嵌入式系统学习笔记之“串口通信”——STM32(七)
目录
一、实验目的
本实验旨在通过使用STM32F103ZET6单片机实现串口通信，加深对STM32单片机串口通信原理及操作的理解，并掌握串口通信在嵌入式系统中的应用。
二、实验原理
串口通信是一种通过串行数据线进行数据传输的通信方式。STM32F103ZET6单片机具有多个串口模块，其中USART（通用同步/异步收发传输器）模块可以用于串口通信。USART包含了发送和接收数据的寄存器、波特率发生器、时钟控制等功能。
在STM32F103ZET6串口通信中，需要配置串口的参数，包括波特率、数据位、停止位、校验位等。然后通过编程控制串口发送和接收数据，实现单片机与其他外部设备（如电脑）之间的数据传输。
2.1通信的两种方式：
2.1.1并行通信
-传输原理：数据各个位同时传输。
-优点：速度快
-缺点：占用引脚资源多
2.1.2串行通信
-传输原理：数据按位顺序传输。
-优点：占用引脚资源少
-缺点：速度相对较慢
2.2串行通信分类（按照数据传送方向）
2.2.1单工（a）：
数据传输只支持数据在一个方向上传输
2.2.2半双工（b）：
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；
2.2.3全双工（c）：
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，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。
原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_42645653/article/details/113341598
2.3串行通信的通信方式
2.3.1同步通信（带时钟同步信号传输）：
SPI，IIC通信接口
2.3.2异步通信（不带时钟同步信号传输）：
UART(通用异步收发器),单总线
2.4 异步串行通信协议
异步串行通信标准的数据帧由起始位、数据位、校验位、停止位四部分组成。数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200和38400波特。
起始位：占一位，位于数据帧的开头，以逻辑“0”表示传输数据的开始。
数据位：要发送的数据，数据长度可以是5～8位。
校验位：占一位，用于检测数据是否有效。
停止位：一帧传送结束的标志，根据实际情况定，可以是1、1.5或2位。
空闲位：数据传输完毕，用“1”表示当前线路上没有数据传输。
原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_52411606/article/details/122738116
三、编程步骤
3.1STM32 USART编程模式
3.1.1轮询模式
CPU不断地查询I/O设备是否准备就绪，如果准备就绪就发送，否则提示超时错误；会占用CPU的大量时间，效率低。
3.1.2 中断方式
通过中断请求线，在I/O设备准备就绪时向CPU发出中断请求，CPU中止正在进行的工作转向处理I/O设备的中断事件；中断方式相比轮询方式效率较高。
3.1.3DMA方式
直接存储器传送，不经过CPU直接在内存和外设之间进行批量数据交换，适用于高速大批量成组数据的传输；满足高速I/O设备的传输要求，有利于提高CPU的利用率。
3.2USART串口应用编程步骤
四、实验过程及结果展示
4.1下载一个串口助手
我这里从网上下载了一个串口助手。
4.2编写代码后完成烧录
我们可以看到单片机led灯进入闪烁状态，对应我在程序中写入的代码：if(times%30==0)LED0=!LED0,即提示用户系统正在运行，等待串口通信进行。
a86004a86f2c2e52b1f6341f0a0adbc8
4.3配置串口
4.3.1将USB插头插入单片机，与电脑连接：
4.3.2选择对应的串口号：
4.3.3选择与代码一致的波特率：
4.3.4界面提示
可以看到界面按照我的代码内容，提示我“请输入数据,以回车键结束”：
4.3.5数据模式选择
右侧可以选择接收和发送的为“文本模式”或者“HEX”模式，即看到的是文本类型还是对应的ASCII值：
4.3.6串口通信效果展示：
五、代码展示
5.1 main.c
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
int main(void)
{
u16 t;
u16 len;
u16 times=0;
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
uart_init(115200); //串口初始化为115200
LED_Init(); //LED端口初始化
KEY_Init(); //初始化与按键连接的硬件接口
while(1)
{
if(USART_RX_STA&0x8000)
{
len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
printf("\r\n您发送的消息为:\r\n\r\n");
for(t=0;t<len;t++)
{
USART_SendData(USART1, USART_RX_BUF[t]);//向串口1发送数据
while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);//等待发送结束
}
printf("\r\n\r\n");//插入换行
USART_RX_STA=0;
}else
{
times++;
if(times%5000==0)
{
printf("\r\n串口实验\r\n");
printf("哈哈\r\n\r\n");
}
if(times%200==0)printf("请输入数据,以回车键结束\n");
if(times%30==0)LED0=!LED0;//闪烁LED,提示系统正在运行.
delay_ms(10);
}
}
}
5.2 usart.c
#include "sys.h"
#include "usart.h"
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//如果使用ucos,则包括下面的头文件即可.
#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "includes.h" //ucos 使用
#endif
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)
//标准库需要的支持函数
struct __FILE
{
int handle;
};
FILE __stdout;
//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
void _sys_exit(int x)
{
x = x;
}
//重定义fputc函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕
USART1->DR = (u8) ch;
return ch;
}
#endif
/*使用microLib的方法*/
/*
int fputc(int ch, FILE *f)
{
USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET) {}
return ch;
}
int GetKey (void) {
while (!(USART1->SR & USART_FLAG_RXNE));
return ((int)(USART1->DR & 0x1FF));
}
*/
#if EN_USART1_RX //如果使能了接收
//串口1中断服务程序
//注意,读取USARTx->SR能避免莫名其妙的错误
u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.
//接收状态
//bit15， 接收完成标志
//bit14， 接收到0x0d
//bit13~0， 接收到的有效字节数目
u16 USART_RX_STA=0; //接收状态标记
void uart_init(u32 bound){
//GPIO端口设置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART1，GPIOA时钟
//USART1_TX GPIOA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.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);//初始化GPIOA.9
//USART1_RX GPIOA.10初始化
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);//初始化GPIOA.10
//Usart1 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //子优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器
//USART 初始化设置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口1
}
void USART1_IRQHandler(void) //串口1中断服务程序
{
u8 Res;
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
OSIntEnter();
#endif
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
{
Res =USART_ReceiveData(USART1); //读取接收到的数据
if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成
{
if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d
{
if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
else USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了
}
else //还没收到0X0D
{
if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
else
{
USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;
USART_RX_STA++;
if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收
}
}
}
}
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
OSIntExit();
#endif
}
#endif
5.3 usart.h
#ifndef __USART_H
#define __USART_H
#include "stdio.h"
#include "sys.h"
#define USART_REC_LEN 200 //定义最大接收字节数 200
#define EN_USART1_RX 1 //使能（1）/禁止（0）串口1接收
extern u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.末字节为换行符
extern u16 USART_RX_STA; //接收状态标记
//如果想串口中断接收，请不要注释以下宏定义
void uart_init(u32 bound);
#endif
六、实验心得体会
通过本次实验，我深入了解了STM32F103ZET6单片机的串口通信原理和操作方法。掌握了串口通信的基本配置和使用方法，对于串口通信在嵌入式系统中的应用有了更深入的了解。通过实验，我对STM32单片机的串口通信有了更清晰的认识，也提升了自己的嵌入式系统开发能力。在以后的实际项目中，我将能够更加灵活地运用串口通信技术，满足不同应用场景的需求。
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