上（可以切换引脚）

按住ctrl键后点击引脚就可以显示可以被切换的引脚位置

按住ctrl键不动，即可以把原来设置好的引脚拖到可以替换的引脚位置

在USART1的Parameter Settings中的Baud Rate(比特率)，Word Length(一个数据包有多少个数据位，包括校验位)，Parity校验选项（不校验，偶校验，奇校验），Stop Bits停止位，Over Sampling超采样（采用频率的倍数，决定了串口波特率的上限，把16Samples改为8Samples可以提高上限）

在NVIC中把EXTI0的中断勾选上

在GPIO中把GPIO设置为上升沿或者下降沿触发（下降沿触发即按下按键后触发中断）

然后生成代码

代码编写

在main.c文件中有提供系统运行时间的函数

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  /* USER CODE BEGIN Callback 0 */

  /* USER CODE END Callback 0 */
  if (htim->Instance == TIM7) {
    HAL_IncTick();
  }
  /* USER CODE BEGIN Callback 1 */

  /* USER CODE END Callback 1 */
}

我们来看一下里面调用的HAL_IncTick()函数有什么作用

__weak void HAL_IncTick(void)
{
  uwTick += uwTickFreq;
}

在这个函数下面有一个获得系统运行时间的函数

__weak uint32_t HAL_GetTick(void)
{
  return uwTick;
}

该函数的作用就是获取系统运行时间

首先我们传输数据就需要建立一个发送缓冲区和接收缓冲区（是数组，即一个内存空间，用来存放发送和接收的数据），在 USER CODE BEGIN PV/ END PV里写两个数组充当发送缓冲区以及接收缓冲区,代码如下

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t txDateBuffer[4];
uint8_t rxDateBuffer[4];
/* USER CODE END PV */

要使串口1传送给串口6，我们需要先设置串口1的中断，在 USER CODE BEGIN 4 / END 4 之间写外部中断回调函数的代码

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_PIN)
{
 uint32_t temp=HAL_GetTick;
 *((uint32_t *)txDateBuffer)=temp;//把txDateBuffer的地址强制类型转换为一个uint32_t *的指针
    //由于txDateBuffer是uint8_t类型，因此我们需要借助指针来进行强制类型转换为uint32_t类型
  if (GPIO_PIN==GPIO_PIN_0)
  {
    HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,txDateBuffer,sizeof(txDateBuffer));//其中的IT代表中断
  }
}
/* USER CODE END 4 */

这样我们就成功地发送了数据，接下来就需要在 USER CODE BEGIN 2 / END 2 之间写一个接收数据的函数

  /* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart6,rxDateBuffer,sizeof(rxDateBuffer));
  /* USER CODE END 2 */

然后编写接收的回调函数

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart)
{
  if (huart==&huart6)//判断条件也可以写成huart->Instance==USART6
  {
    HAL_UART_Receive_IT(&huart6,rxDateBuffer,sizeof(rxDateBuffer));//这样就可以执行一个继续接收的程序
      //由于串口接收到的数据是uint32_t存放在rxDateBuffer(但是它是一个uint8_t的数组)
  }
}

由于这样在rxDateBuffer中的数据不方便观察，因此我们需要在BEGIN PV/END PV之间再定义一个uint32_t的数组rxDate,更改后代码如下：

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t txDateBuffer[4];
uint8_t rxDateBuffer[4];
uint32_t rxDate;
/* USER CODE END PV */

然后用这个rxDate去接收rxDateBuffer强制类型转换后的数据

然后把它写到接收函数的前面

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart)
{
  if (huart==&huart6)//(huart->Instance==USART6)
  {
    rxDate=*((uint32_t*)rxDateBuffer);
    HAL_UART_Receive_IT(&huart6,rxDateBuffer,sizeof(rxDateBuffer));
  }
}

然后我们考虑到如果按键产生中断速度过快，就可能使得上一次发送数据后串口还没接收完毕，这时再次传送数据过去，会由于接收串口正在被占用导致下一次传送的数据出现错误，因此需要写一个回调函数来判断上一次传输是否已经完成

void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart)

或者我们可以在按键回调函数里写一个循环,让它判断是否传输完毕，如果未完成就将程序锁死

while (huart1.gState!=HAL_UART_STATE_READY);

这样就完成了串口传输的功能。

时钟树

• STM32的所有外设都是可以配置时钟的
• 大部分外设挂载在APB总线上，它们的时钟频率等于总线频率
• 部分外设可以单独配置时钟频率

参考资料

CH3.1 UART 第1讲 串口基础【南工骁鹰嵌入式软件培训】