STM32 CubeIDE（九）串口通讯

串口通讯

串口通讯(Serial Communication)是一种设备间非常常用的串行通讯方式，因为它简单便捷，大部分电子设备都支持该通讯方式，电子工程师在调试设备时也经常使用该通讯方式输出调试信息，本篇串口通讯均为异步串口通讯。

串口通讯的数据包由发送设备通过自身的 TXD 接口传输到接收设备的 RXD 接口。在串口通讯的协议层中，规定了数据包的内容，它由启始位、主体数据、校验位以及停止位组成，通讯双方的数据包格式要约定一致才能正常收发数据，其组成见图。

STM32串口
STM32 芯片具有多个 USART 外设用于串口通讯，它是 Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter 的缩写，即通用同步异步收发器可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。有别于 USART，它还有具有 UART 外设(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)，它是在 USART 基础上裁剪掉了同步通信功能，只有异步通信。简单区分同步和异步就是看通信时需不需要对外提供时钟输出，我们平时用的串口通信基本都是 UART。

USART 在 STM32 应用最多莫过于“打印”程序信息，一般在硬件设计时都会预留一个 USART 通信接口连接电脑，用于在调试程序是可以把一些调试信息“打印”在电脑端的串口调试助手工具上，从而了解程序运行是否正确、指出运行出错位置等等。

USART 功能框图

①功能引脚
TX：发送数据输出引脚。
RX：接收数据输入引脚。
SW_RX：数据接收引脚，只用于单线和智能卡模式，属于内部引脚，没有具体外部引脚。
nRTS：请求以发送(Request To Send)，n 表示低电平有效。如果使能 RTS 流控制，当USART 接收器准备好接收新数据时就会将 nRTS 变成低电平；当接收寄存器已满时，
nRTS 将被设置为高电平。该引脚只适用于硬件流控制。
nCTS：清除以发送(Clear To Send)，n 表示低电平有效。如果使能 CTS 流控制，发送器在发送下一帧数据之前会检测 nCTS 引脚，如果为低电平，表示可以发送数据，如果为高电平则在发送完当前数据帧之后停止发送。该引脚只适用于硬件流控制。
SCLK：发送器时钟输出引脚。这个引脚仅适用于同步模式。

②数据寄存器
USART 数据寄存器(USART_DR)只有低 9 位有效，并且第 9 位数据是否有效要取决于USART 控制寄存器 1(USART_CR1)的 M 位设置，当 M 位为 0 时表示 8 位数据字长，当 M 位为 1 表示 9 位数据字长，我们一般使用 8 位数据字长。
USART_DR 包含了已发送的数据或者接收到的数据。USART_DR 实际是包含了两个寄存器，一个专门用于发送的可写 TDR，一个专门用于接收的可读 RDR。当进行发送操作时，往 USART_DR 写入数据会自动存储在 TDR 内；当进行读取操作时，向 USART_DR读取数据会自动提取 RDR 数据。

③控制器
USART 有专门控制发送的发送器、控制接收的接收器，还有唤醒单元、中断控制等等。使用 USART 之前需要向 USART_CR1 寄存器的 UE 位置 1 使能 USART。发送或者接收数据字长可选 8 位或 9 位，由 USART_CR1 的 M 位控制。

④小数波特率生成
波特率指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，单位为波特。比特率指单位时间内传输的比特数，单位 bit/s(bps)。对于 USART 波特率与比特率相等，以后不区分这两个概念。波特率越大，传输速率越快。USART 的发送器和接收器使用相同的波特率。计算公式如下：

⑤校验控制
STM32F4xx 系列控制器 USART 支持奇偶校验。当使用校验位时，串口传输的长度将是 8 位的数据帧加上 1 位的校验位总共 9 位，此时 USART_CR1 寄存器的 M 位需要设置为1，即 9 数据位。将 USART_CR1 寄存器的 PCE 位置 1 就可以启动奇偶校验控制，奇偶校验由硬件自动完成。启动了奇偶校验控制之后，在发送数据帧时会自动添加校验位，接收数据时自动验证校验位。接收数据时如果出现奇偶校验位验证失败，会见 USART_SR 寄存器的 PE 位置 1，并可以产生奇偶校验中断。使能了奇偶校验控制后，每个字符帧的格式将变成：起始位+数据帧+校验位+停止位。

UART初始化结构体

/*** @brief UART Init Structure definition*/
typedef struct
{uint32_t BaudRate;                  /*!< 波特率 */uint32_t WordLength;                /*!< 数据字长 */uint32_t StopBits;                  /*!< 停止位 */uint32_t Parity;                    /*!< 校验控制 */uint32_t Mode;                      /*!< UART模式 */uint32_t HwFlowCtl;                 /*!< 硬件流控 */uint32_t OverSampling;              /*!< 过采样倍率 */
} UART_InitTypeDef;

UART函数

HAL_UART_Init(UART_HandleTypeDef *huart);    //串口初始化
HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);       //串口接收字符
HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);      //串口发送字符
HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);  //接受中断
HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size); //发送中断

UART实验
本次实验基于野火STM32F407-霸天虎V2开发板实现，使用串口1与电脑进行数据通讯，通讯方式为轮询和中断。

打开Cube，在Connectivity中激活USART1，设置为Asynchronous异步串口，不打开硬件流，设置波特率为115200,8位数据字长，无校验，1位停止位，收发模式，16倍过采样，开启NVIC中断。

生成代码后，在usart.c文件中相应位置添加如下代码，此为轮询方式。

/* USER CODE BEGIN 1 */
void Usart_SendString(uint8_t *str)
{uint8_t k=0;do{HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)(str + k) ,1,1000);k++;}while(*(str + k)!='\0');}#ifdef __GNUC__
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endifPUTCHAR_PROTOTYPE
{HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)&ch, 1, 0xFFFF);return ch;
}
/* USER CODE END 1 */

在main.c文件中相应位置添加如下代码。

int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 */char ch;/* USER CODE END 1 *///..........///* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){Usart_SendString((uint8_t *)"Hello World!\r\n");printf("Nice!\r\n");ch = '\0';HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 1000);if(ch != '\0')printf("Receive is %c\r\n",ch);HAL_Delay(1000);/* USER CODE END WHILE */ //..........//

在main.c文件中相应位置添加如下代码，此为中断方式。

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t Buffer[5];
/* USER CODE END PV *//* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,Buffer, sizeof(Buffer));
/* USER CODE END 2 */

在stm32f4xx_it.c中添加如下代码，每触发一次接受中断后都需要重新打开中断。

/* USER CODE BEGIN 1 */
extern uint8_t Buffer[5];void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if(huart->Instance == USART1){HAL_UART_Receive_IT(&huart1,Buffer, sizeof(Buffer));HAL_UART_Transmit(&huart1,Buffer,sizeof(Buffer),100);}
}
/* USER CODE END 1 */

使用上位机必须发送5个数据才会触发一次中断，看到回显内容。如果需要每次发一个数据都能回显，需要空闲中断接受不定长数据，以后再更。

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