stm32四大通讯方式 串口 iic spi can

原创 已于 2023-06-19 21:15:56 修改
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#stm32 #单片机 #嵌入式硬件

于 2020-02-06 21:15:19 首次发布
本文深入探讨了嵌入式系统中的各种通信方式，包括串行、并行、全双工、半双工、同步和异步通讯，以及USART、IIC、SPI和CAN等常见通讯协议的工作原理和编程实现。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

通讯基本的概念

串行通讯与并行通讯

按数据传送的方式，通讯可分为串行通讯与并行通讯，串行通讯是指按数据位形式一位一位地传输数据的通讯方式。并行通讯一般是指以同时传输多个数据位的数据通讯方式。

全双工、半双工及单工通讯

通讯方式说明
全双工在同一时刻，两个设备之间可以同时收发数据
半双工两个设备之间可以收发数据，但不能在同一个时刻进行
单工在任何时刻都只能进行一个方向的通讯，即一个固定为发送设备，另一个固定为接收设备

同步通讯与异步通讯

根据通讯的数据同步方式，又分为同步和异步两种，可以根据通讯过程中是否有使用到时钟信号进行简单的区分。

USART—串口通讯

可以实现两个设备之间的通讯

编程代码

串口初始化函数
void Debug_USART_Config(void)
{
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
 /* 使能 USART GPIO 时钟 */
 RCC_AHB1PeriphClockCmd(DEBUG_USART_RX_GPIO_CLK |
 DEBUG_USART_TX_GPIO_CLK,
 ENABLE);

 /* 使能 USART 时钟 */
 RCC_APB2PeriphClockCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);
 
 /* 连接 PXx 到 USARTx_Tx*/
 GPIO_PinAFConfig(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT,
 DEBUG_USART_RX_SOURCE,
 DEBUG_USART_RX_AF);
 
 /* 连接 PXx 到 USARTx__Rx*/
 GPIO_PinAFConfig(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT,
 DEBUG_USART_TX_SOURCE,
 DEBUG_USART_TX_AF);
 
 /* GPIO 初始化 */
 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 
 /* 配置 Tx 引脚为复用功能 */
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_PIN ;
 GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
 
/* 配置 Rx 引脚为复用功能 */
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_PIN;
 GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
 
 /* 配置串 DEBUG_USART 模式 */
 /* 波特率设置：DEBUG_USART_BAUDRATE */
 USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
 /* 字长(数据位+校验位)：8 */
 USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
 /* 停止位：1 个停止位 */
 USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
 /* 校验位选择：不使用校验 */
 USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
 /* 硬件流控制：不使用硬件流 */
 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =
 USART_HardwareFlowControl_None;
 /* USART 模式控制：同时使能接收和发送 */
 USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
 /* 完成 USART 初始化配置 */
 USART_Init(DEBUG_USART, &USART_InitStructure);
 
 /* 嵌套向量中断控制器 NVIC 配置 */
 NVIC_Configuration();


 /* 使能串口接收中断 */
 USART_ITConfig(DEBUG_USART, USART_IT_RXNE, ENABLE);
 
/* 使能串口 */
USART_Cmd(DEBUG_USART, ENABLE);
 }
发送函数
 /***************** 发送一个字符 **********************/
 void Usart_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch)
 {
 /* 发送一个字节数据到 USART */
 USART_SendData(pUSARTx,ch);

 /* 等待发送数据寄存器为空 */
 while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
 }

 /***************** 发送字符串 **********************/
 void Usart_SendString( USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
 {
 unsigned int k=0;
 do {
 Usart_SendByte( pUSARTx, *(str + k) );
 k++;
 } while (*(str + k)!='\0');
 
 /* 等待发送完成 */
 while (USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET) {
 }
 }
中断服务函数

在中断函数中通过判断标志位来判断是什么中断。

void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
 uint8_t ucTemp;
 if (USART_GetITStatus(DEBUG_USART,USART_IT_RXNE)!=RESET) {
 ucTemp = USART_ReceiveData( DEBUG_USART );
 USART_SendData(DEBUG_USART,ucTemp);
 }
 }

编程总结

使用初始化函数初始化以后就可以直接使用发送函数发送数据，根据需要编写中断函数。

IIC通讯

IIC通讯可以实现多个设备之间的半双工通讯

发送流程

stm32 iic 可以工作在其下四种模式之一：
● 从发送器
● 从接收器
● 主发送器
● 主接收器
默认情况下，它以从模式工作。接口在生成起始位后会自动由从模式切换为主模式，并在出现仲裁丢失或生成停止位时从主模式切换为从模式，从而实现多主模式功能。

主发送器

图中的是“主发送器”流程，即作为 I2C 通讯的主机端时，向外发送数据
时的过程
在这里插入图片描述
主发送器发送流程及事件说明如下：
(1) 控制产生起始信号(S)，当发生起始信号后，它产生事件“EV5”，并会对 SR1 寄
存器的“SB”位置 1，表示起始信号已经发送；
(2) 紧接着发送设备地址并等待应答信号，若有从机应答，则产生事件“EV6”及
“EV8”，这时 SR1 寄存器的“ADDR”位及“TXE”位被置 1，ADDR 为 1 表
示地址已经发送，TXE 为 1 表示数据寄存器为空；
(3) 以上步骤正常执行并对 ADDR 位清零后，我们往 I2C 的“数据寄存器 DR”写入
要发送的数据，这时 TXE 位会被重置 0，表示数据寄存器非空，I2C 外设通过
SDA 信号线一位位把数据发送出去后，又会产生“EV8”事件，即 TXE 位被置 1，
重复这个过程，就可以发送多个字节数据了；
(4) 当我们发送数据完成后，控制 I2C 设备产生一个停止信号§，这个时候会产生
EV2 事件，SR1 的 TXE 位及 BTF 位都被置 1，表示通讯结束。
假如我们使能了 I2C 中断，以上所有事件产生时，都会产生 I2C 中断信号，进入同一
个中断服务函数，到 I2C 中断服务程序后，再通过检查寄存器位来了解是哪一个事件。

主接收器

再来分析主接收器过程，即作为 I2C 通讯的主机端时，从外部接收数据的过程，见图

在这里插入图片描述
主接收器接收流程及事件说明如下：
(1) 同主发送流程，起始信号(S)是由主机端产生的，控制发生起始信号后，它产生事
件“EV5”，并会对 SR1 寄存器的“SB”位置 1，表示起始信号已经发送；
(2) 紧接着发送设备地址并等待应答信号，若有从机应答，则产生事件“EV6”这时
SR1 寄存器的“ADDR”位被置 1，表示地址已经发送。
(3) 从机端接收到地址后，开始向主机端发送数据。当主机接收到这些数据后，会产
生“EV7”事件，SR1 寄存器的 RXNE 被置 1，表示接收数据寄存器非空，我们
读取该寄存器后，可对数据寄存器清空，以便接收下一次数据。此时我们可以控
制 I2C 发送应答信号(ACK)或非应答信号(NACK)，若应答，则重复以上步骤接收
数据，若非应答，则停止传输；
(4) 发送非应答信号后，产生停止信号§，结束传输。
在发送和接收过程中，有的事件不只是标志了我们上面提到的状态位，还可能同时标
志主机状态之类的状态位，而且读了之后还需要清除标志位，比较复杂。我们可使用
STM32 标准库函数来直接检测这些事件的复合标志，降低编程难度。

编程代码

gpio初始化函数
 void I2C_GPIO_Config(void)
{
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 
 /*使能 I2C 外设时钟 */
 RCC_APB1PeriphClockCmd(EEPROM_I2C_CLK, ENABLE);
 
 /*使能 I2C 引脚的 GPIO 时钟*/
 RCC_AHB1PeriphClockCmd(EEPROM_I2C_SCL_GPIO_CLK |
 EEPROM_I2C_SDA_GPIO_CLK, ENABLE);
 
 /* 连接引脚源 PXx 到 I2C_SCL*/
 GPIO_PinAFConfig(EEPROM_I2C_SCL_GPIO_PORT, EEPROM_I2C_SCL_SOURCE,
 EEPROM_I2C_SCL_AF);
 /* 连接引脚源 PXx 到 to I2C_SDA*/
 GPIO_PinAFConfig(EEPROM_I2C_SDA_GPIO_PORT, EEPROM_I2C_SDA_SOURCE,
 EEPROM_I2C_SDA_AF);
 
 /*配置 SCL 引脚 */
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = EEPROM_I2C_SCL_PIN;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;
 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
 GPIO_Init(EEPROM_I2C_SCL_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
 
 /*配置 SDA 引脚 */
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = EEPROM_I2C_SDA_PIN;
 GPIO_Init(EEPROM_I2C_SDA_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
 }
模式配置函数
 I2C_Mode_Config(void)
 {
 I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
 
 /* I2C 配置 */
 /*I2C 模式*/
 I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;
 /*占空比*/
 I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;
 /*I2C 自身地址*/
 I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 =I2C_OWN_ADDRESS7;
 /*使能响应*/
 I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable ;
 /* I2C 的寻址模式 */
 I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;
 /* 通信速率 */
 I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = I2C_Speed;
 /*写入配置*/
 I2C_Init(EEPROM_I2C, &I2C_InitStructure);
 /* 使能 I2C */
 I2C_Cmd(EEPROM_I2C, ENABLE);
 }
初始化函数
 void I2C_EE_Init(void)
{
 	I2C_GPIO_Config(); 
	I2C_Mode_Config();
}
产生信号函数
/* 产生 I2C 起始信号 */
 I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C, ENABLE);
事件检测
I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)
stm32f4xx_i2c.c源文件中有所有事件的对应参数
发送函数
 /* 发送 EEPROM 设备地址，通过第三个参数确定读写 */
 I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C, EEPROM_ADDRESS,
 I2C_Direction_Transmitter);
 /* 发送一个字节 */
 I2C_SendData(EEPROM_I2C, WriteAddr);
发送字节函数
uint32_t I2C_EE_ByteWrite(u8* pBuffer, u8 WriteAddr)
{
  /* Send STRAT condition */
  I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C, ENABLE);

  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

  /* Test on EV5 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(0);
  }    

  /* Send EEPROM address for write */
  I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C, EEPROM_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);
  
  
  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;
  /* Test on EV6 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(1);
  }    
      
  /* Send the EEPROM's internal address to write to */
  I2C_SendData(EEPROM_I2C, WriteAddr);
  
  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

  /* Test on EV8 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))  
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(2);
  } 
  /* Send the byte to be written */
  I2C_SendData(EEPROM_I2C, *pBuffer); 
   
  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

  /* Test on EV8 and clear it */
  while(!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))
  {
    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(3);
  } 
  
  /* Send STOP condition */
  I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C, ENABLE);
  
  return 1;
}
编程总结

初始化iic后，可以使用字节发送函数直接发送数据，也可以对照时序图调用固件库函数。

spi通信

是一种高速全双工的通信总线。它被广泛地使用在 ADC、LCD 等设备与 MCU 间，要求通讯速率较高的场合。

spi 物理层

在这里插入图片描述
SPI 通讯使用 3 条总线及片选线，3 条总线分别为 SCK、MOSI、MISO，片选线为 NSS

spi基本通讯过程

在这里插入图片描述
这是一个主机的通讯时序。NSS、SCK、MOSI 信号都由主机控制产生，而 MISO 的信号由从机产生，主机通过该信号线读取从机的数据。MOSI 与 MISO 的信号只在 NSS 为低电平的时候才有效，在 SCK 的每个时钟周期 MOSI 和 MISO 传输一位数据。

spi的四种通讯模式

在这里插入图片描述

spi相关代码

spi引脚配置

 void SPI_FLASH_Init(void)
 {
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 
 /* 使能 FLASH_SPI 及 GPIO 时钟 */
 /*!< SPI_FLASH_SPI_CS_GPIO, SPI_FLASH_SPI_MOSI_GPIO,
 SPI_FLASH_SPI_MISO_GPIO 和 SPI_FLASH_SPI_SCK_GPIO 时钟使能 */
 RCC_AHB1PeriphClockCmd (FLASH_SPI_SCK_GPIO_CLK | FLASH_SPI_MISO_GPIO_CLK|
 FLASH_SPI_MOSI_GPIO_CLK|FLASH_CS_GPIO_CLK, ENABLE);
 
 /*!< SPI_FLASH_SPI 时钟使能 */
 FLASH_SPI_CLK_INIT(FLASH_SPI_CLK, ENABLE);
 
 //设置引脚复用
 GPIO_PinAFConfig(FLASH_SPI_SCK_GPIO_PORT,FLASH_SPI_SCK_PINSOURCE,
 FLASH_SPI_SCK_AF);
 GPIO_PinAFConfig(FLASH_SPI_MISO_GPIO_PORT,FLASH_SPI_MISO_PINSOURCE,
 FLASH_SPI_MISO_AF);
 GPIO_PinAFConfig(FLASH_SPI_MOSI_GPIO_PORT,FLASH_SPI_MOSI_PINSOURCE,
 FLASH_SPI_MOSI_AF);
 
 /*!< 配置 SPI_FLASH_SPI 引脚: SCK */
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_SCK_PIN;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
 
 GPIO_Init(FLASH_SPI_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
 
 /*!< 配置 SPI_FLASH_SPI 引脚: MISO */
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_MISO_PIN;
 GPIO_Init(FLASH_SPI_MISO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
 
 /*!< 配置 SPI_FLASH_SPI 引脚: MOSI */
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_SPI_MOSI_PIN;
 GPIO_Init(FLASH_SPI_MOSI_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
 
 /*!< 配置 SPI_FLASH_SPI 引脚: CS */
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = FLASH_CS_PIN;
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
 GPIO_Init(FLASH_CS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
 
 /* 停止信号 FLASH: CS 引脚高电平*
 /*为方便讲解，以下省略 SPI 模式初始化部分*/
 //......
 }

spi模式配置

void SPI_FLASH_Init(void)
{
 /*为方便讲解，省略了 SPI 的 GPIO 初始化部分*/
 //......
 
 SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
 /* FLASH_SPI 模式配置 */
 // FLASH 芯片 支持 SPI 模式 0 及模式 3，据此设置 CPOL CPHA
 SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
 SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
 SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
 SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
 SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2;
 SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
 SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
 SPI_Init(FLASH_SPI, &SPI_InitStructure);
 
 /* 使能 FLASH_SPI */
 SPI_Cmd(FLASH_SPI, ENABLE);
 }

spi发送字节函数

 u8 SPI_FLASH_SendByte(u8 byte)
{
SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
 
 /* 等待发送缓冲区为空，TXE 事件 */
 while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPI, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET)
 {
 if ((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(0);
 }
 
 /* 写入数据寄存器，把要写入的数据写入发送缓冲区 */
 SPI_I2S_SendData(FLASH_SPI, byte);
 
 SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
 
 /* 等待接收缓冲区非空，RXNE 事件 */
 while (SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPI, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)
 {
 if ((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(1);
 }
 
 /* 读取数据寄存器，获取接收缓冲区数据 */
 return SPI_I2S_ReceiveData(FLASH_SPI);
 }

spi接收字节函数

 u8 SPI_FLASH_ReadByte(void)
 {
 return (SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte));
 }

编程总结

使用初始化函数初始化后，调用发送接收函数即可发送或接收。

can通讯

CAN 是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称，是国际上应用
最广泛的现场总线之一。

报文

帧帧用途
数据帧用于节点向外传送数据
遥控帧用于向远端节点请求数据
错误帧用于向远端节点通知校验错误，请求重新发送上一个数据
过载帧用于通知远端节点：本节点尚未做好接收准备
帧间隔用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来
can的仲裁是通过总线的线与功能实现的

stm32 can

不支持使用 DMA 进行数据收发。

工作模式在这里插入图片描述
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