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[其他ST产品] STM32串口通信（基于缓冲区）编程及遇到的问题总结

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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 13:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
ST, STM32串口
    在写串口通信前阅读了STM32中文参考手册，然后满心澎湃地写代码。在这个过程中遇一些让人郁闷的事情，目前这些问题目前已经解决了（嘿嘿嘿），特此来总结一番。串口的使用步骤大概如下（51单片机、STM32、QT或VS编写PC串口上位机都是如此）

1、初始化串口参数（波特率、数据位、停止位、校验位、流控制、开启接收/发送）
2、配置串口中断

3、数据传输

        那么STM32怎么使用串口呢？上面已经说了嘛，所以按照以上步骤即可。可是由于STM32的引脚是可以复用的，我们还需要设置串口通信引脚（GPIO）的工作方式，然后再设置串口参数、串口中断。

        下文函数基于STM32固件库V3.5，以STM32F103RC的串口1的使用为例。

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远芳侵古道
———————————————— 版权声明：本文为CSDN博主「培培哥」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接：https://blog.csdn.net/u014695839/article/details/62037269  发表于 2022-7-26 13:59

相关帖子
 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:00 | 显示全部楼层
一、串口的初始化和中断设置

1、初始化GPIO：

        根据手册的8.1.11节，我们可以找到下表：
7978562df82c78e4a9.png
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:00 | 显示全部楼层
     在全双工的模式下，发送引脚需要设置为推挽复用输出，接收引脚则设置为浮空输入或带上拉的输入。因为一般不用同步和流量控制的方式，所以CK、RST、CTS引脚不作配置。
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:13 | 显示全部楼层
当然啦，在使用STM32外设的时候不要忘记打开外设时钟（GPIO和USART的RCC）。
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:13 | 显示全部楼层
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  1. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    

  2.         
    

  3. //开启串口和GPIO的时钟
    

  4. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    

  5.         
    

  6. //配置发送引脚
    

  7. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    

  8. //发送引脚设置为推挽复用
    

  9. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    

  10. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  11. GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    

  12.         
    

  13. //配置接收引脚
    

  14. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    

  15. //接收引脚设置为浮空输入
    

  16. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    

  17. GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:15 | 显示全部楼层
2、配置串口参数

        有专门用于初始化串口的库函数（USART_Init）和对应的结构体（USART_InitTypeDef），好像每个外设都有这样的配套，具体内容可参看《STM32F10xxx固件库_3.xx.pdf》。
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:15 | 显示全部楼层
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  1. USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    

  2. //波特率
    

  3. USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;                                        
    

  4. //数据长度
    

  5. USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    

  6. //停止位
    

  7. USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    

  8. //校验位
    

  9. USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    

  10. //流控制
    

  11. USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    

  12. //打开发送和接收模式
    

  13. USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    

  14. //初始化串口1
    

  15. USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:18 | 显示全部楼层
3、中断配置
        在使用STM32的中断前，要对NVIC中断控制器进行配置，设置中断的优先级。
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:20 | 显示全部楼层
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  1. //配置中断优先级
    

  2. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    

  3. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    

  4. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    

  5. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    

  6. NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:22 | 显示全部楼层
4、使能串口及串口中断
        注意1：初始化时不要随意打开TXE中断！只要TX-DR寄存器为空，TX和TXE标志都会马上被置位而立即会产生中断（参考《STM32中文参考手册》的25.3.2节），即使中断标志被清除，也会被重新置位。因此，我采用的是TC中断而不是采用TXE中断。
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:23 | 显示全部楼层
2279562df887b30ef6.png
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:25 | 显示全部楼层
注意2：不要采用在一个中断配置函数中同时打开两个中断！例如：USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC | USART_IT_RXNE, ENABLE);    咋眼一看，明明只打开TC中断和RX中断，然而却会同时把TXE中断也打开。
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:25 | 显示全部楼层
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  1. //串口1使能
    

  2. USART_Cmd(USART1, ENABLE);
    

  3. //清除接收中断标记
    

  4. USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
    

  5. //清除发送完成中断标记
    

  6. USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_TC);
    

  7. //打开串口1发送完中断
    

  8. USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);
    

  9. //打开串口1接收中断                两个中断不能在一个函数中同时打开！！！太坑了T_T
    

  10. USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:38 | 显示全部楼层
   这样，串口1配置好了。但代码一运行就会发现不妥！为什么每次初始化完成就马上进入中断了呢？？？遇到这种现象千万不要大惊小怪，我很淡(dan)定（teng）地做了个实验，发现处理器复位后，串口的SR寄存器中的TC标志会被置位。而根《STM32中文参考手册》25.3.2节，在串口使能后会自动发送一个空闲帧，发送完毕后TC也会置位，所以初始化将导致串口初始化完毕后马上进入TC中断。为了避免这种情况，可以在串口使能后等待空闲帧发送完毕，再打开TC中断。
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 14:41 | 显示全部楼层
具体看下面完整的初始化代码：
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  1. //配置串口1
    

  2. void USART1_Config()
    

  3. {
    

  4.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    

  5.         USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    

  6.         NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    

  7.         
    

  8.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    

  9.         
    

  10.         //配置发送引脚
    

  11.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    

  12.         //发送引脚设置为推挽复用
    

  13.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    

  14.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  15.         GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    

  16.         
    

  17.         //配置接收引脚
    

  18.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    

  19.         //接收引脚设置为浮空输入
    

  20.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    

  21.         GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    

  22.         
    

  23.         //波特率
    

  24.         USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;                                        
    

  25.         //数据长度
    

  26.         USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    

  27.         //停止位
    

  28.         USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    

  29.         //校验位
    

  30.         USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    

  31.         //流控制
    

  32.         USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    

  33.         //打开发送和接收模式
    

  34.         USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    

  35.         //初始化串口1
    

  36.         USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    

  37.  
    

  38.         //USART1->SR寄存器复位后TC位为1，在此清零
    

  39.         USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);                
    

  40.         //串口1使能
    

  41.         USART_Cmd(USART1, ENABLE);
    

  42.         
    

  43.         //使能后串口发送一个空闲帧，等待空闲帧发送完毕后将TC标记位清零
    

  44.          while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) != SET);
    

  45.         //否则开启TC中断后会马上中断
    

  46.          USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);
    

  47.                 
    

  48.         //配置中断优先级
    

  49.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    

  50.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    

  51.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    

  52.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    

  53.         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    

  54.         
    

  55.         /***************************************************************
    

  56.                 注意：初始化时不要随意打开TXE中断，
    

  57.                 因为只要TX-DR寄存器为空，TX和TXE都会马上被置位而立即会产生中断
    

  58.         ***************************************************************/
    

  59.         
    

  60.         //清除接收中断标记
    

  61.         USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
    

  62.         //清除发送完成中断标记
    

  63.         USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_TC);
    

  64.         //打开串口1发送完中断
    

  65.         USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);
    

  66.         //打开串口1接收中断                两个中断不能在一个函数中同时打开！！！太坑了T_T
    

  67.         USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
    

  68. }
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 15:41 | 显示全部楼层
二、数据的发送和接收(注：以下代码有bug，博主至今还未找到原因T-T，仅供思路以参考！)
        为了提高代码的效率，我使用基于环形缓冲的串口通信方式。

        发送数据原理：把要发送的数据全部加入到缓冲区中，让处理器开始发送。一个数据发送结束后，即会产生TC中断，此时在中断服务程序中发送下一个数据。像吃饭看电视，在夹菜（发数据）的时候才要把注意力放到菜盘子上，嚼饭的时候（数据发送中）可以看电视，在开始发送数据到数据发送完毕触发中断的这段时间里，处理器可以去做别的事情。

        接收数据原理：当一个数据接收完毕后，将数据立存入缓冲区而不处理，并在未处理数据的计数器上加1。等到处理器空闲，再从缓冲区读取这些数据做并处理（不在中断函数中）。

        如此一来，串口的收发速率并不受影响，还能保证处理器在数据收发的过程中并行执行其他任务。
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 楼主| 远芳侵古道 发表于 2022-7-26 15:43 | 显示全部楼层
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  1. #include "usart1.h"
    

  2. #include "string.h"
    

  3.  
    

  4. //发送缓冲区
    

  5. u8 Usart1_SendBuffer[USART_SendBufferSize];
    

  6. //接收缓冲区
    

  7. u8 Usart1_RecvBuffer[USART_RecvBufferSize];
    

  8.  
    

  9. //发送缓冲区指针
    

  10. int Usart1_SendPointer = 0;
    

  11. //接收缓冲区指针
    

  12. int Usart1_RecvPointer = 0;
    

  13.  
    

  14. //发送字符队列的长度
    

  15. int Usart1_SendDataSize = 0;
    

  16. //接收未处理字符数
    

  17. int Usart1_RecvDataSize = 0;
    

  18.  
    

  19. //串口1发送状态
    

  20. int Usart1_SendStatus = USART_Status_Idle;
    

  21.  
    

  22. //生成字符串的缓冲区
    

  23. char StringBuffer[100];
    

  24.  
    

  25. //发送字符串
    

  26. void USART1_SendString(char *str)
    

  27. {
    

  28. //         while(*str)
    

  29. //         {
    

  30. //                 USART1_SendByte(*str++);
    

  31. //         }
    

  32.         USART1_SendArray((u8*)str, strlen(str));
    

  33. }
    

  34.  
    

  35. //发送字节队列
    

  36. void USART1_SendArray(u8 *DataArray, int count)
    

  37. {
    

  38.         if(count <= 0)
    

  39.         {
    

  40.                 return;
    

  41.         }
    

  42.         
    

  43.         while(count)
    

  44.         {
    

  45.                 USART1_SendByte(*DataArray++);
    

  46.                 count --;
    

  47.         }
    

  48. }
    

  49.  
    

  50. //发送一个字节
    

  51. void USART1_SendByte(u8 data)
    

  52. {
    

  53.         int pos;
    

  54.  
    

  55.         //如果缓冲区满了，要等待
    

  56.         while(Usart1_SendDataSize >= USART_SendBufferSize);
    

  57.  
    

  58.         //计算数据在缓冲区的位置
    

  59.         pos = Usart1_SendPointer + Usart1_SendDataSize;
    

  60.         
    

  61.         //数据位置超过缓冲区尾地址
    

  62.         if(pos >= USART_SendBufferSize)
    

  63.         {        
    

  64.                 //重新计算位置
    

  65.                 pos = pos - USART_SendBufferSize;
    

  66.         }
    

  67.         Usart1_SendBuffer[pos] = data;
    

  68.         Usart1_SendDataSize ++;
    

  69.         
    

  70.         //如果串口空闲，立即发送
    

  71.         if(Usart1_SendStatus == USART_Status_Idle)
    

  72.         {
    

  73.                 Usart1_SendStatus = USART_Status_Busy;
    

  74.                 USART_SendData(USART1, Usart1_SendBuffer[Usart1_SendPointer++]);
    

  75.                 
    

  76.                 //指针移动到缓冲区尾地址后,循环到缓冲区首地址
    

  77.                 if(Usart1_SendPointer == USART_SendBufferSize)
    

  78.                 {
    

  79.                         Usart1_SendPointer = 0;                                        
    

  80.                 }
    

  81.                         
    

  82.                 Usart1_SendDataSize --;
    

  83.         }
    

  84. }
    

  85.  
    

  86.  
    

  87. //串口1中断服务程序
    

  88. void USART1_IRQHandler()
    

  89. {
    

  90.         //判断发送完成中断
    

  91.         if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TC) == SET)
    

  92.         {        
    

  93.                 //清空发送完成TC标记位
    

  94.                 USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);
    

  95.                 //清空串口发送完成中断TCIE标记
    

  96.                 USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_TC);
    

  97.                 
    

  98.                 if(Usart1_SendDataSize > 0)
    

  99.                 {
    

  100.                         //发送下一个数据
    

  101.                         USART_SendData(USART1, Usart1_SendBuffer[Usart1_SendPointer++]);
    

  102.                         
    

  103.                         //指针移动到缓冲区尾地址后,循环到缓冲区首地址
    

  104.                         if(Usart1_SendPointer == USART_SendBufferSize)
    

  105.                         {
    

  106.                                 Usart1_SendPointer = 0;                                        
    

  107.                         }
    

  108.                         
    

  109.                         //待发送数据减1
    

  110.                         Usart1_SendDataSize --;
    

  111.                 }
    

  112.                 else
    

  113.                 {
    

  114.                         //发送完毕，串口1发送状态：空闲
    

  115.                         Usart1_SendStatus = USART_Status_Idle;
    

  116.                 }                
    

  117.         }
    

  118.         
    

  119.         //接收中断
    

  120.         if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
    

  121.         {        
    

  122.                 //清空串口接收标记
    

  123.                 USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
    

  124.                 
    

  125.                 //获取缓冲区数据          
    

  126.                 Usart1_RecvBuffer[Usart1_RecvPointer++] = USART_ReceiveData(USART1);
    

  127.                 
    

  128.                 //如果没有溢出，待处理数据+1。否则丢弃该数据
    

  129.                 if(Usart1_RecvDataSize < USART_RecvBufferSize)
    

  130.                 {
    

  131.                         Usart1_RecvDataSize ++;
    

  132.                 }
    

  133.                 
    

  134.                 //指针移动到缓冲区尾地址后,循环到缓冲区首地址
    

  135.                 if(Usart1_RecvPointer == USART_RecvBufferSize)
    

  136.                 {        
    

  137.                         Usart1_RecvPointer = 0;                                        
    

  138.                 }
    

  139.         }
    

  140. }
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玛尼玛尼哄 发表于 2022-7-27 18:34 | 显示全部楼层
总结得很全面
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Wordsworth 发表于 2022-10-4 10:20 | 显示全部楼层

显然直接调用的话，那么调用线程会被阻塞暂停
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Uriah 发表于 2022-10-4 14:22 | 显示全部楼层

我们从以前就有了 DefineGender 方法，要求提供的输入值必须始终为 0 或 1。
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