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【嵌入式学习-STM32F103-USART串口通信】

时间：2021-11-28 01:17:16

起始位：首先，串口的空闲状态是高电平，也就是没有数据传输的时候，引脚必须要置高电平，作为空闲状态，然后需要传输的时候，必须要先发送一个起始位，这个起始位必须是低电平，来打破空闲状态的高电平，产生一个下降沿，该下降沿就告诉设备这一帧数据要开始了。如果没有起始位，数据线就一直都是高电平，没有任何波动，这样接收方怎么知道要接收数据呢。

停止位：为下一个起始位做准备。如果没有停止位，那当我数据最后一位是0的时候，下次再发送新的一帧，就没有办法产生下降沿了。

例子，连续发送两个0x55，1个停止位和2个停止位

校验位：串口使用的是一种叫奇偶校验的数据验证方法。奇偶校验可以判断数据传输是否出错。如果数据出错了，可以选择丢弃或者要求重传。
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串口通信总结：TX引脚输出定时翻转的高低电平，RX引脚定时读取引脚的高低电平。每个字节的数据加上起始位，停止位，可选的校验位（无，奇，偶），打包成数据帧，一次输出在TX引脚，另一端RX引脚依次接收，这样就完成了字节数据的传递。
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2、STM32内部的USART外设

USART外设就是串口通信的硬件支持电路。
常用配置：波特率9600或者115200，数据位8位，停止位1位，无校验
USART1:APB2总线的设备
USART2、USART3：APB1总线的设备
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USART功能框图

TX和RX走线

发送数据寄存器和发送移位寄存器怎么工作的呢？
比如在某一时刻给TDR写入0x55数据

发送端

此时，硬件检测到你写入数据，它就会检查当前一位寄存器是不是有数据正在移位，如果没有，这个01010101就会立刻全部移动到发送移位寄存器，准备发送。当数据从TDR移动到移位寄存器时，会置一个标志位，叫TXE（TX Empty），发送寄存器空。如果该标志位置1，可在TDR写入下一个数据。注意，当TXE标志位置1时，数据还没有发送出去，只要数据从TDR转移到移位寄存器，TXE就会置1，此时可写入新的数据。然后发送移位寄存器就会在发生器控制的驱动下，向右移位，然后一位一位地把数据输出到TX引脚，正好与串口协议规定的低位先行一致。当数据移位完成时，新的数据就会再次自动地从TDR转移到发送移位寄存器里来。如果当前移位寄存器移位还没有完成，TDR的数据就会进行等待，一旦移位完成，就会立刻转移过来。有了TDR和移位寄存器的双重缓存，可以保证连续发送数据的时候，数据帧之间不会有空闲。简单来说，数据一旦从TDR转移到移位寄存器，管你有没有移位完成，就会把下一个数据放在TDR等待。一旦移位寄存器移动完成，新的数据就会立刻跟上。
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接收端

数据从RX引脚通向接受移位寄存器，在接收器控制的驱动下，一位一位地读取RX电平，先放在最高位，然后向右移动，移位8次后就可以接受一个字节。

同样，`因为串口协议规定是低位先行`，所以接受移位寄存器是从高位往低位这个方向移动，当一个字节移位完成后，这一个字节的数据就会整体地转移到接收数据寄存器RDR里，在转移的过程中会置一个标志位，叫RXNE（RX Not Empty），接收数据寄存器非空。当我们检测到RXNE置1之后，就可以把数据读走。同时，这个标志位可以去申请中断，在收到数据时，直接进入中断函数。
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这里也是两个寄存器进行缓存，当数据从移位寄存器转移到RDR时，就可以直接移位接受下一帧数据。
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发送器控制：用来控制发送移位寄存器的工作
接受器控制：用来控制接收移位寄存器的工作

以下模块用于产生同步时钟信号，它是配合发送移位寄存器输出的，发送寄存器每移位一次，同步时钟电平就跳变一个周期，时钟告诉对方我移出去移位数据了。该时钟只支持输出，不支持输入，因此两个USART之间不能实现同步的串口通信。
时钟作用
1、兼容别的协议，比如串口加时钟，与SPI协议相似，因此可兼容SPI
2、自适应波特率，如接收设备不确定发送设备给的是什么波特率，可通过测量时钟周期，再计算得到波特率。

以下是判断发送状态和接收状态的必要标志位。
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波特率发生器就是分频器，APB时钟进行分频，得到发送和接收移位的时钟。
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串口的引脚

3、USART基本结构（江科大简化）

‘>>’右移，表示数据低位先行
开关控制->配置完成时，用cmd开启USART外设

输入的采样频率和波特率一致，还要保证每次输入采样的位置，要正好处于每一位的正中间，只有在每一位的正中间采样，这样的高低电平读进来，才是最可靠的。如果采样点过于靠前或靠后，那有可能高低电平还正在翻转，电平不稳定或者稍有误差，数据就采样出错了。
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起始位侦测和采样位置对齐的策略
噪声标志位：NE
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波特率发生器
为什么要除以16，因为它内部还有一个16倍频波特率的采样时钟
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比如我要配置USART1为9600波特率，那如何配置BRR寄存器呢。
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4、串口发送代码

4-1 基本流程

1、第一步开启时钟，把需要用到的USART和GPIO的时钟打开

2、第二步，GPIO初始化，把Tx配置成复用输出，Rx配置成输入

3、第三步，配置USART，直接使用一个结构体

4、如果你只需要发送的功能，就直接开启USART，初始化就结束了；如果你需要接收的功能，可能还需要配置中断，那就在开启USART之前，再加上ITConfig和NVIC的代码

static void NVIC_Configuration(void){NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;/* 嵌套向量中断控制器组选择 *//* 提示 NVIC_PriorityGroupConfig() 在整个工程只需要调用一次来配置优先级分组*/NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);/* 配置USART为中断源，默认使用串口1作为中断源*/NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;/* 抢断优先级*/NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;/* 子优先级 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;/* 使能中断 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;/* 初始化配置NVIC */NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}// 串口中断优先级配置NVIC_Configuration();// 使能串口接收中断，接收数据寄存器非空，表示接收到数据就产生中断USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);

5、初始化完成后，如果要发送数据，调用一个发送函数即可；如果要接收数据，就调用接收的函数。如果要获取发送和接收的状态，就调用获取位的函数

4-2 整体代码

4-2-1 main.c

#include "stm32f10x.h" // Device header#include "Delay.h"#include "OLED.h"#include "Serial.h"int main(void){OLED_Init();//初始化串口Serial_Init();//发送数据，调用该函数后，TX引脚就会产生一个0x41对应的波形，//可将该波形发送给其他支持串口的模块，也可以通过USB转串口的模块发送到电脑端Serial_SendByte(0x41);uint8_t MyArray[] = {0x42, 0x43, 0x44, 0x45};Serial_SendArray(MyArray, 4);//传入数组的首地址，指定传输4个字节 Serial_SendString("\r\nNum1=");Serial_SendNumber(111, 3);printf("\r\nNum2=%d", 222);char String[100]; //定义字符串sprintf(String, "\r\nNum3=%d", 333); //打印字符串Serial_SendString(String); //发送字符串Serial_Printf("\r\nNum4=%d", 444);Serial_Printf("\r\n");while (1){}}

4-2-2 Serial.c

#include "stm32f10x.h" // Device header#include <stdio.h>#include <stdarg.h>void Serial_Init(void){RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); //USART1的外设时钟时APB2RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIO时钟//初始G化PIOGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/* 将PA9配置为复用推挽输出，供USART的Tx使用 *///TX引脚是USART外设控制的输出脚，所以要选复用推挽输出，RX引脚是USART外设数据输入脚，//所以要选择输入模式，一根线只能有一个输出，但可以有多个输入//因为串口波形空闲状态是高电平，所以不使用下拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化USARTUSART_InitTypeDef USART_InitStructure;USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; //Init函数内部会自动算好9600对应的分频系数，然后写到BRR寄存器USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //不用流控USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx; //只有发送模式USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //无校验USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //1位停止位USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //字长8位USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);//使能USARTUSART_Cmd(USART1, ENABLE);}void Serial_SendByte(uint8_t Byte){//将Byte变量写入到TDRUSART_SendData(USART1, Byte);//等待TXE置1，表明TDR数据已经转移到移位数据寄存器，要不然如果数据//还在TDR进行等待，我们再写入数据就会产生数据覆盖，所以在数据发送之后，还需要等待以下标志位//如果TXE标志位==RESET，就一直循环，直到SET，结束等待，标志位置1后，不需要手动清零，//当下一次SendData时，该标志位自动清零while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); }//uint8_t *Array这是一个uint8_t 的指针类型，指向待发送数组的首地址，传递数组需要使用指针//length由于数组无法判断是否结束，所以需要再传递一个length进来void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length){uint16_t i;for (i = 0; i < Length; i ++){Serial_SendByte(Array[i]);}}void Serial_SendString(char *String){uint8_t i;for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++) //数据0，对应空字符，是字符串结束标志位，如果不等于0，就是还没有结束，进行循环，如果等于0，就是结束，停止循环{Serial_SendByte(String[i]);}}uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y){uint32_t Result = 1;while (Y --){Result *= X; //X的Y次方}return Result;}//发送一个数字，最终能在电脑显示字符串形式的数字void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length){uint8_t i;for (i = 0; i < Length; i ++){Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0'); //目前循环，参数会以10进制从高位到低位依次发送，再加上偏移量}}//单个串口重定向//printf重定向，fputc是printf的底层，将fputc函数重定向到了串口，那printf自然就输出到串口int fputc(int ch, FILE *f){Serial_SendByte(ch);return ch;}//封装sprintfvoid Serial_Printf(char *format, ...){char String[100];va_list arg;va_start(arg, format);vsprintf(String, format, arg);va_end(arg);Serial_SendString(String);}

4-2-3 Serial.h

#ifndef __SERIAL_H#define __SERIAL_H#include <stdio.h>void Serial_Init(void);void Serial_SendByte(uint8_t Byte);void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);void Serial_SendString(char *String);void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);void Serial_Printf(char *format, ...);#endif

5、串口接收代码

5-1 查询

在主函数里不断判断RXNE标志位，如果置1，表明收到数据，再调用ReceiveData，读取DR寄存器即可

//查询while(1){if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE) == SET){RxData = USART_ReceiveData(USART1); //读完DR寄存器，该标志位自动清除OLED_ShowHexNum(1,1,RxData,2);}}

5-2 中断

/*===================================================*//* 串口接收可使用查询和中断两种方法以下是中断*///开启中断，选择RXNE，表示这一个字节的数据就会整体地转移到接收数据寄存器RDR里USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//中断优先级分组NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//配置NVICNVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);/*===================================================*//*==============中断接收和变量的封装====================*/uint8_t Serial_GetRxFlag(void){if (Serial_RxFlag == 1){Serial_RxFlag = 0;return 1;}return 0;}uint8_t Serial_GetRxData(void){return Serial_RxData;}//中断函数的名字在启动文件里面（startup_stm32f10x_md.s）void USART1_IRQHandler(void){//先判断标志位if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET){//将接收寄存器里的数据放到自定义变量里Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);//读完数据后置标志位1Serial_RxFlag = 1;//如果读取DR，则自动清除标志位，否则，手动清除标志位USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); }}

5-3 整体代码

5-3-1 main.c

#include "stm32f10x.h" // Device header#include "Delay.h"#include "OLED.h"#include "Serial.h"uint8_t RxData;int main(void){OLED_Init();OLED_ShowString(1, 1, "RxData:");Serial_Init();while (1){if (Serial_GetRxFlag() == 1){RxData = Serial_GetRxData();//把接收到的数据回传（到电脑）功能Serial_SendByte(RxData);OLED_ShowHexNum(1, 8, RxData, 2);}}////查询//while(1)//{//if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE) == SET)//{//RxData = USART_ReceiveData(USART1); //读完DR寄存器，该标志位自动清除//OLED_ShowHexNum(1,1,RxData,2);//}//}}

5-3-2 Serial.c

#include "stm32f10x.h" // Device header#include <stdio.h>#include <stdarg.h>uint8_t Serial_RxData;uint8_t Serial_RxFlag;void Serial_Init(void){RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //引脚模式为上拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);USART_InitTypeDef USART_InitStructure;USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx; //或，同时开启发送和接收部分USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);/*===================================================*//* 串口接收可使用查询和中断两种方法以下是中断*///开启中断，选择RXNE，表示这一个字节的数据就会整体地转移到接收数据寄存器RDR里USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//中断优先级分组NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//配置NVICNVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);/*===================================================*/USART_Cmd(USART1, ENABLE);}void Serial_SendByte(uint8_t Byte){USART_SendData(USART1, Byte);while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);}void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length){uint16_t i;for (i = 0; i < Length; i ++){Serial_SendByte(Array[i]);}}void Serial_SendString(char *String){uint8_t i;for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++){Serial_SendByte(String[i]);}}uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y){uint32_t Result = 1;while (Y --){Result *= X;}return Result;}void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length){uint8_t i;for (i = 0; i < Length; i ++){Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');}}int fputc(int ch, FILE *f){Serial_SendByte(ch);return ch;}void Serial_Printf(char *format, ...){char String[100];va_list arg;va_start(arg, format);vsprintf(String, format, arg);va_end(arg);Serial_SendString(String);}/*==============中断接收和变量的封装====================*///对Serial_RxFlag变量封装get函数，实现读后自动清除的作用uint8_t Serial_GetRxFlag(void){if (Serial_RxFlag == 1){Serial_RxFlag = 0;return 1;}return 0;}//对Serial_RxData变量封装get函数uint8_t Serial_GetRxData(void){return Serial_RxData;}//中断函数的名字在启动文件里面（startup_stm32f10x_md.s）void USART1_IRQHandler(void){//先判断标志位if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET){//将接收寄存器里的数据放到自定义变量里Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);//读完数据后置标志位1Serial_RxFlag = 1;//如果读取DR，则自动清除标志位，否则，手动清除标志位，此处手动清除没影响USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); }}/*==========================================================*/

5-3-3 Serial.h

#ifndef __SERIAL_H#define __SERIAL_H#include <stdio.h>void Serial_Init(void);void Serial_SendByte(uint8_t Byte);void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);void Serial_SendString(char *String);void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);void Serial_Printf(char *format, ...);uint8_t Serial_GetRxFlag(void);uint8_t Serial_GetRxData(void);#endif#include "stm32f10x.h" // Device header#include "Delay.h"#include "OLED.h"#include "Serial.h"uint8_t RxData;int main(void){OLED_Init();OLED_ShowString(1, 1, "RxData:");Serial_Init();//中断while (1){if (Serial_GetRxFlag() == 1){RxData = Serial_GetRxData();//把接收到的数据回传（到电脑）功能Serial_SendByte(RxData);OLED_ShowHexNum(1, 8, RxData, 2);}}////查询//while(1)//{//if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE) == SET)//{//RxData = USART_ReceiveData(USART1); //读完DR寄存器，该标志位自动清除//OLED_ShowHexNum(1,1,RxData,2);//}//}}

6、USART串口数据包

通过额外添加包头包尾实现数据分割打包的思路

问题：

1、包头包尾和数据载荷重复的问题，如果数据和包头包尾重复，可能会引起误判

解决方法：

1、限制载荷数据的范围，如果可以的话，我们在发送的时候，对数据进行限幅

2、如果无法避免载荷数据和包头包尾重复，我们就尽量使用固定长度的数据包，由于载荷数据是固定的，只要我们通过包头包尾对齐了数据，就可以严格知道哪个数据是包头包尾，哪个数据应该是载荷数据。在接收载荷数据的时候，我们并不会判断他是否是包头包尾，而在接收包头包尾的时候，我们会判断它是不是确实是包头包尾，用于数据对齐

3、增加包头包尾的数量，并且让它尽量呈现出载荷数据出现不了的状态

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6-1 使用状态机接收数据包的思路

标志位只有0和1，而状态机是多标志位状态的一种方式。最开始，S=0，收到一个数据，进入中断，根据S=0,进入第一个状态的程序，判断数据是不是包头FF，如果是FF，则代表收到包头，之后置S=1，退出中断，结束，下次再进中断，根据S=1，就可以进行接受数据的程序。如果在第一个状态，如果收到的不是FF，证明数据没有对齐，我们应该等待读数据包包头的出现。这时S=0.下次进中断，就还是判断包头的逻辑，知道出现FF，才能转到下一个状态，来到接收数据状态，此时收到数据，我们就直接把他存在数组中，另外再用一个变量记录接受了多少个数据，如果没有收购4个数据，就一直是接收状态，如果收够了，就置S=2.下次进入中断时，就可以进入下一个状态了。最后的状态就是等待包尾，判断数据是否是FE，这样就可以置S=0，回到最初的状态，开始下一个轮回。如果包尾位置不是·FE，此时可以进入重复等待包尾的状态，直到接收到真正的包尾。这样加入包尾的判断，更加能够预防因数据和包头重复造成的错误。

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6-2 串口收发HEX数据包

6-2-1 main.c

#include "stm32f10x.h" // Device header#include "Delay.h"#include "OLED.h"#include "Serial.h"#include "Key.h"uint8_t KeyNum;int main(void){OLED_Init();Key_Init();Serial_Init();OLED_ShowString(1, 1, "TxPacket");OLED_ShowString(3, 1, "RxPacket");//填充缓冲区数组（发送缓存赋初始值）Serial_TxPacket[0] = 0x01;Serial_TxPacket[1] = 0x02;Serial_TxPacket[2] = 0x03;Serial_TxPacket[3] = 0x04;while (1){KeyNum = Key_GetNum();//按键按下，则执行发送数据if (KeyNum == 1){//变换数据Serial_TxPacket[0] ++;Serial_TxPacket[1] ++;Serial_TxPacket[2] ++;Serial_TxPacket[3] ++;//发送数据包Serial_SendPacket();//OLED显示数据OLED_ShowHexNum(2, 1, Serial_TxPacket[0], 2);OLED_ShowHexNum(2, 4, Serial_TxPacket[1], 2);OLED_ShowHexNum(2, 7, Serial_TxPacket[2], 2);OLED_ShowHexNum(2, 10, Serial_TxPacket[3], 2);}if (Serial_GetRxFlag() == 1){OLED_ShowHexNum(4, 1, Serial_RxPacket[0], 2);OLED_ShowHexNum(4, 4, Serial_RxPacket[1], 2);OLED_ShowHexNum(4, 7, Serial_RxPacket[2], 2);OLED_ShowHexNum(4, 10, Serial_RxPacket[3], 2);}}}

6-2-2 Serial.c

#include "stm32f10x.h" // Device header#include <stdio.h>#include <stdarg.h>//为了收发数据包，定义两个缓冲区的数组uint8_t Serial_TxPacket[4];//FF 01 02 03 04 FEuint8_t Serial_RxPacket[4];//如果收到一个数据包，就置RxFlag（标志位）uint8_t Serial_RxFlag;void Serial_Init(void){RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);USART_InitTypeDef USART_InitStructure;USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);USART_Cmd(USART1, ENABLE);}void Serial_SendByte(uint8_t Byte){USART_SendData(USART1, Byte);while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);}void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length){uint16_t i;for (i = 0; i < Length; i ++){Serial_SendByte(Array[i]);}}void Serial_SendString(char *String){uint8_t i;for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++){Serial_SendByte(String[i]);}}uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y){uint32_t Result = 1;while (Y --){Result *= X;}return Result;}void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length){uint8_t i;for (i = 0; i < Length; i ++){Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');}}int fputc(int ch, FILE *f){Serial_SendByte(ch);return ch;}void Serial_Printf(char *format, ...){char String[100];va_list arg;va_start(arg, format);vsprintf(String, format, arg);va_end(arg);Serial_SendString(String);}void Serial_SendPacket(void){//发送包头Serial_SendByte(0xFF);//发送四个载荷数据Serial_SendArray(Serial_TxPacket, 4);//发送包尾Serial_SendByte(0xFE);}uint8_t Serial_GetRxFlag(void){if (Serial_RxFlag == 1){Serial_RxFlag = 0;return 1;}return 0;}//在接收中断函数里，我们需要用状态机来执行接收逻辑void USART1_IRQHandler(void){//定义一个标志当前状态的变量S，静态变量（类似于全局变量，函数进入只会初始化依次0，在函数退出后，数据仍然有效，//与全局变量不同的是，静态变量只能在本函数使用）static uint8_t RxState = 0;//指示接收数据到哪一个，最开始默认为0static uint8_t pRxPacket = 0;if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET){uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);//状态0，进入等待包头的程序if (RxState == 0){if (RxData == 0xFF){RxState = 1;pRxPacket = 0; //状态0转移到状态1，提前清零}}//状态1，进入接收数据的程序else if (RxState == 1){//依次接收4个数据，存在RxPack数组里Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData; //将RxData存到接收数组里pRxPacket ++; //移动到下一个位置if (pRxPacket >= 4){RxState = 2;}}//状态2，等待包尾else if (RxState == 2){//判断是否是包尾，if (RxData == 0xFE){RxState = 0; //如果是的话，回到最初的状态Serial_RxFlag = 1; //接收标志位置1，代表数据包接收到了}}USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE); //手动清除中断标志位}}

6-2-3 Serial.h

#ifndef __SERIAL_H#define __SERIAL_H#include <stdio.h>//extern 外部可调用extern uint8_t Serial_TxPacket[];extern uint8_t Serial_RxPacket[];void Serial_Init(void);void Serial_SendByte(uint8_t Byte);void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);void Serial_SendString(char *String);void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);void Serial_Printf(char *format, ...);void Serial_SendPacket(void);uint8_t Serial_GetRxFlag(void);#endif

6-3串口收发文本数据包

以@符号为包头，换行的两个符号为包尾，中间的载荷字符数量不固定。

6-3-1 main.c

#include "stm32f10x.h" // Device header#include "Delay.h"#include "OLED.h"#include "Serial.h"#include "LED.h"#include "string.h"int main(void){OLED_Init();LED_Init();Serial_Init();OLED_ShowString(1, 1, "TxPacket");OLED_ShowString(3, 1, "RxPacket");while (1){//判断是否接收到数据包if (Serial_RxFlag == 1){OLED_ShowString(4, 1, "");OLED_ShowString(4, 1, Serial_RxPacket);//判断两个字符串是否相等if (strcmp(Serial_RxPacket, "LED_ON") == 0){//点亮LEDLED1_ON();//向串口助手回传字符串Serial_SendString("LED_ON_OK\r\n");OLED_ShowString(2, 1, "");OLED_ShowString(2, 1, "LED_ON_OK");}//接收到的数据于LED_OFF相同else if (strcmp(Serial_RxPacket, "LED_OFF") == 0){LED1_OFF();Serial_SendString("LED_OFF_OK\r\n");OLED_ShowString(2, 1, "");OLED_ShowString(2, 1, "LED_OFF_OK");}//错误指令else{Serial_SendString("ERROR_COMMAND\r\n");OLED_ShowString(2, 1, "");OLED_ShowString(2, 1, "ERROR_COMMAND");}Serial_RxFlag = 0;}}}

6-3-2 Serial.c

#include "stm32f10x.h" // Device header#include <stdio.h>#include <stdarg.h>//接收的数据类型定义为char，用于接收字符，100个字符（单条置零最长不能超过100个字符），防止溢出char Serial_RxPacket[100];//"@MSG\r\n"uint8_t Serial_RxFlag;void Serial_Init(void){RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);USART_InitTypeDef USART_InitStructure;USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);USART_Cmd(USART1, ENABLE);}void Serial_SendByte(uint8_t Byte){USART_SendData(USART1, Byte);while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);}void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length){uint16_t i;for (i = 0; i < Length; i ++){Serial_SendByte(Array[i]);}}void Serial_SendString(char *String){uint8_t i;for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++){Serial_SendByte(String[i]);}}uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y){uint32_t Result = 1;while (Y --){Result *= X;}return Result;}void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length){uint8_t i;for (i = 0; i < Length; i ++){Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');}}int fputc(int ch, FILE *f){Serial_SendByte(ch);return ch;}void Serial_Printf(char *format, ...){char String[100];va_list arg;va_start(arg, format);vsprintf(String, format, arg);va_end(arg);Serial_SendString(String);}//文本数据包的中断接收状态机void USART1_IRQHandler(void){static uint8_t RxState = 0;static uint8_t pRxPacket = 0;if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET){uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);//状态0，等待包头 if (RxState == 0){//等待包头的时候，满足以下条件才执行接收，否则你发太快，我还没处理完，就跳过这个数据包，导致错位//只有RxFlag为0，才会继续接收下一个数据包if (RxData == '@' && Serial_RxFlag == 0){//转移到状态1RxState = 1;//计数器清零pRxPacket = 0;}}//状态1，因为载荷字符数量并不确定，所以每次接收之前，我们必须先判断是不是包尾else if (RxState == 1){if (RxData == '\r'){//转到状态2RxState = 2;}//如果不是，仍然需要接收数据else{Serial_RxPacket[pRxPacket] = RxData;pRxPacket ++;}}//状态2，需要检测RxData是不是'\n'，等待第二个包尾else if (RxState == 2){//如果是的话，状态置0，接收标志位置1if (RxData == '\n'){RxState = 0;//需要给这个字符数组的最后加一个字符串结束标志位'\0',方便后续对字符串进行处理Serial_RxPacket[pRxPacket] = '\0';Serial_RxFlag = 1;}}USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);}}

6-3-3 Serial.h

#ifndef __SERIAL_H#define __SERIAL_H#include <stdio.h>extern char Serial_RxPacket[];extern uint8_t Serial_RxFlag;void Serial_Init(void);void Serial_SendByte(uint8_t Byte);void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);void Serial_SendString(char *String);void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);void Serial_Printf(char *format, ...);#endif

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【嵌入式学习-STM32F103-USART串口通信】

目录

1、串口通信协议（简介+软硬件规则）

2、STM32内部的USART外设

3、USART基本结构（江科大简化）