Uart非同步串列埠通訊

阿新 • • 發佈：2021-02-11

技術標籤：STM32學習筆記

1. 什麼是UART？

（1）UART，通用非同步收發器。相比於USART，UART收發是以字元為單位，沒有CLK同步時鐘。

（2）UART最主要的是三根資料線：

TXD傳送引腳
RXD接收引腳
GND接地引腳

（3）UART比較重要的幾個引數：

波特率：每秒傳送的碼元數，比如9600，115200
資料位：典型值5、6、8、9位
奇偶校驗位：一般分為奇校驗和偶校驗或者無校驗位
停止位：典型值1、1.5、2位

（4）UART工作示意圖如下圖所示：

UART工作模式這是典型的UART非同步通訊模式，資料位為8，無奇偶校驗位，一位停止位。UART串列埠傳送一次包含：起始位，資料位（低位在前），奇偶校驗位（可選），以及停止位。

2. 以STM32為例，分析UART工作原理

（1）瞭解STM32串列埠主要特性

可程式設計資料字長度(8位或9位)
可配置的停止位-支援1或2個停止位
可配置的使用DMA的多緩衝器通訊
單獨的傳送器和接收器使能位
檢測標誌：接收緩衝器滿、傳送緩衝器空、傳輸結束標誌

（2）瞭解STM32串列埠主要暫存器

STM32串列埠工作流程如下圖：

UART工作流程

狀態暫存器USART_SR

TXE（傳送資料暫存器空），當資料全部移入傳送移位暫存器時，置1
TC（傳送完成），當一幀資料傳送完成，且TXE=1時，置1
RXNE（讀資料暫存器非空），當有資料讀入資料暫存器USART_DR時，置1

資料暫存器USART_DR，傳送或接收快取資料

控制暫存器1 USART_CR1，主要用於配置中斷和使能

UE（USART使能），TE（傳送使能），RE（接收使能）
TXEIE 傳送緩衝區空中斷使能
TCIE 傳送完成中斷使能
RXNEIE 接收緩衝區非空中斷使能

（3）STM32基本配置：波特率，資料位，奇偶校驗位，停止位，串列埠/中斷使能

3. UART傳送資料

（1）首先是對UART串列埠的初始化配置

（2）呼叫函式 `HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef huart, uint8_t pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)`

huart是UART控制代碼結構體（姑且先這麼叫）
pData是待發送的字元陣列，每次傳送前都需要進行一次讀寫，可以呼叫sprintf函式
Size是指pData字元陣列的長度，一般是strlen(pData)
Timeout是待發送資料的生存時間，若超時會返回HAL_TIMEOUT

（3）自定義函式`usUART_sendString(UART_HandleTypeDef huart, uint8_t pData)`

這是根據HAL庫傳送函式由使用者進行改寫的字串傳送函式，形參只有兩個
函式編寫借鑑51微控制器串列埠思想，程式碼編寫如下：

void usUart_sendString(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData)
{
  /*
  判斷是否傳送完成
  */
  while(*pData)   
  {
    /*
    每次傳送一個字元
    */
    HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(huart, pData, 1, 0xffff);
    /*
    字元指標移位，指向下一個字元的內容
    */
    pData++;
  }
}

4. UART接收

（1）首先對UART串列埠進行初始化

（2）呼叫函式`HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef huart, uint8_t pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)`

採用這種方法一般都是查詢法，如下：

/* 判斷是否接收成功 */
if(HAL_UART_Receive(&huart1, &uRx_Data, 1, 1000) == HAL_OK)
{
  /* 將接收成功的資料通過串列埠發出來 */
  HAL_UART_Transmit(&huart1, &uRx_Data, 1, 0xffff);
}

這種方式接收，必須事先知曉接收資料的長度，否則大概率會出錯；其次，採用此方法會嚴重佔用MCU的資源，尤其是放到while函式中。
除此之外，若是採用中斷的方法，像這樣接收後直接處理，就會出現另一個問題，即，還未傳送出去（移位暫存器還未清空）就直接進入下一次中斷

（3）採用中斷方式（接收完成後再處理）

首先需要配置中斷，中斷配置在此略過……
中斷函式程式碼編寫如下：

/*
* @brief This function handles USART1 global interrupt.
*/
void USART1_IRQHandler(void)
{
  static unsigned char   uRx_Data[1024] = {0}     ;    //儲存陣列
  static unsigned char * pRx_Data       = uRx_Data;    //指向儲存陣列將要儲存資料的位
  static unsigned char   uLength        =  0      ;    //接收資料長度

  /* -1- 接收資料 */
  HAL_UART_Receive(&huart1, pRx_Data, 1, 1000);

  /* -2- 判斷資料結尾 */
  if(*pRx_Data == '\n')
  {
      /* -3- 將接收成功的資料通過串列埠發出去 */
      HAL_UART_Transmit(&huart1, uRx_Data, uLength, 0xffff);

      /* -4- 初始化指標和資料長度 */
      pRx_Data = uRx_Data;   //重新指向陣列起始位置
      uLength  = 0;          //長度清零
  }
  /* -5- 若未結束，指標往下一位移動，長度自增一 */
  else
  {
      pRx_Data++;
      uLength++;
  }
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}