USART的使用

通信的概念：

作用：

设备之间进行数据的交换。

分类：

传输方式：

有线通信：电平的变化

  • 串行：传输数据的时候，是1bit 1bit 的传输

    ​ 速度相对较慢，传输距离比较远

​ 串口通信：UART、485、CAN、IIC、SPI....

  • 并行：传输数据的时候 并发，多个位同时发送

    ​ 速度快，抗干扰性差：传输距离近

​ CPU 跟存储区之间通信。 屏幕：（数据量大）、8080

无线通信：

  • 短距离无线通信：

    蓝牙、WIFI、红外、2.4G：无线鼠标，ZIGBEE、Lora：2-5Km

  • 远距离无线通信：

    2G、3G、4G、5G

通信的方式

  • 单工：传输数据时，设备只能发送或者是只能接收。

  • 双工：

半双工：可以实现发送和接收，但是不能同时完成。

​ 例如：对讲机

全双工：可以同时实现发送和接收。

​ 例如：手机

  • 同步：通信设备之间有共同的时钟线。设备按照这个时钟来通信。

    谁提供时钟？两个设备之间都有时钟，谁起主导作用，用谁的。谁是主机谁发送。

  • 异步：通信设备各自有自己的时钟，要求通信速率要一致。

UART通信

  • 通信方式：串行 异步 全双工 的通信方式

    全双工也可以做成单工。

  • 使用范围广：

    串口本身不厉害，转成其他的通信方式，就很厉害了。

    串口转蓝牙(设备本身没有蓝牙功能，可以转到其他的通信方式)

    串口转 WIFI

    串口转232电平、串口转485、

    一些传感器：串口的传感器

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硬件结构

全双工：一根线用来发，一根线用来收。

​ 两个设备之间要共地，就是有一个电平相同(GND)。参考电位保持一致。没有共地，数据没有参考价值。

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T：发送管脚

R：接收管脚

GND

连接方式：

  • 直接相连：两个设备用相同的逻辑电平TTL，共地（参考电平相同）

​ 芯片与芯片之间用UART时

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  • 间接相连：用到电平转换芯片（芯片的电压不同）
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硬件接口：

UART、232、485

不同的硬件接口，是可以用相同的协议。

不同的硬件接口电平不同。

协议层：232协议

  • 协议是传输方式

一般来说，总线空闲为高电平

开始位 数据位 校验位 停止位
电平状态 低 高/低 高/低 高
数据位数 1位 5-8位 1位 1-2位

奇偶校验：错偶数个 都检测不出来。一般来说 奇偶校验 不需要开。

偶校验：数据位中1的个数 + 校验位1的个数 = 偶数

奇校验：数据位中1的个数 + 校验位1的个数 = 奇数

嵌入式设备串口采用比较常用的协议格式是：

1开始 + 8个数据 + 不开校验 + 1个停止 = 10bit

不开校验的原因：1、不准；2、速度慢

数据比较：

一帧数据 是 10个bit 11个bit

假设：1s能够传输 9600bit

​ 一帧数据10bit 1s 960 字节

​ 一帧数据11bit 1s 9600 / 11 = 872 字节

一般不开校验：而是再指定更上层的协议格式，进行校验

波特率：

数据传输的速率。bit/s

每秒钟能够发送的数据 “位” 数

波特率要保持一致

STM32串口

数据结构

1个开始位 8/9数据位

奇偶校验位 0.5 / 1 / 1.5 / 2个停止位

常用的数据格式：1个开始位 + 8个数据位 + 无奇偶校验 + 1个停止位

时钟源的配置

FCLKx(x=1, 2) 的选择是根据USART外设所在的外设总线决定的。

TE、RE 两个使能位，

如果关闭了发送/接收，就不会再提供波特率，数据也就不完整了，所以要等到数据发送完成后在关闭使能位

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波特率的计算方法

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波特率的寄存器设置

DIV_Mantissa[11:0]： USARTDIV的整数部分

DIV_Fraction[3:0]： USARTDIV的小数部分

小数部分在寄存器的值如何计算？

DIV_Fraction = 小数部分 * 16， 向上取整(四舍五入)， 如果有进位，整数部分要加上进位。

发送数据

配置步骤 
1. 通过在USART_CR1寄存器上置位UE位来激活USART
2. 编程USART_CR1的M位来定义字长。
3. 在USART_CR2中编程停止位的位数。
4. 如果采用多缓冲器通信，配置USART_CR3中的DMA使能位(DMAT)。按多缓冲器通信中
的描述配置DMA寄存器。
5. 利用USART_BRR寄存器选择要求的波特率。
6. 设置USART_CR1中的TE位，发送一个空闲帧作为第一次数据发送。
7. 把要发送的数据写进USART_DR寄存器(此动作清除TXE位)。在只有一个缓冲器的情况
下，对每个待发送的数据重复步骤7。
8. 在USART_DR寄存器中写入最后一个数据字后，要等待TC=1，它表示最后一个数据帧的
传输结束。当需要关闭USART或需要进入停机模式之前，需要确认传输结束，避免破坏
最后一次传输。

字节发送过程

清零TXE位 是通过 对数据寄存器的写 操作来完成的。 TXE位由硬件来设置，它表明：
● 数据已经从TDR移送到移位寄存器，数据发送已经开始
● TDR寄存器被清空
● 下一个数据可以被写进USART_DR寄存器而不会覆盖先前的数据

如果TXEIE位被设置，此标志将产生一个中断。

当一帧发送完成时(停止位发送后)并且设置了TXE位， TC位被置起，如果USART_CR1寄存器
中的TCIE位被置起时，则会产生中断

发送的状态寄存器

1、TXE：

如果该标志位被置1，就说明 “数据寄存器” 的内容被转移到了 “移位寄存器”；就可以往DR寄存器里面写数据，此时数据不会被覆盖。

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2、TC：

如果该标志位被置1，就说明 “一帧数据” 发送完成。

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3、TE

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一般来说发送数据 是 不需要开中断的 ，想发数据的时候，就把数据发出去就行了。

接收数据

配置步骤 
1. 将USART_CR1寄存器的UE置1来激活USART。
2. 编程USART_CR1的M位定义字长
3. 在USART_CR2中编写停止位的个数
4. 如果需多缓冲器通信，选择USART_CR3中的DMA使能位(DMAR)。按多缓冲器通信所
要求的配置DMA寄存器。
5. 利用波特率寄存器USART_BRR选择希望的波特率。
6. 设置USART_CR1的RE位。激活接收器，使它开始寻找起始位。

RXNE位被置位。它表明移位寄存器的内容被转移到RDR。换句话说，数据已经被接收并且可以被读出(包括与之有关的错误标志)。

如果RXNEIE位被设置，产生中断。

接收数据的状态位

1、RXNE

接收寄存器非空，我们就可以读取寄存器DR的值。

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2、RXNEIE

一般都要打开中断，在中断里面接收数据，这样不会阻塞CPU的运行。

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3、RE

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DR寄存器的介绍

数据寄存器是9位的。

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DR寄存器连接两个寄存器 TDR 和 RDR ；发送时，就是往TDR寄存器写，接收时，就是从RDR寄存器读。但是操作的同一个寄存器。

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如何读和写寄存器？？？

赋值 就是 读 和 写 写：USART1->DR = 'A'; 读：data = USART1->DR;

引脚配置

对于芯片：

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串口调试

串口调试助手：推荐使用微软商城。

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串口助手的接收和发送

  • 串口助手接收到的是 “字符”（8位数）。

  • 串口发送

因为数据时 8bit 的，所以每次的发送应该是发送 8bit 的数据。

1、字符（8bit），每次发送一个字符，就是8bit 的数据。

2、16进制的数据（4bit），因为每个16进制数，只有4bit，所以说每次发16进制的数，要发两个。（8bit）

STM32串口接收数据（从串口助手发送数据时），数据格式。

1、16进制：一个16进制的数是4位，一个数据是两个16进制数，发一个接收的数据有问题，所以说一次要发送两个。

以下是发送接收到一个1蜂鸣器响，但是发送一个16进制的1是没有任何反应的。

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发送一个16进制的01，这时候就可以收到你想要的数据1

2、字符：一个字符是8位

printf 发送

如何在STM32代码中使用 printf ? ? ?

构造一个printf函数

STM32中构造的 printf 函数，只需要重写 pfutc 函数。

1、在设置里面勾选 “微库”

image-20201117145201053

2、重写fputc

//包含头文件，在哪使用printf函数，就在那加入
#include "stdio.h"	
//重写printf函数
int fputc(int ch, FILE * Stream)
{
	while((USART1->SR & (1<<6)) == 0);	//等待发送完成，阻塞型发送
	USART1->DR = ch;
	return ch;
}

完成了 fputc函数的重写，就可以使用printf 函数，打印数据了。

相当于一个字符一个字符的往 “串口文件” 打。 执行效率慢，在中断时尽量不要用。

中断的引入

为什么进入中断？？

发送数据和接收数据的时候，需要等到他的寄存器空/寄存器有数据，这个时候，CPU处于被阻塞的状态，如果一直不发数据，CPU只能等；如果不一直等，就会使得重要的数据不能及时接收。

开启中断

对于STM32的串口，有很多中断，但是一般只需要开启 接收中断 ，发送中断不需要开，想发数据的时候，直接发送就行了

开启方法：将对应的中断寄存器的值写1，就使能了对应的中断。

中断服务函数

串口的中断有很多，但是只有一个中断服务函数，所以说，当进入中断服务函数的时候，要先判断是哪个中断源引起的中断。

  • 中断的到来判断：判断状态寄存器是否被置1
  • 中断的清除：看stm32对应的SR寄存器，看是否需要软件清零

串口中断是多个中断，要判断是那个中断

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清中断标志位

if(USART1->SR & (1<<5))
{
	data = USART1->DR;	//读取DR寄存器，就会清除接收中断
}

接收多个字符

1、 阻塞型 接收

存在的问题，虽然能够接收多个字符，但是属于阻塞型程序的运行，程序的其他端口会出问题，比如说按键的检测。

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2、发送中断 接收

当接收寄存器非空时，就会产生中断，进入中断服务函数，在中断中接收数据。

每一次中断就是一帧数据。

但是要清除中断标志位，清除方法：读取DR寄存器的值。

STM32串口配置代码

//配置串口
void Usart1_Config(uint32_t brr)
{
	RCC->APB2ENR |= (1<<2) ;
	RCC->APB2ENR |=	(1<<14);
	//PA9		复用推挽输出
	GPIOA->CRH &= ~(0xF<<4);
	GPIOA->CRH |=  (0xB<<4);
	//PA10		浮空输入/上拉
	GPIOA->CRH &= ~(0xF<<8);
	GPIOA->CRH |=  (0x8<<8);
	GPIOA->ODR |=  (1<<10);
	
	float USARTDIV = 72000000.0f/16/brr;	//浮点型，否则将不会产生小数
	uint16_t Mantissa = USARTDIV;	//整数部分
	uint16_t Fraction = (USARTDIV-Mantissa)*16;	//小数部分
	USART1->BRR = (Mantissa<<4) | Fraction;	//写入BRR寄存器
	
	//USART1->CR1 = 0;	//CR1直接置1，很多按照默认的都可以不用管。
	USART1->CR1 |= (1<<13);	//使能
	USART1->CR1 &=~(1<<12);
	USART1->CR1 |= (1<<3)|(1<<2)|(1<<5);
	USART1->CR2 &= ~(0x3<<12);
	//NVIC
	NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 3);
	NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
}

//阻塞型 ， 发送数据
void Usart1_SendByte(u8 data)
{
	while((USART1->SR & (1<<6)) == 0);	//等待寄存器的第6位被置一
	USART1->DR = data;
}

void Usart1_SendString(u8 * str, u16 len)
{
	while(len--)
	{
		Usart1_SendByte(*str--);
	}
}

//阻塞型， 接收数据
u8 Usart1_RecvByte(void)
{
	while((USART1->SR & (1<<5)) == 0);	//等待寄存器的第6位被置一
	return USART1->DR;
}

//中断接收数据
u8 data = 0;
void USART1_IRQHandler(void)
{
	//接收非空
	if(USART1->SR & (1<<5))
	{
		data = USART1->DR;
	}
}
posted @ 2020-11-21 16:59  啊振不坏  阅读(935)  评论(0)    收藏  举报
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