STM32F1常用外设介绍

只看该作者 · 2023-2-28 21:05

右边的模块用于产生同步的时钟信号，配合发送移位寄存器输出，发送移位寄存器每移位一次，同步时钟就跳变一个周期，时钟告诉对方，我移出去一位数据了，看是否需要时钟信号来指导接受一下，这个时钟只支持输出不支持输入，两个USART之间，不能实现同步的串口通信，这个时钟信号的用途，第一个就是兼容别的协议，比如串口加上时钟之后，和SPI协议特别像，所以有了时钟输出的串口，就可以兼容SPI，这个时钟也可以做自适应波特率，比如接受设备不确定发送设备给的什么波特率，可以测量一下这个时钟的周期，然后计算得到波特率（需要另外写程序来实现这个功能）

唤醒单元：实现串口挂在多设备，串口一般是点对点的通信，点对点，只支持两个设备互相通信，想发数据直接发就行，而多设备，在一条总线上，可以接多个从设备，每个设备分配一个地址，先跟某个设备通信，就先进行寻址，确定通信对象，在定义数据收发，这个唤醒单元就可以用来实现多设备的功能，可以给串口分配一个地址，当我发送指定地址时，此设备唤醒开始工作，当我发送别的设备地址时，别的设备就唤醒工作，这个设备没收到地址，就会保持沉默，这样实现多设备的串口通信了。

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中断输出控制：中断申请位就是状态寄存器的各种标志位，状态寄存器这里有两个标志位比较重要，一个是TXE发送寄存器空，另一个是RXNE接收寄存器空，这两个是判断发送状态和接收状态的必要标志位，中断输出控制就是配置中断是不是能够通向NVIC

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波特率发生器：其实就是分频器，APB时钟进行分频，得到发送和接收移位的时钟，时钟输入是发PCLKx(x=1或2)，因为USART1挂载在APB2，所以就是PCLK2的时钟，一般是72M，其他的USART都挂载在APB1，所以是PCLK1的时钟，一般是36M，之后时钟在进行一个分频，除以一个USARTDIV的分频系数，USARTDIV是一个数值，分为整数部分和小数部分，因为有些波特率，用72M除于一个整数的话，可能除不尽，会有误差，所以这里的分频系数是支持小数点后4位的，分频就更加精准，之后分频完还要再除个16，得到发送时钟和接收器时钟，通向控制部分，然后右边，如果TE（TX Enable）为1，就是发送器使能，发送部分的波特率就有效，如果RE（RX Enable）为1，就是接收器使能了，接收部分的波特率就有效。

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USART的基本结构

最左边的是波特率发生器，用于产生约定的通信速率，时钟来源是PCLK2或1，经过波特率发生器分频后，产生的时钟通向发送控制器和接收控制器，发送控制器和接收控制器用来控制发送移位和接收移位，之后由发送数据寄存器和发送移位寄存器这两个寄存器的配合，将数据一位一位的移出去，通过GPIO口的复用输出，输出到TX引脚，产生串口协议规定的波形，这个移位寄存器是向右移的，是低位先行，当数据由数据寄存器转移到移位寄存器时，会置一个TXE的标志位，通过判断这个标志位，就可以知道是不是可以写入下一个数据了，接收部分也是类似的，RX引脚的波形，通过GPIO输入，在接收控制器的控制下，一位一位地移入接收移位寄存器，移完一帧数据后，数据就会统一转运到接收数据寄存器，在转移的同时，置一个RXNE标志位，检查这个标志位，就可以知道是不是收到数据了，同时这个标志位也可以去申请中断，这样就可以在收到数据时，直接进入中断函数，快速的读取和保存数据，虽然有四个寄存器但是在软件层面上，只有一个DR寄存器可以供我们读写，写入DR时，数据走上面这条路，进行发送，读取DR时，数据走下面这条路，进行接收，这就是USART进行串口数据收发的过程，右下角是个开关控制。

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四种选择：9位字长，有校验或无校验，8位字长有校验或者无校验，最好选择9位字长，有校验或者8位字长无校验，这样每一帧的有效载荷都是1字节，

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STM32的串口可以配置停止位为0.5、1、1.5、2，这四种参数的区别，就是停止位的时长不一样，1位停止位，这时停止位的时长就和数据位的一位，时长一样，1.5停止位就是数据位一位，时长的1.5倍，2个停止位，那停止位时长就是2倍，0.5个停止位，时长就是0.5倍，一般选择1位停止位。、

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串口的输出TX比输入RX简单很多，输出就定时翻转TX引脚高低电平就可以，输入不仅要保证采样频率和波特率一致，还要保证每次输入采样的位置，要正好处于每一位的正中间，只有在每一位的正中间采样，这样高低电平读进来，才是最可靠的，如果采样点过于靠前或者靠后，那有可能高低电平正在翻转，电平还不稳定，或者稍有误差，数据就采样错了，输入最好还要对噪声有一定的判断能力，如果是噪声，最好能置个标志位提醒一下，STM32设计的输入电路，上图展示的是USART的起始位侦测，当输入电路侦测到一个数据帧的起始位后，就会以波特率的频率，连续采样一帧数据，同时，从起始位开始，采样位置就要对齐到位的正中间，只要第一位对齐了，后面都是对齐的，为了实现这些功能对输入的电路对采样时钟进行了细分，它会以波特率的16倍频率进行采样，也就是在一位地时间里，可以进行16次采样，它的策略是最开始，空闲状态高电平，那采样就一直是1，在某个位置突然采集到一个0，那么就说明在这两次采样之间，出现了下降沿，如果没有任何噪声，那之后就应该是起始位了，在起始位，会进行连续16次采样，没有噪声的话，这16次采样，肯定都是0，实际电路有噪声，即使出现下降沿了，后序也要再采样几次，以防万一，这个接收电路还会再下降沿之后的第3次、5次、7次，进行一批采样，在第8次、9次、10次，再进行一批采样，且这两批采样，都要要求每3位里面至少有2个0，没有噪声就全是0，满足情况，如果有轻微的噪声，导致3位里面，只有两个0，另一个是1，也算是检测到了起始位，但是在状态寄存器里会置一个NE（Noise Error），噪声标志位，提醒一下，数据收到了，但是有噪声，如果3位里面只有一个0，就不算检测到了起始位，这时电路就忽略前面的数据，重新开始捕捉下降沿，这就是STM32的串口，在接收过程中，对噪声的处理，如果通过了这个起始位侦测，那接收状态就由空闲，变为接收起始位，同时，第8、9、10次采样的位置，就正好是起始位的正中间，之后接收数据位时，就都在第8、9、10次，进行采样，这样就能保证采样位置在位的正中间了，这就是起始位侦测和采样位置对齐的策略

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串口初始化：

第一步，开启时钟，把需要用的USART和GPIO的时钟打开

第二步，GPIO初始化，把TX配置成复用输出，RX配置成输入

第三步，配置USART，直接用一个结构体，就可以配置好所有参数

第四步，如果只需要发送的功能就直接开启USART，如果需要接收的功能，还需要再配置中断，在开启USART之前，加上ITConfig和NVIC的代码就可以了

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回复缺省值函数

void USART_DeInit(USART_TypeDef* USARTx);

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配置结构体函数

void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);

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给结构体配置默认值函数

void USART_StructInit(USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);

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配置同步时钟输出函数

包括时钟是否输出，时钟的极性相位等参数

void USART_ClockInit(USART_TypeDef* USARTx, USART_ClockInitTypeDef* USART_ClockInitStruct);
void USART_ClockStructInit(USART_ClockInitTypeDef* USART_ClockInitStruct);

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开启串口函数

void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);

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开启串口中断函数

void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_IT, FunctionalState NewState);

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开启USART到DMA的触发通道函数

void USART_DMACmd(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_DMAReq, FunctionalState NewState);

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设置地址函数

void USART_SetAddress(USART_TypeDef* USARTx, uint8_t USART_Address);

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唤醒函数

void USART_WakeUpConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_WakeUp);

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LIN函数

void USART_ReceiverWakeUpCmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);

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发送数据函数

写DR寄存器

void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);

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接收数据
读DR寄存器函数

uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);