2-STM32串口通信实验

LOGO第二课串口通信 Company Logo 串口简介u串行接口简称串口，也成串行通信接口，是采用串行通信方式的扩展接口。串口的使用对于开发调试过程的作用是非常大的，串口可以用来查看、打印及输出相关信息，使我们在嵌入式开发中最先与中央处理器通信的接口。u串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米。 Company Logo 串口简介u串行通讯又分为异步通讯和同步通讯两种：n同步串行是指ISP（interface Serial Peripheral ）的缩写。ISP总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，TRM450是ISP接口。 n异步串行是指UART（Universal Asynchronous Receiver/Trans mitter），通用异步接收/发送。UART是一个并行输入成为串行输出的芯片，通常集成在主板上。UART包含TTL电平的串口和RS232电平的串口。 u串行接口按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485等。 RS-232-C、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。u在单片机中，主要使用异步通讯方式。 Company Logo 串口简介u串口通信的概念非常简单，串口按位(bit)发送和接收字节，尽管比按字节(byte)的并行通信慢，但是串口可以再使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。u 对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配： n 1、波特率：这是一个衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。 Company Logo STM32串口简介u2、数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际数据不会是8位的，标准的值是5、7或8位（如何设置取决于你想传送的信息：比如标准的ASCII码是0127（7位），扩展的ASCII码是0255（8位）。u3、停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为1、1.5和2位。优于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束， 并且提供计算机校正时钟同步的机会。 Company Logo STM32串口简介u4、奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有4中检错方式：偶、奇、高和低。u5、硬件流控制：硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制盒DTR/DSR流控制。硬件流控制必须将相应的电缆线接上，用RTS/CTS流控制时，应将通讯两端的RTS、CTS线对应相连。常用的流控制信号还有DTR/DSR。 Company Logo STM32串口简介u STM32根据芯片型号的不同资源数量也不一样，103VC系列最多可提供5路串口（本次着重讲解串口1和串口2），有分数波特率发生器、支持同步单线通信和半双工单线通讯、支持LIN 、支持调制解调器操作、智能卡协议和IrDA SIR ENDEC规范、具有 DMA等。uSTM32的串口与其他单片机的操作方式基本相同： n 1、开启串口时钟n 2、设置相应I/O模式n 3、配置波特率、数据位长度、奇偶校验位等 Company Logo STM32串口原理图 Company Logo STM32 UART库函数 Company Logo STM32串口时钟使能u串口作为STM32的一个外设，其时钟由外设时钟使能寄存器控制，串口1的时钟使能在APB2ENR寄存器，其他串口的时钟使能位都在APB1ENR。(以串口1为例) u而用库函数则是: RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE) Company Logo STM32串口复位u当外设出现异常的时候可以通过复位寄存器里面的对应位设置，实现该外设的复位，然后重新配置这个外设达到让其重新工作的目的。一般在系统刚开始配置外设的时候都会先执行复位该外设的操作。串口1的复位时通过配置APB2RSTR寄存器来实现的，其他的几个串口都是通过PAB1RSTR寄存器来实现的。而用库函数则是使用USART_DeInit(USART_TypeDef* USARTx)来实现的。USART_ DeInit函数在stm32f10 x_usart.c文件中。 Company Logo STM32串口波特率设置u STM32中每个串口都有一个自己独立的波特率寄存器USART_BRR，通过设置该寄存器达到配置不同波特率的目的，该寄存器的各位描述如下： u该寄存器中最低4为用来存放小数部分的DIV_Fraction,15:4这12位用来存放整数部分DIV_Mantissa。高16位未使用（图片上小数整数有错误，以英文手册为准）。 Company Logo STM32串口波特率设置u Company Logo STM32串口控制u STM32中每个串口都有3个控制寄存器USART_CR13，串口的很多配置都是通过这3个寄存器来设置的。这里我们只要用到USART_CR1就可以实现我们的功能了，其他的寄存器就不一一列出了。具体各位的功能及操作方法见STM32参考手册的496497页。其中发送和接收的中断都通过这个寄存器进行使能。 Company Logo STM32串口数据的发送和接收u STM32串口的发送和接收是通过数据寄存器USART_DR来实现的，这是一个双寄存器，包含了发送和接收两部分。当向该寄存器写数据时，串口就会自动发送，当收到数据的时候，也在该寄存器中。u其中只用了低9位，其他位都保留且硬件强制为0。 Company Logo STM32串口数据的发送和接收u STM32串口的发送和接收在库文件中分别有对应的函数，可直接调用，分别是：u void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, u8 Data) u u8 USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx) Company Logo STM32串口状态u STM32串口的状态可通过状态寄存器USART_SR读取。u这里我们关注一下三个位，第5 、6 、7位RXNE 、TC和TXE。 Company Logo STM32串口u 如果理解了以上寄存器等的讲解，那么就可以对STM32进行相关的设置和操作，就可以达到串口最基本的配置了，更详细的介绍可参考STM32参考手册。u在很多串口操作中都可以直接调用printf函数打印输出信息，但是在STM32中还需要进行一些配置才可以。接下来我们首先会讲解如何使用printf函数进行输出，然后再讲解输入输出函数的使用方法。 Company Logo STM32串口printf实现u 本次试验采用UART1的查询方式实现： Company Logo STM32串口printf实现u本次试验中我们用到了GPIO、RCC、USART这三个外设的库文件stm32f10 x_gpio.c、stm32f10 x_rcc.c、stm32f10 x_usart.c，所以试验中如果你的库文件stm32f10 x_conf.h里面将相应的头文件注释了就需要将需要用到的几个头文件的注释去掉。u 跟LED的操作一样，首先是将相应的I/O配置成串口模式，本次函数名为USART1_Config(); Company Logo STM32串口printf实现u Company Logo STM32串口printf实现u USART1_Config()主要做了如下工作：n 1、使能了串口1的时钟n 2、配置了uart1的I/O n 3、配置了uart1的工作模式 Company Logo STM32串口简介u 上面的配置中将串口1的TX和RX引脚配置成AF_PP和IN_FLOATING模式，因为RX是接收引脚所以设置沉高输入模式。u接下来将UART1的工作模式配置成波特率为115200(可自行更改)，数据位长度为8bit，停止位为1，无校验位。u在使用printf函数之前还需要进行一些操作。如果要printf函数工作的话，还需要把printf()重新定向到串口中，这部分工作是由fputc(int ch,FILE *f)这个函数来完成的，这个函数在usart.c中实现。 Company Logo STM32printf用法配置u 在STM32中直接调用printf函数会出错，需要进行一些配置：n 1、在main文件中包含stdio.hn 2、重定义fputc函数，如下： / 发 送 数 据 int fputc(int ch, FILE *f) USART_SendData(USART1, (unsigned char) ch); while (!(USART1-SR return (ch); 3、在工程属性的“Target” - “Code Generation” 选项中勾选 “Use MicroLIB”。 Company Logo STM32printf用法配置u 在这里讲解一下fputc函数里面的代码，我们前面提到过USART_SR寄存器的5、6、7三位，理解了这几位的功能就可以大概理解串口是如何发送数据的了。 Company Logo STM32printf用法配置u 当TXE置位时，就表示发送数据寄存器中的数据已经移到了发送移位寄存器中，如果使能中断的话就会产生中断。当RXNE置位时表示接受移位寄存器中的数据已经移到接受数据寄存器中了，如果中断使能的话则产生中断。u虽然fputc函数里面用到的是查询模式，但道理是一样的。我们先调用USART_SendData(USART1,(unsigned char) ch)将我们要发送的数据送到TDR中，之后我们就等待TXE置位，当TXE置位时就表示TDR中的数据转移到了发送移位寄存器中了，发送移位寄存器中的 数据会由串口硬件自动发送，如此循环，直到将我们要发送的数据全部发送完为止。 Company Logo STM32 printf用法配置u进行上述设置之后就可以使用printf函数了u如果设置成功，下载程序，将开发板的串口接到PC机上，打开串口调试助手，设置好波特率等参数就可以看到this is a uart test demo的字符。u以上例程展示了如何使用printf函数发送字符串。 Company Logo u 前面讲解了printf函数的使用方法，接下来讲解如何使用STM32的串口输入输出实现双向通信。uSTM32串口的相关寄存器和原理在前面都有提到，这里就不再赘述，这里主要讲解软件的实现方法。u首先我们讲解查询方式的发送和接收。 Company Logo u 本实验中我们通过串口1持续等待接收数据，当接收到回车符时将接收到的内容再通过串口发送出去。u发送函数： Company Logo u 发送有两个函数，分别是发送单个字符和发送字符串函数，发送单个字符函数首先是将要发送的字符写到缓存中，然后等待串口自动发送完成，如果不等待发送完成就返回，则在字符串发送函数中函数会被连续循环调用多次，如果上一次发送的字节在寄存器中还没有发送结束，此时再次写入同样的寄存器会将刚才的数据覆盖掉，接收端将得不到预期的结果，所以需要等待发送完一个字符之后再发送下一个字符。u发送字符串函数则是循环调用发送单个字符函数，直到检测到空格即表明字符串已发送完。 Company Logo u查询接收函数：u接收函数首先是查询寄存器中是否有数据，如果有数据就将数据取出，然后清除相应的标志位，如果没有数据就一直等待数据出现。 Company Logo u接下来就是在main函数中调用发送和接收函数：u首先设置系统时钟，然后初始化USART1，然后循环读取数据，如果读取到了数据则将数据再通过串口发送出去。u如果操作成功，则通过串口调试助手发送一串数据可在接收区看到 发送的数据。 Company Logo STM32串口中断u 接下来讲解串口的中断接收方式：u在驱动中频繁的使用查询方式接收数据不仅会降低系统的效率而且可能使系统崩溃。采取中断方式可以很好地缓解这一问题。本次讲解串口1的中断接收方式：u用串口中断函数除了要初始化I/O和时钟等，还要配置相应的中断及中断函数。 Company Logo STM32串口中断u STM32(Cortex-M3)中有两个优先级的概念：抢占式优先级和响应优先级，也把响应优先级称作“亚优先级”或“副优先级”，每个中断源都需要被指定这两种优先级。u占先式优先级(pre-emption priority)：高占先式优先级的中断事件会打断当前的主程序/中断程序运行抢断式优先响应，俗称中断嵌套。u副优先级(subpriority)：在占先式优先级相同的情况下，高副优先级的中断优先被响应；u在占先式优先级相同的情况下，如果有低副优先级中断正在执行， 高副优先级的中断要等待已被响应的低副优先级中断 执行结束后才能得到响应非抢断式响应(不能嵌套)。 Company Logo stm32中对中断优先级的定义u Cortex-M3允许具有较少中断源时使用较少的寄存器位指定中断源的优先级，因此STM32把指定中断优先级的寄存器位减少到4位，这4个寄存器位的分组方式如下：n第0组：所有4位用于指定响应优先级n第1组：最高1位用于指定抢占式优先级，最低3位用于指定响应优先级 n第2组：最高2位用于指定抢占式优先级，最低2位用于指定响应优先级n第3组：最高3位用于指定抢占式优先级，最低1位用于指定响应优先级n第4组：所有4位用于指定抢占式优先级 Company Logo stm32中对中断优先级的定义u中断优先级分组是为了给抢占式优先级和响应优先级在中断优先级寄存器的高四位分配各个优先级数字所占的位数，在一次程序中只能设定一次。 uAIRC(Application Interrupt and Reset Register)寄存器中有用于指定优先级的 4 bits。这4个bits用于分配preemption优先级和sub优先级。u 可以通过调用STM32的固件库中的函数NVIC_PriorityGroup Config()选择使用哪种优先级分组方式，这个函数的参数有下列5种： nNVIC_PriorityGroup_0= 选择第0组NVIC_PriorityGroup_1 = 选择第1组NVIC_PriorityGroup_2 = 选择第2组NVIC_PriorityGroup_3 = 选择第3组NVIC_PriorityGroup_4 = 选择第4组 Company Logo stm32中对中断优先级的定义u接下来就是指定中断源的优先级：u要注意的几点是： n 1. 如果指定的抢占式优先级别或响应优先级别超出了选定的优先级分组所限定的范围，将可能得到意想不到的结果；n 2. 抢占式优先级别相同的中断源之间没有嵌套关系；n 3. 如果某个中断源被指定为某个抢占式优先级别，又没有其它中断源处于同一个抢占式优先级别，则可以为这个中断源指定任意有效的响应优先级别。 Company Logo STM32串口中断u 之前讲过stm32库文件中的stm32f10 x_it.c和stm32f10 x_it.h文件中是中断映射函数，所以需要操作串口的中断必须清楚串口的中断映射函数，有些it文件中并没有串口的中断映射函数，在启动文件startup_stm32f10 x_hd.s中可以看到各种中断的映射函数：u从中可以看出串口2的中断映射函数名为USART2_IRQHandler Company Logo STM32串口中断u 接下来就是编写中断响应函数在中断响应函数中写入进中断后想要进行的操作，本实验中是将接收端接收的数据通过串口发送出去：u接下来将编译通过的程序下到开发板中，通过串口调试助手进行调试即可。