STM32F103 串口的使用方法

串口通讯简介：

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。

通讯结构

设备内部一般以TTL电平传输，设备之间是通过RS232/RS485电平标准传输。

两个设备或者器件要想实现串口通讯，要电平匹配才能够正常通讯。

电平标准

根据使用的电平标准不同，串口通讯可分为 RS232标准及TTL标准，具体标准如下：

在电子电路中，模块之间常使用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MA3232芯片对TTL电平及RS-232电平进行相互转换。

协议层

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。

串口是我们常用的一个数据传输接口，STM32F103系列单片机共有5个串口，

其中1-3是通用同步/异步串行接口USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)，

4、5是通用异步串行接口UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)。

STM32比51单片机好用的一个地方就是串口比较多，51单片机一般只有2个串口，有时不够用。

下面以USART1为例，说明一下STM32串口设置的一般步骤：

1) 串口时钟使能，GPIO 时钟使能

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART1，GPIOA时钟

2) GPIO端口设置

设置发送和接收引脚的信息，将Tx（发送引脚）配置为推挽复用模式用来发送数据，Rx（接收引脚）配置为浮空输入模式用来接收数据。

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

//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

3)Usart1 NVIC 配置（如果需要开启中断，才进行本步骤的设置）

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

//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NVIC寄存器

//如果需要接收串口数据，则开启串口接收中断
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断

4) 串口参数初始化

USART_InitTypeDef结构体，内部包含串口通讯相关工作参数：

typedef struct {
    uint32_t USART_BaudRate; // 波特率
    uint16_t USART_WordLength; // 字长
    uint16_t USART_StopBits; // 停止位
    uint16_t USART_Parity; // 校验位
    uint16_t USART_Mode; // USART 模式
    uint16_t USART_HardwareFlowControl; // 硬件流控制
} USART_InitTypeDef;

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

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

5) 使能串口

USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口1

6) 编写串口发送函数

//发送一个字节
void USART1_Send_Byte(u8 Data)                     
{
    USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC);
    
    USART_SendData(USART1,Data);
    while( USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET );
}

//发送字符串，遇到字符串结尾标志'\0'结束
void USART1_Send_String(u8 *Data)                 
{
    while(*Data)
        USART1_Send_Byte(*Data++);
}

//按长度发送字符串，这种方法可以发送含0x00的字符串
void USART1_Send_String_By_Lens(u8 *Data, int Len)
{
    int i;
    for(i=0; i<Len; i++)
    {
        USART_SendData(USART1, Data[i]);          
        while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC)==RESET);      //串口1发送数据
    }
}

//重定向printf函数发送字符串，一般使用此函数直接输出打印调试信息，使用方法跟C语言中的使用方法一致。
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    USART_SendData( DEBUG_USARTx,  (uint8_t) ch);
    /* 等待发送完毕 */
    while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
    return ch;
}

7) 编写中断处理函数

//串口1中断服务程序，此接收的数据是以0x0D、0x0A结尾为标志的数据帧。
void USART1_IRQHandler(void)                    
{
    u8 Res;

    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)
    {
        USART_ClearFlag(USART1, USART_IT_RXNE);             //清除标志位
        
        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==0x0D)
                    USART_RX_STA|=0x4000;
                else 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      
                }         
            }
        }
     }
}

接收完数据之后，在main函数中对接收到的数据进行处理。

if(USART_RX_STA&0x8000)
{
    //得到此次接收到的数据长度，即USART_RX_BUF数组中的有效数据长度
    uart1Len=USART_RX_STA&0x3f;                   
            
    //对接收到的数据进行数据处理，接收的数据暂存在USART_RX_BUF数组中   
    //... ... 
            
    USART_RX_STA=0;   
    memset(USART_RX_BUF, 0, sizeof(USART_RX_BUF));        //清空数组  
}

串口应用：

• 与TTL串口传感器或模块直接通讯；
• 转为RS232与PC通讯；
• 转为RS485与485部件的传感器或器件通讯；

USB转串口的原理图：

使用CH340C芯片的话，就可以省略外部晶振了，可以节省PCB布局空间；

win7系统一般选择CH340作为USB转串口驱动，Win10系统下选择CH341驱动作为USB转串口驱动；

TTL串口转RS232原理图：

TTL串口转RS485原理图：

RS485总线一般使用时默认处于接收状态。

参考资料：

【正点原子】MiniSTM32开发板资料

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