STM32串口实验——单片机与上位机交互信息

只看该作者 · 2024-1-29 14:52

今天介绍USART串口通信的使用，目的在于会用串口传送和接收数据。内容包含了NVIC中断的知识，下一篇着重讲NVIC中断。ADC在下下一篇。主要还是先看懂USART的相关代码。

什么是串行通信
我们对通信的字面意思理解就是信息的传输与交换。通信按照基本类型可以分为并行通信和串行通信。并行通信时数据的各个位同时传送，可以实现字节为单位通信，但是因为通信线多占用资源多，成本高。而串口通信传送数据是一帧一帧发送，传送距离相对较远，占用资源少，成本低，但是串行通信传输速度相对于并行通信传输速度较慢。单片机上大多使用串行通信。

串行通信是单片机最常用的一种通信技术，通常用于单片机和电脑之间以及单片机和单片机之间的通信。单片机的串口是全双工异步串口通信方式，通过TXD引脚发送，RXD引脚接收输入。

串行通信的实现方式--数据传输方式

同步通信：接收时钟与发送进钟严格同步，通常要有同步时钟，日常应用在大批量数据传输上。例（SPI、IIC通信接口）

异步通信：接收时钟与发送进钟不需要严格同步，但是必须设置相同的波特率，否则传输数据会产生异常。例（单总线，uart）

只看该作者 · 2024-1-29 14:57

串行通信的实现方式--数据传输方向
根据串行通信的数据传输方向，串行通信方式分为三种：单工、单双工、全双工。

单工：信息只可以从一方传向另一方。

半双工：任意时刻信息都可以从一方传向另一方，但不能同时发生。即A-->B或B-->A。

全双工：任意时刻信息都可以双向的传输，即A-->B且B-->A。

串口通信的基础概念
串口通讯在协议层中规定了数据包的内容，具体包括起始位、主体数据(8位或9位)、校验位以及停止位，通讯的双方必须将数据包的格式约定一致才能正常收发数据。 1、波特率：由于异步通信中没有时钟信号，所以接收双方要约定好波特率，即每秒传输的码元个数，以便对信号进行解码，常见的波特率有4800、9600、115200等。 2、起始和停止信号：数据包的首尾分别是起始位和停止位，数据包的起始信号由一个逻辑0的数据位表示，停止位信号可由0.5、1、1.5、2个逻辑1的数据位表示，双方需约定一致。 3、有效数据：有效数据规定了主题数据的长度，一般为8或9位 4、数据校验；在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。由于数据通信相对更容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验(odd)、偶校验(even)、0校验(space)、1校验(mark)以及无(noparity)。

只看该作者 · 2024-1-29 14:57

USART工作过程（usart比uart多了同步的功能）
UART传输数据依靠的是UART总线，数据总线用于通过微控制器等其他设备将数据发送到UART。数据以并行形式从数据总线传输发送到UART。UART从数据总线获得并行数据之后，它将添加起始位，奇偶校验位和停止位，从而创建数据包。接下来，数据包在Tx引脚上逐位串行输出。UART接收端则在其Rx引脚上逐位读取数据包。然后，接收UART将数据转换回并行形式，并删除起始位，奇偶校验位和停止位。最后，接收UART将数据包并行传输到接收端的数据总线。

只看该作者 · 2024-1-29 14:58

介绍了其工作过程，我们现在看看其关键代码实现，下面是对USART串口配置的初始化代码，基本没有什么难的，请自动忽略NVIC的部分下一篇主要讲他：
1) 串口时钟使能，GPIO 时钟使能
2) 串口复位
3) GPIO 端口模式设置
4) 串口参数初始化
5) 开启中断并且初始化 NVIC（如果需要开启中断才需要这个步骤）
6) 使能串口

void uart_init(u32 bound){

//定义需要用到的结构体
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
//使能GPIOA与USART1的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

//配置GPIO PA9为输出端  PA10为输入端
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;    //复用推挽输出
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);


  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

//NVIC配置下个主要讲
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

//USART的初始化配置，根据上面USART的基础知识来配

USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;  //波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //位长
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;  //停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;    //是否设置奇偶校验
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//工作方式为收发

  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //串口1初始化
  USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);  //开启串口1中断
  USART_Cmd(USART1, ENABLE);                   //串口1使能

}

只看该作者 · 2024-1-29 14:58

加上重定义代码段就可以直接用printf（）来给上位机传数据了
int fputc(int ch, FILE *f)
{
while((USART1->SR&0X40)==0);
USART1->DR = (u8) ch;
return ch;
}

只看该作者 · 2024-1-29 14:59

那上位机如何给单片机传输数据呢？请看下面的代码：、
void USART1_IRQHandler(void)
{
u8 Res;
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断
{
Res =USART_ReceiveData(USART1);  //保存当前传送来的数据

if((USART_RX_STA&0x8000)==0) //如果接收未完成
{
if(USART_RX_STA&0x4000)//如果次高位为1

{
if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//次高位已经为1，所以本次接收结果一定为0x0a，不为0x0a的话就是接收过程错误，重新接受。
else USART_RX_STA|=0x8000;//此时的数据为0x0a,则将最高位改为1代表接受已经完成
}
else
{
if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;    //次高位不为1，但是本次数据为0x0d，则将次高位设置为1
else
{
USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;//次高位不为1，本次数据也不是为0x0d，缓冲区加1
USART_RX_STA++;
if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//超出最大数据容量，接受错误，重新接收
}
}
}
   }

}

只看该作者 · 2024-1-29 14:59

想信许多没有基础的同学看这这些代码很蒙，没关系下来我给大家介绍一下代码的意思。

上位机给串口发送数据时，都会给数据末尾加上0x0d，0x0a。0x0d是回车的意思，0x0a是换行的意思。由此我们就可以判断数据何时发送结束了。

USART_RX_STA是接收状态标记。是16位的数据，他的最高位可以判断接受是否完成，次高位为判断数据是否为回车，回车的ASCLL是0X0d。其他14位用来存储数据的长度。USART_RX_BUF[]是接收缓冲区，他被下面代码定义为最大可以接收200个字节（这是usart.h里的代码）。

#define USART_REC_LEN 200
extern u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];

只看该作者 · 2024-1-29 14:59

上面代码其实就是为了上位机给的数据被成功的接收，很难表达出来，详细注释都给了，基本没很大难度，有需要私聊。

主函数如下，目的是将上位机给单片机的数据又返回给上位机，便于观察是否传输正确：
while(1)
{
if(USART_RX_STA&0x8000)  //最高位为1，接收完成
{
len=USART_RX_STA&0x3fff; //取出数据长度到len
//下面为函数重定义，将单片机收到的数据再返回给上位机，主要起了提示作用
for(t=0;t<len;t++)
{
USART1->DR=USART_RX_BUF[t];
while((USART1->SR&0X40)==0);
}
//传输完成清空标志位
USART_RX_STA=0;
}
//此时没有数据可以输出给上位机，请再发送数据
else
{
times++;
if(times%200==0)printf("请输入数据：\r\n");
delay_ms(10);
}
}
}