STM32學習筆記（7）——USART串口的使用
1、 串口的基本概念
在STM32的參考手冊中，串口被描述成通用同步異步收發器(USART)，它提供了一種靈活的方法與使用工業標準NRZ異步串行數據格式的外部設備之間進行全雙工數據交換。USART利用分數波特率發生器提供寬範圍的波特率選擇。它支持同步單向通信和半雙工單線通信，也支持LIN（局部互聯網），智能卡協議和IrDA（紅外數據組織）SIR ENDEC規範，以及調制解調器(CTS/RTS)操作。它還允許多處理器通信。還可以使用DMA方式，實現高速數據通信。
USART通過3個引腳與其他設備連接在一起，任何USART雙向通信至少需要2個引腳：接受數據輸入(RX)和發送數據輸出
- RX: 接受數據串行輸入。通過過采樣技術來區別數據和噪音，從而恢復數據。
- TX: 發送數據輸出。當發送器被禁止時，輸出引腳恢復到它的I/O端口配置。當發送器被激活，並且不發送數據時，TX引腳處處於高電平。在單線和智能卡模式裏，此I/O口被同時用於數據的發送和接收。
2、串口的如何工作的
一般有兩種方式：查詢和中斷。
- 查詢：串口程序不斷地循環查詢，看看當前有沒有數據要它傳送。如果有，就幫助傳送（可以從PC到STM32板子，也可以從STM32板子到PC）。
- 中斷：平時串口只要打開中斷即可。如果發現有一個中斷來，則意味著要它幫助傳輸數據——它就馬上進行數據的傳送。同樣，可以從 PC到STM3板子，也可以從STM32板子到PC。
3、串口的硬件連接
我用的奮鬥STM32 開發板擁有多路RS-232 接口，CPU 的PA9-US1-TX（P68）、PA10-US1-RX（P69）、PA9-US2-TX（P25）、PA10-US2-RX（P26）通過MAX3232 實現兩路RS-232 接口，分別連接在XS5 和XS17 接口上。 USART1 在系統存儲區啟動模式下，將通過該口通過PC對板上的CPU進行ISP，該口也可作為普通串口功能使用，JP3，JP4 的短路冒拔去，將斷開第二路的RS232通信，僅作為TTL 通信通道。
4、編程實例
我們要對串口進行操作，首先要將STM32的串口和CPU進行連接。在Windows操作系統中，有一個自帶的系統軟件叫“超級終端”。VISTA以上的操作系統去掉了這個軟件，不過可以從XP的系統中，復制“hypertrm.dll”和“hypertrm.exe”到“windows/system32”文件夾下，然後雙擊運行hypertrm.exe，就可以看見超級終端的運行界面了。
運行超級終端以後，會彈出“連接描述”，輸入名稱和選擇圖標，這個地方隨便寫個什麽名稱都可以。然後彈出“連接到”設置，在“連接時使用”選擇你自己PC和STM32連接的COMx，如果不知道是哪個COM口的話，可以在PC的設備管理器中找到。在選擇好COM口之後，會彈出一個“屬性”對話框，在“位/秒”選擇和你STM32中設置的波特率一致就好，數據位也是按照STM32的設置來選擇，奇偶校驗選擇無，停止位選擇1，數據流控制選擇無。註意，以上的選項都必須和STM32中的串口設置相匹配，要不然可能會出現一些未知錯誤。
配置好超級終端之後，我們便可以開始對STM32進行編程了。編程一般按照如下步驟進行：
（1） RCC配置；
（2） GPIO配置；
（3） USART配置；
（4） NVIC配置；
（5） 發送/接收數據。
在RCC配置中，我們除了常規的時鐘設置以外，要記得打開USART相對應的IO口時鐘，USART時鐘，還有管腳功能復用時鐘。
在GPIO配置中，將發送端的管腳配置為復用推挽輸出，將接收端的管腳配置為浮空輸入。
在USART的配置中，通過USART_InitTypeDef結構體對USART進行初始化操作，按照自己所需的功能配置好就可以了。註意，在超級終端的設置中，需要和這個裏面的配置相對應。由於我是采用中斷接收數據的方式，所以記得在USART的配置中藥打開串口的中斷，同時最後還要打開串口。
在NVIC的配置中，主要是USART1_IRQChannel的配置，和以前的筆記中講述的中斷配置類似，不會配置的可以參考以前的筆記。
全部配置好之後就可以開始發送/接收數據了。發送數據用USART_SendData()函數，接收數據用USART_ReceiveData()函數。具體的函數功能可以參考固件庫的參考文件。根據USART的配置，在發送和接收時，都是采用的8bits一幀來進行的，因此，在發送的時候，先開辟一個緩存區，將需要發送的數據送入緩存區，然後再將緩存區中的數據發送出去，在接收的時候，同樣也是先接收到緩存區中，然後再進行相應的操作。
註意在對數據進行發送和接收的時候，要檢查USART的狀態，只有等到數據發送或接收完畢之後才能進行下一幀數據的發送或接收。采用USART_GetFlagStatus()函數。
同時還要註意的是，在發送數據的最開始，需要清除一下USART的標誌位，否則，第1位數據會丟失。因為在硬件復位之後，USART的狀態位TC是置位的。當包含有數據的一幀發送完成之後，由硬件將該位置位。只要當USART的狀態位TC是置位的時候，就可以進行數據的發送。然後TC位的置零則是通過軟件序列來清除的，具體的步驟是“先讀USART_SR，然後寫入USART_DR”，只有這樣才能夠清除標誌位TC，但是在發送第一幀數據的時候，並沒有進行讀USART_SR的操作，而是直接進行寫操作，因此TC標誌位並沒有清空，那麽，當發送第一幀數據，然後用USART_GetFlagStatus()檢測狀態時返回的是已經發送完畢（因為TC位是置1的），所以程序會馬上發送下一幀數據，那麽這樣，第一幀數據就被第二幀數據給覆蓋了，所以看不到第一幀數據的發送。
按照上面的方法編程後，我們便可以在超級終端上查看串口通信的具體狀態了。我的這個例程，在硬件復位以後，可以馬上在超級終端上看見“Welcome to my STM32! Please press any key!”字樣，然後如果在超級終端中通過PC機鍵盤按下相應的鍵，則這個鍵會發送到STM32中，並且馬上返回到PC機的超級終端上，因此可以馬上從超級終端的頁面中看到按下的相應的鍵。
5、程序源代碼
#include "stm32f10x_lib.h"
FlagStatus RX_status;
void RCC_cfg();
void GPIO_cfg();
void USART_cfg();
void NVIC_cfg();
int main()
{
int i;
unsigned char TxBuf1[] = "Welcome to my STM32! Please press any key!";
RCC_cfg();
GPIO_cfg();
NVIC_cfg();
USART_cfg();
//清除標誌位，否則第1位數據會丟失
USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC);
//發送數據
//PB5的作用是顯示正在發送數據
//當有數據在發送的時候，PB5會亮
for( i=0;TxBuf1[i]!=‘\0‘;i++)
{
USART_SendData(USART1,TxBuf1[i]);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
//等待數據發送完畢
while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC)==RESET);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
while(1);
}
//RCC時鐘配置
void RCC_cfg()
{
//定義錯誤狀態變量
ErrorStatus HSEStartUpStatus;
//將RCC寄存器重新設置為默認值
RCC_DeInit();
//打開外部高速時鐘晶振
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
//等待外部高速時鐘晶振工作
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
{
//設置AHB時鐘(HCLK)為系統時鐘
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
//設置高速AHB時鐘(APB2)為HCLK時鐘
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
//設置低速AHB時鐘(APB1)為HCLK的2分頻
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
//設置FLASH代碼延時
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
//使能預取指緩存
FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
//設置PLL時鐘，為HSE的9倍頻 8MHz * 9 = 72MHz
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);
//使能PLL
RCC_PLLCmd(ENABLE);
//等待PLL準備就緒
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
//設置PLL為系統時鐘源
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
//判斷PLL是否是系統時鐘
while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
}
//打開GPIO時鐘，復用功能，串口1的時鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
}
//IO口配置
void GPIO_cfg()
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
//PA9作為US1的TX端，打開復用，負責發送數據
GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA , &GPIO_InitStructure);
//PA10作為US1的RX端，負責接收數據
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//LED顯示串口正在發送/接收數據
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
//串口初始化
void USART_cfg()
{
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
//將結構體設置為缺省狀態
USART_StructInit(&USART_InitStructure);
//波特率設置為115200
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
//一幀數據的寬度設置為8bits
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
//在幀結尾傳輸1個停止位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
//奇偶失能模式，無奇偶校驗
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
//發送/接收使能
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
//硬件流控制失能
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
//設置串口1
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
//打開串口1的中斷響應函數
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
//打開串口1
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
//配置中斷
void NVIC_cfg()
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //選擇中斷分組2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQChannel; //選擇串口1中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //搶占式中斷優先級設置為0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //響應式中斷優先級設置為0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能中斷
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
然後在stm32f10x_it.c文件中找到相應的中斷處理函數，並填入一下內容。註意在stm32f10x_it.c中，要聲明一下外部變量RX_status
extern FlagStatus RX_status;
void USART1_IRQHandler(void)
{
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);
//確認是否接收到數據
RX_status = USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE);
//接收到數據
if(RX_status == SET)
{
//將數據回送至超級終端
USART_SendData(USART1, USART_ReceiveData(USART1));
//等待數據發送完畢
while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET);
GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);
}
}
大部分參考：http://blog.sina.com.cn/s/blog_49cb42490100tc55.html（待修改.....）
STM32學習筆記（7）——USART串口的使用