12 USART串口通讯

1 串口物理层

两个设备的“DB9接口”之间通过串口信号建立连接，串口信号线中使用“RS232标准”传输数据信号。由于RS232电平标准的信号不能直接被控制器直接识别，所以这些信号会经过“电平转换芯片”转换成控制器能识别的“TTL校准”的电平信号，才能实现通讯。

通讯标准	电平标准
5V TTL	逻辑1:2.4v~5v;逻辑0:0v~0.5v
RS 232	逻辑1：-15v~-3v；逻辑0：+3v~+15v

2 串口协议层

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，他由起始位、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。

3 波特率

串口异步通讯中由于没有时钟信号，所以两个设备之间需要约定好波特率，以便对信号进行解码。

4 STM32 的USART

STM32 芯片具有多个USART外设用于串口通讯，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。它还具有UART外设，是在USART基础上剪裁掉了同步通信功能，只有异步通信，简单区分就是看通信时需不需要对外提供时钟输出，平常用的串口通信基本都是UART。

5 USART 功能框图

TX：发送数据输出数据引脚

RX：接收数据输入引脚

SW_RX：数据接收引脚，只能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，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，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。

UART只是异步传输功能，所以没有SCLK、nCTS和nRTS功能引脚。

数据寄存器

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，一个是专门用于发送的可写TDR，一个是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；当进行读操作时，向USART_DR读取数据会自动提起RDR数据。

TDR和RDR都是介于系统总线和移位寄存器之间。串行通信是一个位一个位传输的，发送时把TDR内容转移到发送移位寄存器，然后把移位寄存器数据每一位发送出去，接收时把接收到的每一位顺序保存在接收移位寄存器内然后才转移大RDR。

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。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位或者9位，由USART_CR1的M位控制。

#include "stm32f4xx.h"
#include "stdio.h"
#include "USART.h"#define DEBUG_USART              USART1
#define DEBUG_USART_CLK          RCC_APB2Periph_USART1
#define DEBUG_USART_BAUDRATE     115200
#define DEBUG_USART_RX_PORT      GPIOA
#define DEBUG_GPIO_RX_CLK        RCC_AHB1Periph_GPIOA
#define DEBUG_USART_RX_PIN       GPIO_Pin_10
#define DEBUG_USART_RX_AF        GPIO_AF_USART1
#define DEBUG_USART_TX_PORT      GPIOA
#define DEBUG_GPIO_TX_CLK        RCC_AHB1Periph_GPIOA
#define DEBUG_USART_TX_PIN       GPIO_Pin_9
#define DEBUG_USART_TX_AF        GPIO_AF_USART1
#define DEBUG_USART_BAUDRATE           115200//使能RX和TX引脚GPIO时钟和USART时钟//初始化GPIO，并将GPIO复用到USART上//配置USART参数//配置中断控制器并使能USART接收中断//使能USART；//在USART接收中断服务函数实现数据接收和发送//配置嵌套向量中断控制器NVIC	
static void NVIC_Configuration(void)
{NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}void USART_Config(void)
{GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStructure;USART_InitTypeDef  USART_InitStructure;//开启USART时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);//开启GPIOA时钟RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//将USART Tx的GPIO配置为推挽复用GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed;GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_PORT,&GPIO_InitStructure);//将USART Rx的GPIO配置为浮空输入GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed;GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_PORT,&GPIO_InitStructure);//串口初始化配置USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;USART_Init(DEBUG_USART,&USART_InitStructure);//串口中断优先级配置NVIC_Configuration();//使能串口接收中断USART_ITConfig(DEBUG_USART,USART_IT_RXNE,ENABLE);//使能串口USART_Cmd(DEBUG_USART, ENABLE);}//发送一个字节
void Usart_SendByte(USART_TypeDef* USARTx, uint8_t ch)
{USART_SendData(DEBUG_USART, ch);while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USART,USART_FLAG_TC) == RESET);}//发送8位的数组
void Usart_SendArray(USART_TypeDef * pUSARTx,uint8_t *array,uint16_t num)
{uint8_t i;for(i=0;i<num;i++){Usart_SendByte(DEBUG_USART,array[i]);}while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USART,USART_FLAG_TXE) == RESET);
}//发送一个16位数
void Usart_SendHalfWord(USART_TypeDef * pUSARTx,uint16_t ch)
{uint8_t temp_h,temp_l;//取出高八位temp_h = (ch & 0XFF00)>>8;//取出低八位temp_l = ch & 0X00FF;//发送高八位USART_SendData(DEBUG_USART,temp_h);while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USART,USART_FLAG_TXE) == RESET );//发送低八位USART_SendData(DEBUG_USART,temp_l);while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USART,USART_FLAG_TXE) == RESET );}//重定向C库函数printf到串口，重定向后可使用printf函数
int fputc(int ch,FILE *f)
{USART_SendData(DEBUG_USART,(uint8_t)ch);while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USART,USART_FLAG_TXE) == RESET);return (ch);
}//重定向C库函数scanf到串口，重写后可使用是scanf、getchar等函数
int fgetc(FILE *f)
{while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USART,USART_FLAG_RXNE) == RESET);return (int)USART_ReceiveData(DEBUG_USART);
}//发送字符串
void Usart_SendString(USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
{unsigned int k = 0;do{Usart_SendByte(pUSARTx,*(str+k));k++;		}while(*(str+k)!='\0');while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC)==RESET);}//当USART有接收到数据就会执行USART_IRQ_Handler函数，USART_GetITStatus和USART_GetFlagStatus函数类似用来获取标志位状态，
//但USART_GetITStatus函数是专门用来获取中断事件标志,并返回该标志位状态。
//使用if语句来判断是否是真的产生USART数据接收这个中断事件，
//如果是真的就使用USART数据读取函数USART_RecevieData读取数据到指定存储区，然后再调用USART数据发送噶部署USART_SendData把数据又发送给源设备 
void USART1_IRQHandler(void)
{uint8_t ucTemp;if(USART_GetITStatus(DEBUG_USART,USART_IT_RXNE) != RESET){ucTemp = USART_ReceiveData(DEBUG_USART);USART_SendData(DEBUG_USART,ucTemp);}}