参考：串口的结构体 重定向printf串口发送stm32等博文
作者：点灯小哥
发布时间： 2021-03-06 21:46:33
网址：https://blog.csdn.net/weixin_46016743/article/details/114458698

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  • 串口相关知识
    • 定义
    • 通信概念
      • 1.通讯结构
      • 2.电平标准
      • 3.同步异步传输方式(USART与UART)
      • 4.串口数据包组成
      • 5.速率类型
      • 6.通信类型(串行、并行)
      • 7.通信方式(单工、半双工、全双工)
      • 8.概念补充
  • 串口的引脚
  • 串口的结构体
  • 串口的初始化函数(串口状态标志位)
  • 串口的发送配置
  • 串口发送字符(STM32发送到上位机)
  • 串口发送字符串
  • 重定向printf串口发送
  • 串口的中断接收控制灯
    • 方法：在usart.c上增加配置NVIC中断控制器，中断源为串口1
    • 串口中断不属于EXTI外部中断，所以不用配置EXTI结构体
    • usart.c
    • main.c -- USART1_IRQHandler(void)

串口相关知识

定义

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，因此大部分电子设备都支持该通讯方式，其通讯协议可分层为协议层和物理层。

  • 物理层规定通信协议中具有机械、电子功能的特性，从而确保原始数据在物理媒体的传播
  • 协议层主要规定通讯逻辑，统一双方的数据打包、解包标准。通俗的讲物理层规定我们用嘴巴还是肢体交流，协议层规定我们用中文还是英文交流。

通信概念

1.通讯结构

串口通讯的物理层的主要标准是RS-232标准，其规定了信号的用途、通讯接口及信号的电平标准，其通讯结构如下：


在设备内部信号是以TTL电平标准传输的，设备之间是通过RS-232电平标准传输的，而且TTL电平需要经过电平转换芯片才能转化为RS-232电平，RS-232电平转TTL电平也是如此。

2.电平标准

根据使用的电平标准不同，串口通讯可分为 RS-232标准及TTL标准，具体标准如下：

在电子电路中常使用TTL的电平标准，但其抗干扰能力较弱，为了增加串口的通讯距离及抗干扰能力，使用RS-232电平标准在设备之间传输信息，经常使用MAX232芯片对TTL电平及RS-232电平进行相互转换。

3.同步异步传输方式(USART与UART)

  • A同步:
    传输以数据块为核心，在一个数据块内，字符间无间隔，接受发送同步，有sclk时钟，双方sclk（串行时钟）连在一起，提供同步
    特点：效率高，无间隔
  • B异步：
    以字符为传输单位，每发一个字符，都得发送一个起始位，（告诉对方我开始发了）结束发送停止位。（我发完了）
    特点：效率低，间隔任意

  • USART(通用同步异步收发器)是一个串行通信设备，可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。

  • UART，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、如果出错哪具体哪里出错等等。

4.串口数据包组成


起始位、数据位（8位或者9位）、奇偶校验位（第9位）、起始停止位（1,15,2位）、波特率设置

校验方式 :
奇偶校验需要一位校验位，即使用串口通信的方式2或方式3（8位数据位+1位校验位）。
奇校验（odd parity）：让传输的数据（包含校验位）中1的个数为奇数。
即：如果传输字节中1的个数是偶数（不包含校验位），则校验位为“1”，奇数相反。

5.速率类型

比特（bit）：每秒传输的二进制位
波特（byte）：每秒传输的码源个数(串口常用)，一个二进制位表示一个码源(0V——0；3.3V——1)

注：这俩本质上其实是一样的

6.通信类型(串行、并行)

  • 串行：一个一个传输 如：fsmc
  • 特点：占用资源多，速度慢，看干扰强
  • 并行：多个一起传输 如：spi usart
  • 特点：占用资源少，速度快。抗干扰能力弱，距离近

7.通信方式(单工、半双工、全双工)

  • 单工：数据传输只支持数据在一个方向上传输；如：打印机

  • 半双工：允许数据在两个方向上传输。但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；它不需要独立的接收端和发送端，两者可以合并一起使用一个端口。如：对讲机，spi

  • 全双工：允许数据同时在两个方向上传输。因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，需要独立的接收端和发送端。如：spi，usart

8.概念补充

  • 1.数据包
    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得RXD接口，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。

  • 2.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。STM32中波特率的设置通过串口初始化结构体来实现。

  • 3.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。STM32中起始和停止信号的设置也是通过串口初始化结构体来实现。

  • 4.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，其在STM32中也是通过串口初始化结构体来实现的。

  • 5.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)。这些也都可以在串口初始化结构体中实现的。

串口的引脚

下面是最小板原理图，UART4和UART5并没有引出来。

串口的结构体



串口的初始化函数(串口状态标志位)

串口标志位，用于说明串口发送接收状态，是否都发/收完了

串口的发送配置

串口发送字符(STM32发送到上位机)

新建一个usart文件夹，里面新建usart.c和usart.h两个文件，将usart.c添加到工程里面(user一栏下)，编译一下usart.h会自动添加进工程。

usart.h

#include "stm32f10x.h"
void Usart_Init(void);

usart.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "usart.h"void Usart_Init(void)
{//2. 配置GPIO的结构体GPIO_InitTypeDef GpioInitStructure; //初始化GPIO结构体命名//3. 配置USART的结构体(另外一个结构体是带时钟的串口)USART_InitTypeDef UsartInitStructure;//初始化USART结构体命名//1. 时钟使能： GPIOA的时钟，引脚复用(成串口)的时钟，串口的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);//开启APB2总线复用时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);//2.1 配置PA9 TX（输出）GpioInitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出(因为复用成串口)GpioInitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9;GpioInitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//任意选择，影响不大GPIO_Init(GPIOA,&GpioInitStructure);//2.2 配置PA10 RX（接收）GpioInitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入GpioInitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_10;GPIO_Init(GPIOA,&GpioInitStructure); //3.配置串口结构体   这是不带时钟的结构体  还有一个是带时钟的结构体UsartInitStructure.USART_BaudRate =   115200;   //波特率UsartInitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;  //硬件流（没有使用）UsartInitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx| USART_Mode_Tx;//模式（输入输出都选择）UsartInitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;           //校验位（不用）UsartInitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;       //停止位（1位）UsartInitStructure.USART_WordLength =   USART_WordLength_8b;//有效字节长度（8位）//串口1USART_Init(USART1, &UsartInitStructure);USART_Cmd(USART1, ENABLE);//打开串口 比配置GPIO多这一步
}

main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"//头文件是单独创建的文件 main函数找不到 要去手工添加路径（点击魔术棒...）void delay(uint16_t time)
{uint16_t i = 0;while(time--){i=12000;while(i--);}
}int main(void)
{Usart_Init(); while(1){                        USART_SendData(USART1, 'O'); //发送一个字符   //数据寄存器空标志位   RESET状态说明上面字符发送成功了！while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); //USART_GetFlagStatus是判断标志位 USART_SendData(USART1, 'K');                     while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);   USART_SendData(USART1, '\n');while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);  //右键USART_GetFlagStatus去goto找到RESETdelay(1000); }
}

串口发送字符串

上一节串口只能一个一个发送字符，可以自己写一个串口发送字符串函数，然后main函数调用即可。

usart.c

//发送字符函数  （自己定义的 注意形参要和固件库里面串口发送字符的形参要一样）
//调用这个函数不用每次都去判断标志位
void USARTSendByte(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)//main函数调用这个函数的方法：USARTSendByte(USART1, 'A');
{USART_SendData( USARTx,  Data);//固件库本身的串口发送函数//判断数据寄存器是否为空                         字符标志位while( USART_GetFlagStatus( USARTx,  USART_FLAG_TXE) == RESET);//USART_GetFlagStatus是判断标志位 USART_FLAG_TXE 去usart.h  FLAG找
}//发送字符串函数（自己定义的）
void USARTSendString( USART_TypeDef* USARTx, char *str)
{uint16_t i = 0;do{USARTSendByte(USART1,*(str+i));i++;}while(*(str+i) != '\0');//字符串结束标识//字符串标志位 上面是字符标志位while( USART_GetFlagStatus( USARTx,  USART_FLAG_TC) == RESET);//USART_GetFlagStatus是判断标志位 USART_FLAG_TC（这是判断字符串） 去usart.h  FLAG找//main函数里这样调用USARTSendByte( USART1, 'O');USARTSendByte( USART1, 'K');USARTSendString( USART1, "你好STM32");
}

重定向printf串口发送

在C语言标准库中，printf()拥有十分强大的输出能力，可以输出各种类型的数据，整型、浮点型、8进制、16进制、换行符，缩进符等等。

printf()是把数据输出到屏幕，但是ARM芯片中没有屏幕，我们设想将printf()打印到串口，这样我们就可以通过printf()和串口实时的观察ARM芯片内部的工作情况，运行结果。

先来认识一个关键字：__weak

weak的字面意思就是“微弱”的意思，其主要作用就是可以重新定义重名函数或变量而编译时不报错。笔者最开始注意到这个关键字是在使用 STM32 HAL 库的时候注意到的，比如这张图片所示：

在上图我们可以看到左边的 HAL_MspInit 函数前面用 __weak 进行修饰，而图片右边又定义了 HAL_MspInit函数，这时整个工程就定义了两个 HAL_MspInit 函数，声明可以有多个，但是定义只能存在一个，因为 __weak的存在，所以不会报错，并且真正起作用的函数是没有用 __weak 修饰的函数。

printf函数其实就是调用了fputc，我们来重写fputc达到重定向printf的目的。

实现过程：在usart.c 的后面增加两个函数

usart.c

int fputc(int ch, FILE *f)//(串口发送)重写fputc，供printf调用
{                            USARTSendByte( USART1,  (uint8_t)ch);while( USART_GetFlagStatus( USART1,  USART_FLAG_TXE) == RESET);return (ch);
}int fgetc(FILE *f)//(串口接收)重写fgetc
{                                            //标志位选择接收while( USART_GetFlagStatus( USART1,  USART_FLAG_RXNE) == RESET);return (int) USART_ReceiveData(USART1);
}

usart.h

#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>//标准输入输出printfvoid Usart_Init(void);
void USARTSendByte(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);
void USARTSendString( USART_TypeDef* USARTx, char *str);
int fputc(int ch, FILE *f);

注意：在使用printf等C语言标准库函数要包含头文件stdio.h，并且勾选Target中的use MicroLIB使用标准库。

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "usart.h"void delay(uint16_t time)
{uint16_t i = 0;while(time--){i=12000;while(i--);}
}int main(void)
{ Usart_Init(); printf("你好STM32");//printf调用重写的fputc  这样单片机就可以通过串口发送字符串"你好STM32"        putchar('X');      //putchar调用重写的fputc  这样单片机就可以通过串口发送字符'X'   while(1){}
}

串口的中断接收控制灯

参考：串口 stm32 实现中断接收 打开板子上的led灯
作者：点灯小哥
发布时间： 2021-03-07 11:55:35
网址：https://blog.csdn.net/weixin_46016743/article/details/114481125

注：板子上的LED灯看电路图连接的是PC13引脚，前面博文led.c文件里配置好了。

方法：在usart.c上增加配置NVIC中断控制器，中断源为串口1

串口中断不属于EXTI外部中断，所以不用配置EXTI结构体

 NVIC_InitTypeDef Nvic_init;  //misc.hNVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  //配置NVIC中断组//3.配置NVIC中断控制器  中断源(通道)选择串口1Nvic_init.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; Nvic_init.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能  找到FunctionalState字眼 右键gotoNvic_init.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //因为只配置了一个中断  不考虑优先级 所以只有1个Nvic_init.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//抢占优先级与子优先级NVIC_Init(&NvicInitStructure);

usart.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "usart.h"
//#include "stdio.h"void Usart_Init(void)
{//2. 配置GPIO的结构体GPIO_InitTypeDef GpioInitStructure; //初始化GPIO结构体命名USART_InitTypeDef UsartInitStructure;//初始化USART结构体命名  NVIC_InitTypeDef    NvicInitStructure; //加入NVICNVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//配置NVIC中断分组  目前一个中断随便配置就好了 //1. 配置时钟：GPIO的时钟，引脚复用的时钟，串口的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);//2.1 配置PA9 TXGpioInitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;//复用推挽输出GpioInitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9;GpioInitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GpioInitStructure);//2.2 配置PA10 RXGpioInitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入GpioInitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_10;GPIO_Init(GPIOA,&GpioInitStructure);//3.配置串口结构体UsartInitStructure.USART_BaudRate =   115200;        //波特率UsartInitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;   //硬件流UsartInitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx| USART_Mode_Tx;                   //模式UsartInitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;                     //校验位UsartInitStructure.USART_StopBits =   USART_StopBits_1;                   //停止位UsartInitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;                //字节长度USART_Init(USART1, &UsartInitStructure);                          //串口中断配置函数      //接收数据寄存器非空标志位 作为串口发生中断的标志USART_ITConfig( USART1,  USART_IT_RXNE, ENABLE ); USART_Cmd(USART1, ENABLE);//打开串口 比配置GPIO多这一步//配置NVIC中断控制器    中断源(通道)选择串口1NvicInitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;NvicInitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;//抢占优先级NvicInitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//子优先级NvicInitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NvicInitStructure);
}//发送字符
void USARTSendByte(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data)
{USART_SendData( USARTx,  Data);while( USART_GetFlagStatus( USARTx,  USART_FLAG_TXE) == RESET);//USART_GetFlagStatus是判断标志位 USART_FLAG_TXE 去usart.h  FLAG找
}
//发送字符串
void USARTSendString( USART_TypeDef* USARTx, char *str)
{uint16_t i = 0;do{USARTSendByte(USART1,*(str+i));i++;}while(*(str+i) != '\0');while( USART_GetFlagStatus( USARTx,  USART_FLAG_TC) == RESET);//USART_GetFlagStatus是判断标志位 USART_FLAG_TC（这是判断字符串） 去usart.h  FLAG找
}

main.c – USART1_IRQHandler(void)

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "exti.h"void delay(uint16_t time)
{uint16_t i = 0;while(time--){i=12000;while(i--);}
}int main(void)
{ Usart_Init();LED_Init();GPIO_SetBits( GPIOC,  GPIO_Pin_13);//初始化C13电平为高电平 灯不亮while(1){}
}//4. 中断服务函数(在启动头文件里 有weak标志 属于重定向函数)
void USART1_IRQHandler(void)
{char temp;//获得串口中断标志位         接收数据寄存器非空标志位if( USART_GetITStatus( USART1,  USART_IT_RXNE) != RESET) //发生了中断 开始接收数据{             temp = USART_ReceiveData( USART1);if(temp == 'O'){GPIO_ResetBits( GPIOC,  GPIO_Pin_13);//串口助手发送过来字符'O' 开灯USARTSendString(  USART1, "LED IS OK");//调用自己写的串口发送字符串函数         }if(temp == 'C'){GPIO_SetBits( GPIOC,  GPIO_Pin_13);//关灯USARTSendString(  USART1, "LED IS DOWN"); }       }
}

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