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STM32的串口通信
本文旨在记录学习过程中遇到的问题，并对串口通信在STM32中的应用进行总结。串口通信在STM32的实际使用中占据重要地位，本文将对其进行全面梳理。
1. STM32的串口通信概述
在STM32中，串口通信通过USART实现，支持与其他设备进行全双工、异步时钟控制的点对点数据传输。其对应的引脚为RX和TX，且STM32提供了USART1、USART2、USART3等多个串口资源。
串口通信的关键参数包括：
- 波特率：决定通信速率。
- 空闲位：通常为高电平。
- 起始位：低电平，标志数据帧的开始。
- 数据位：1为高电平，0为低电平，低位先行。
- 校验位：用于数据验证，可选奇校验、偶校验或无校验。
- 停止位：高电平，用于数据间隔。
数据传输以数据帧形式进行，每个数据帧由起始位、数据位和停止位组成，停止位可根据需求调整。
2. 串口通信的发送与接收机制
USART是STM32内部集成的硬件外设，能够自动生成数据帧时序并发送数据，同时也能接收数据帧并将其拼接成字节数据存储在寄存器中。配置好USART后，可通过读取数据寄存器实现数据的发送与接收。
串口发送与接收涉及以下重要寄存器：
- 发送数据寄存器（TDR）：用于写入待发送数据。
- 发送移位寄存器：将数据逐位移出。
- 接收数据寄存器（RDR）：存储接收到的数据。
- 接收移位寄存器：逐位读取RX引脚电平。
**串口发送**
在配置串口参数时，可选择8位或9位数据位。发送数据时，对TDR寄存器进行写操作，具体过程如下：
1. 检测发送移位寄存器是否正在移位。若无移位，则数据立即转移至移位寄存器，准备发送。
2. 数据移位时，TXE标志位被置1，表示TDR寄存器为空，可写入下一个数据。
3. 发送移位寄存器在发送器控制下向右移位，将数据逐位传输至TX引脚。
4. 数据移位完成后，TDR中的新数据再次转移到移位寄存器，重复上述过程。
**串口接收**
数据从RX引脚进入接收移位寄存器，逐位读取电平，移位八次后完成一个字节的接收。接收完成后，数据移至RDR寄存器，并置RXNE标志位，表示数据可读。
3. STM32中串口的配置方法
配置串口时，需明确以下几点：使用哪个串口外设、发送还是接收数据、相关参数配置以及是否使用中断。以下是串口发送的配置步骤：
1. 开启USART及GPIO时钟。
```c
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
```
2. 初始化GPIO口。根据需求配置发送或接收引脚，例如：
```c
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; // USART2的TX端
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
```
3. 初始化串口参数，包括波特率、模式、校验位、停止位和数据位等：
```c
USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
USART_InitStruct.USART_BaudRate = 9600;
USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx; // 发送模式
USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_Init(USART2, &USART_InitStruct);
```
4. 使能串口：
```c
USART_Cmd(USART2, ENABLE);
```
5. 发送数据时，需判断TXE标志位状态：
```c
void Serial_SendByte(uint16_t Byte) {
USART_SendData(USART2, Byte);
while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
```
4. 串口接收的两种实现方式
串口接收可通过查询或中断实现。查询方式通过不断检测RXNE标志位判断数据是否接收完成；中断方式则通过配置中断源和NVIC实现数据接收。
**查询RXNE标志位**
需配置串口RX引脚并添加接收模式：
1. 初始化RX引脚：
```c
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
```
2. 添加接收模式：
```c
USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
```
3. 在主程序中检测RXNE标志位：
```c
uint8_t RX_Data;
int main() {
Serial_Init();
Serial_SendByte(0x16);
while (1) {
if (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_RXNE) == SET) {
RX_Data = USART_ReceiveData(USART2);
Serial_SendByte(RX_Data);
}
}
}
```
**使用中断**
通过配置串口接收中断源和NVIC实现接收：
1. 配置中断输出控制：
```c
USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);
```
2. 配置NVIC：
```c
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
```
3. 编写中断服务函数：
```c
void USART2_IRQHandler(void) {
if (USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) == SET) {
RX_Data = USART_ReceiveData(USART2);
Flag = 1;
USART_ClearITPendingBit(USART2, USART_IT_RXNE);
}
}
```
5. 总结
本文详细介绍了STM32串口通信的发送与接收机制，以及串口的配置方法和接收实现方式。串口通信在嵌入式系统中应用广泛，掌握其配置与使用方法对于实际开发具有重要意义。如有不足之处，欢迎指正。