STM32F103（六）——USART程序

前言

——本章为对串口通信的一种（USART）进行总结

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一、串行通信的背景

1. 处理器与外部设备通信有两种方式

优缺点对比
方式	串行	并行
原理	数据同时传输	数据按位顺序传输
优点	速度快	速度慢
缺点	占用引脚多	占用引脚少

2. 串行通信的分类

· 单工 ——数据只支持在一个方向上传输

· 半双工——允许在两个方向上传输，但是在某一时刻，只能在一个方向上传输，本质是一种切换方向的单工

· 全双工——允许在两个方向上传输

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· 同步 ——发送方发送数据后，等待对方响应后才可以发下一个数据

· 异步 ——发送方发送数据后，不等待对方响应直接发送下一个数据

下面给出图例，让大家更好理解

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我们要说的 USART 就是属于 全双工——异步通讯

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3.对应引脚

USART对应引脚
名称	默认复用功能
PA2	USART2_TX
PA3	USART2_RX
PB10	USART3_TX
PB11	USART3_RX
PA9	USART1_TX
PA10	USART1_RX

我们需要注意以下引脚和他对应的通道

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二、配置与分析串口

1. 配置流程

这个流程是比较统一的，我们就按照这个顺序配置

1 —————— 串口时钟、GPIOA时钟使能
2 —————— GPIOA端口模式设置
3 —————— 串口参数初始化
4 —————— 开启中断并且初始化NVIC
5 —————— 使能串口
6 —————— 编写中断处理函数

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2.按步分析

定义我们的初始化函数，我们定义一个变量（bound）之后作为我们的波特律

void USART1_Init(u32 bound)

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（1）时钟使能

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

我们的板子使用的是 PA9 与 PA10 我们需要打开时钟与USART通道1

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（2）GPIOA的端口配置

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    //USART1_TX   PA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  
    //USART1_RX	  PA.10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  //USART1_TX   PA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  
    //USART1_RX	  PA.10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

我们的的发送和接受数据的端口所需要的模式并不一样，所以我们把他们分开初始化，说明一下

但要注意他们的模式是固定的，如果弄错了就会出现错误，而 RX 里因为是接受数据，所以就不需要输出的速率，所以我们没有 speed

（这里可能会有人会出现报错，可以在 C/C++里面把 c99 打开）

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（3）串口参数初始化

这一部分在这里比较重要，这是我们涉及的新的部分

USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;

这是设置我们的波特率最开始我们所设置的 bound就是填的这个，但是这个并不是乱填的，我们还是要注意注意，他是有固定数字的

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USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

设置字长，这里为8个字符

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	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件 
    数据流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式

接着这四个比较固定，我们就这么设置即可，以后也不需要怎么更改

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（4）开启中断并初始化NVIC

这节参考前面的中断文章，不过多说明

	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel =USART1_IRQn ;//设置通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //设置抢占优先
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//设置响应优先
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd= ENABLE;//使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

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（5）使能串口

 USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口

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（6）编写中断函数

比较需要注意的是，中断函数的名字不能更改，如果我们不需要中断不用设置他也行

我们接下来看看洋桃电子所给出的中断函数

void USART1_IRQHandler(void){ //串口1中断服务程序（固定的函数名不能修改）	
	u8 Res;
	//以下是字符串接收到USART1_RX_BUF[]的程序，(USART1_RX_STA&0x3FFF)是数据的长度（不包括回车）
	//当(USART1_RX_STA&0xC000)为真时表示数据接收完成，即超级终端里按下回车键。
	//在主函数里写判断if(USART1_RX_STA&0xC000)，然后读USART1_RX_BUF[]数组，读到0x0d 0x0a即是结束。
	//注意在主函数处理完串口数据后，要将USART1_RX_STA清0
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET){  //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)		
		Res =USART_ReceiveData(USART1);//(USART1->DR);	//读取接收到的数据
		printf("%c",Res); //把收到的数据以 a符号变量 发送回电脑		
		if((USART1_RX_STA&0x8000)==0){//接收未完成			
			if(USART1_RX_STA&0x4000){//接收到了0x0d				
				if(Res!=0x0a)USART1_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
				else USART1_RX_STA|=0x8000;	//接收完成了 
			}else{ //还没收到0X0D					
				if(Res==0x0d)USART1_RX_STA|=0x4000;
				else{
					USART1_RX_BUF[USART1_RX_STA&0X3FFF]=Res ; //将收到的数据放入数组
					USART1_RX_STA++;	//数据长度计数加1
					if(USART1_RX_STA>(USART1_REC_LEN-1))USART1_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收	  
				}		 
			}
		}   		 
	} 
}

这个中断函数，是我们使用串口发送所使用程序，接下来我们再给出一个串口接收所使用的中断函数

void USART1_IRQHandler(void){ //串口1中断服务程序（固定的函数名不能修改）	
	u8 a;
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET){  //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)		
		a =USART_ReceiveData(USART1);//读取接收到的数据
		printf("%c",a); //把收到的数据发送回电脑		  
	} 
}

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我们来看看他的主程序

int main (void){//主程序
	u8 a;
	//初始化程序
	RCC_Configuration(); //时钟设置

	USART1_Init(115200); //串口初始化（参数是波特率）

	//主循环
	while(1){

		//查询方式接收
		if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE) != RESET){  //查询串口待处理标志位
			a =USART_ReceiveData(USART1);//读取接收到的数据
			printf("%c",a); //把收到的数据发送回电脑		  
		}
		 

//      delay_ms(1000); //延时
	}
}

需要注意的是，如果我们使用的接收字符（接收我们在串口助手上写的），就需要关闭以下我们的中断函数，这样就不会进入中断了（USART_ITConfig）

我们再来看看主函数里 while 循环里调用的两个函数

1.USART_GetFlagStatus 作一个标志位，判断这个位置是否为1，我们查询了数据手册，让我们更深入的了解一下这个函数

而下面就是我们标志位的内容

当这些完成之后，就会置 1 ，所以上面的主函数里，我们就是判断数据寄存器是否是 1，如果是1的话，我们就进行下面的操作，把这些数据给发送出去。

而接下来的 USART_ReceiveData 就是用来接收我们发送的数据，他只有一个参数，就是用来选择我们要接收的串口

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上面的方法虽然好，但是他有一个比较严重的缺点，也就是失去的实时性，我们需要在查询的时候做我们的任务，所以我们就需要使用中断的方法。

我们打开我们的中断使能，然后把之前的中断函数改成我们上面所给的接收数据的中断，这样我们既能做主函数，也能马上执行我们所发送的，这里就使用了一个新的函数

USART_GetITStatus 我们看看这个函数

而下面就是他的内容

我们在此处选择的是接收中断事件，我们开启中断之后，就选择这个中断的内容，当接收信息时，我们的标志位置 1 ，然后进入下一步操作，读取我们收到的信息，然后用 printf 函数打印出来

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这样子我们就可以持续的接收我们所发送的字符串了，为了方便，我们再给出已经写好的发送字符串的函数（函数出自海创电子）

void USART_SendString( USART_TypeDef * USARTx, char *str)
{
     while(*str!='\0')
     {
         USART_SendByte( USARTx, *str++ );	
     }
     while(USART_GetFlagStatus(USARTx,USART_FLAG_TC)==RESET);
}
uint8_t USART_ReceiveByte(USART_TypeDef* USARTx)
{
  while(USART_GetFlagStatus(USARTx,USART_FLAG_RXNE)==RESET);
  
  return (uint8_t)USART_ReceiveData(USART1);

}

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当然我们前面还有一种方法没有说，也就是我们的 printf 函数，他能将我们所写的打印在我们的串口上，当然，要想使用 printf函数就和我们之前说的一样，他需要一个重定向，我们就需要

fputc 和 fgetc

#pragma import(__use_no_semihosting)             
                 
struct __FILE 
{ 
	int handle; 

}; 

FILE __stdout;          
void _sys_exit(int x) 
{ 
	x = x; 
} 

int fputc(int ch, FILE *f)
{
		
		USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);			
		while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);			
		return (ch);
}


int fgetc(FILE *f)
{		
		while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
		return (int)USART_ReceiveData(USART1);
}

在我们编写好的 usart.c 文件下面补充上这个就可以了，还需要注意的是，printf函数所打印出来的东西和 c语言很相似，我们需要对要打印出来的东西进行一个说明

u32 a	定义32位无符号变量a
u16 a	定义16位无符号变量a
u8 a	定义8位无符号变量a
vu32 a	定义易变的32位无符号变量a
vu16 a	定义易变的 16位无符号变量a
vu8 a	定义易变的 8位无符号变量a
uc32 a	定义只读的32位无符号变量a
uc16 a	定义只读的16位无符号变量a
uc8 a	义只读的8位无符号变量a

%d 十进制有符号整数
%u 十进制无符号整数
%f 浮点数
%s 字符串
%c 单个字符
%p 指针的值
%e 指数形式的浮点数
%x, %X 无符号以十六进制表示的整数
%o 无符号以八进制表示的整数
%g 自动选择合适的表示法
%p 输出地址符

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三、控制程序

使用串口来远程控制我们的单片机，同时也可以把单片机的状态展示在我们的串口上

这个程序是通过上面的串口接收程序来改写的

我们来看看主程序

#include "stm32f10x.h" //STM32头文件
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "buzzer.h"
#include "usart.h"


int main (void){//主程序
	u8 a;
	//初始化程序
	RCC_Configuration(); //时钟设置
	LED_Init();//LED初始化
	KEY_Init();//按键初始化
	BUZZER_Init();//蜂鸣器初始化
	USART1_Init(115200); //串口初始化（参数是波特率）

	//主循环
	while(1){

		//查询方式接收
		if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE) != RESET){  //查询串口待处理标志位
			a =USART_ReceiveData(USART1);//读取接收到的数据
			switch (a){
				case '0':
					GPIO_WriteBit(LEDPORT,LED1,(BitAction)(0)); //LED控制
					printf("%c:LED1 OFF ",a); //
					break;
				case '1':
					GPIO_WriteBit(LEDPORT,LED1,(BitAction)(1)); //LED控制
					printf("%c:LED1 ON ",a); //
					break;
				case '2':
					BUZZER_BEEP1(); //蜂鸣一声
					printf("%c:BUZZER ",a); //把收到的数据发送回电脑
					break;
				default:
					break;
			}		  
		}

		//按键控制
		if(!GPIO_ReadInputDataBit(KEYPORT,KEY1)){ //读按键接口的电平
			delay_ms(20); //延时20ms去抖动
			if(!GPIO_ReadInputDataBit(KEYPORT,KEY1)){ //读按键接口的电平
				while(!GPIO_ReadInputDataBit(KEYPORT,KEY1)); //等待按键松开 
				printf("KEY1 "); //
			}
		}		 
		if(!GPIO_ReadInputDataBit(KEYPORT,KEY2)){ //读按键接口的电平
			delay_ms(20); //延时20ms去抖动
			if(!GPIO_ReadInputDataBit(KEYPORT,KEY2)){ //读按键接口的电平
				while(!GPIO_ReadInputDataBit(KEYPORT,KEY2)); //等待按键松开 
				printf("KEY2 "); //
			}
		}		 

//      delay_ms(1000); //延时
	}
}

我们进入到 while 循环里面，一样的，我们通过 USART1 这个通道来读取我们所发送的字符，并把这个值赋值给 a ，然后再通过 a 的值，使用 switch 语句来选择我们要执行的部分

例如：我们在串口上面输入 1 ，就可以点亮我们的灯（这是远程控制）

下面的 if 语句就是用到记录我们单片机的状态，当按键按下（前面是正常的按键程序），我们就会执行后面的 printf 语句

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