????????我在大二學(xué)32的時(shí)候曾經(jīng)寫過一篇博客，現(xiàn)在看了一個(gè)韓老師的專題課后再來完善一下32串口方面的知識(shí)。所有的知識(shí)都可在官方手冊中找到，目前我認(rèn)為學(xué)習(xí)一個(gè)新的芯片，最全最細(xì)的就是官方手冊了，英文看不懂可以看中文的，不過最好是英文的，翻譯有的地方有偏差。

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目錄

1 協(xié)議基礎(chǔ)知識(shí)介紹

1.1 同步通信和異步通信

同步通信：

異步通信：

1.2 串行通信和并行通信的區(qū)別

串行通信：

并行通信：

串行傳輸：

并行傳輸：

1.3 單工、半雙工、全雙工

1.4 常見通信總結(jié)

1.5 USART基本概念

1.6 串口電路連接

1.7 STM32f051串口?

1.8 串口通信協(xié)議介紹

1.9 波特率

2. USART寄存器介紹

2.1 控制寄存器 USART_CR

USART_CR1

USART_CR2

2.2 波特率寄存器 USART_BRR

2.3 中斷和狀態(tài)寄存器 USART_ISR

2.4 數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器 USART_TDR

2.5 數(shù)據(jù)接收寄存器 USART_RDR?

3 USART開發(fā)傳輸控制流程

3.1 USART硬件原理圖分析

4 實(shí)踐：USART控制——字符傳輸讀 寫

4.1 CubeMX中配置管腳?

?4.2 串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收

4.3?串口傳輸函數(shù)——讀取寄存器方式

?4.4 實(shí)踐：USART控制——字符傳輸利用庫

(1) 串口的發(fā)送函數(shù)

(2) 串口的接收函數(shù)

4.5 實(shí)踐6：USART控制——實(shí)現(xiàn)printf()串 口重定向輸出

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1 協(xié)議基礎(chǔ)知識(shí)介紹

1.1 同步通信和異步通信

通信，最少要有兩個(gè)對象，一個(gè)收，一個(gè)發(fā)

同步通信：

????????一般情況下同步通信指的是通信雙方根據(jù)同 步信號(hào)進(jìn)行通信的方式。比如通信雙方有一個(gè)共同的時(shí) 鐘信號(hào)，大家根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)的變化進(jìn)行通信。

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異步通信：

????????是指數(shù)據(jù)傳輸速度匹配依賴于通信雙方有自 己獨(dú)立的系統(tǒng)時(shí)鐘，大家約定好通信的速度。異步通信 不需要同步信號(hào)，但是并不是說通信的過程不同步。數(shù) 據(jù)量大會(huì)有誤差。（兩邊都有自己獨(dú)立的時(shí)鐘信號(hào)）

注意：同步通信有時(shí)鐘線，異步通信沒有時(shí)鐘線。

1.2 串行通信和并行通信的區(qū)別

串行通信：

指的是同一時(shí)刻只能收或發(fā)一個(gè)bit位信息。 因此只用1根信號(hào)線即可。

并行通信：

指的是同一時(shí)刻可以收或發(fā)多個(gè)bit位的信 息，因此需要多根信號(hào)線才行。

串行傳輸：

數(shù)據(jù)按位順序傳輸。

-優(yōu)點(diǎn)：占用引腳資源少

-缺點(diǎn)：速度相對較慢

例如：UART 串口

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并行傳輸：

數(shù)據(jù)各個(gè)位同時(shí)傳輸。

-優(yōu)點(diǎn)：速度快

-缺點(diǎn)：占用引腳資源多 IO口資源有限和使用緊張；

1.3 單工、半雙工、全雙工

單工：要么收，要么發(fā)，只能做接收設(shè)備或者發(fā)送設(shè) 備。比如收音機(jī)

半雙工：可以收，可以發(fā)，但是不能同時(shí)收發(fā)， 比如對 講機(jī)

全雙工：可以在同一時(shí)刻既接收，又發(fā)送。 比如手機(jī)

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1.4 常見通信總結(jié)

1.5 USART基本概念

????????通用同步異步收發(fā)器（USART）靈活地與外部設(shè)備進(jìn)行 全雙工數(shù)據(jù)通信，滿足外部設(shè)備對工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NRZ異步串 行數(shù)據(jù)格式的要求。USART通過小數(shù)波特率發(fā)生器提供 了多種波特率。它支持同步單向通信和半雙工單線通 信；還支持LIN（局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)），智能卡協(xié)議與IrDA （紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)）SIR ENDEC規(guī)范，以及調(diào)制解調(diào)操作 （CTS/RTS）。而且，它還支持多處理器通信。

???????? USART**支持同步模式，因此USART 需要同步始終信 號(hào)USART_CK（如STM32 單片機(jī)），通常情況同步信號(hào) 很少使用，因此USART和一般單片機(jī)UART使用方式是 一樣的，都使用異步模式。**

1.6 串口電路連接

接口與外部設(shè)備通過三個(gè)引腳相連， RX，TX，GND

任何 USART 雙向通訊要求最少有兩個(gè)引腳： 接收數(shù)據(jù) 輸入（RX）和發(fā)送數(shù)據(jù)輸出（TX）

RX: 接收數(shù)據(jù)輸入是串行數(shù)據(jù)的輸入口。 使用過采樣技 術(shù)來完成數(shù)據(jù)恢復(fù)，以區(qū)別輸入數(shù)據(jù)和噪聲。

TX: 數(shù)據(jù)發(fā)送輸出。 當(dāng)發(fā)送器被禁止，輸出腳回到其 I/O 口配置狀態(tài)。 當(dāng)發(fā)送器被使能，但不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，TX 腳 為高電平輸出。 在單線和智能卡模式中，這個(gè)口線既用 于發(fā)送數(shù)據(jù)也 用于接收數(shù)據(jù)。

注意：

（1）電腦用的TTL電平和EIA電平不能直接連；

（2）TTL電平， 0V表示0 ，大于3.3或者5伏就表示為1了；

????????DB9插槽已經(jīng)很少了，或者迷你USB口插槽，因此有的 是USB線，這時(shí)需要當(dāng)做串口用的話需要用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換， CH340。

1.7 STM32f051串口?

?

STM32F051內(nèi)置多達(dá)兩個(gè)通用同步 / 異步收發(fā)器（ USART1 和 USART2 ），通信速度可達(dá) 6 Mbit / s

如果使用 USART1進(jìn)行串口傳輸通訊。 查找原理圖和手冊，對應(yīng)寄存器是PA9,PA10。

1.8 串口通信協(xié)議介紹

協(xié)議很重要！！！?

?從左到右，看圖上發(fā)生的事件，實(shí)際發(fā)送從起始位開 始，停止位結(jié)束。

1. 約定數(shù)據(jù)什么時(shí)候發(fā)送，不傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候默認(rèn)都是高 電平；

2. 起始位：開始發(fā)送的時(shí)候，發(fā)送一個(gè)低電平，作為起始 位；

3. 數(shù)據(jù)位：約定數(shù)據(jù)位8~9位（正常的通訊協(xié)議是5~8位， 但是STM32F0要求是8~9）；數(shù)據(jù)的低位先發(fā)送；

4. 校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)發(fā)送完成，發(fā)送一個(gè)可選的校驗(yàn)位，檢驗(yàn) 數(shù)據(jù)的正確性； （奇校驗(yàn)，奇校驗(yàn)位設(shè)置1bit值為1，發(fā)送的數(shù)據(jù)里為1的 bit位的個(gè)數(shù)加上奇校驗(yàn)位的發(fā)送的奇校驗(yàn)標(biāo)志1，一共是奇 數(shù)個(gè)1，就是正確發(fā)送。偶校驗(yàn)同理），一般傳輸量不大， 不會(huì)產(chǎn)生誤差，所以一般不校驗(yàn)；

5. 停止位：1到2個(gè)bit數(shù)據(jù)，一般是設(shè)置為0；

6. 約定數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?#xff0c;一般是用到是9600,115200（不 是純數(shù)據(jù)位，包含了起始位等）；

例如： 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 **TXD 串口輸出0x05波形圖、 注意是低位先發(fā)送**

1.9 波特率

????????在串行通信中，用“波特率”來描述數(shù)據(jù)的傳輸速率。所謂 波特率，既每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù)，其單位為bps（bits per second）。它是衡量串行數(shù)據(jù)速度快慢的重要指 標(biāo)。

????????國際上規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的波特率系列： 110、300、600、 1200、1800、2400、4800、9600、115200、 14.4Kbps、19.2Kbps、……

例如：115200bps、指每秒傳送115200位。通信雙方必 須設(shè)置同樣的同學(xué)速率才能正常通信

注意：實(shí)際的數(shù)據(jù)沒這么多，還包括起始位，結(jié)束位， 校驗(yàn)位

2. USART寄存器介紹

2.1 控制寄存器 USART_CR

USART_CR1

?32位，其中[31:26]無效，

????????以上描述，表明控制寄存器可以配置中斷使能、通訊協(xié) 議控制位，我們的開發(fā)只需要其中的一部分，也夠用 了，其他具體的配置需求可以參看手冊的24章。

注意：串口通訊協(xié)議的 配置，通常是8N1 配置：

8個(gè)通訊數(shù)據(jù)位， N沒有奇偶校驗(yàn)，1個(gè)停止位；

USART_CR2配置停止位。

USART_CR2

?

?串口通訊協(xié)議的 8N1 配置 8個(gè)通訊數(shù)據(jù)位， N沒有奇偶校驗(yàn)，1個(gè)停止位；

2.2 波特率寄存器 USART_BRR

????????記錄了 USART 的波特率。手動(dòng)配置需要有公式去賦值， STM32CubeMX生成的工程會(huì)自動(dòng)幫助配置，具體實(shí)現(xiàn) 代碼可以用來了解。?

2.3 中斷和狀態(tài)寄存器 USART_ISR

?????????用于判斷輸入、釋放數(shù)據(jù)的狀態(tài)： 控制寄存器中數(shù)據(jù)發(fā)送位(TXE)為1，表示TDR已經(jīng)有數(shù) 據(jù)放到移位寄存器TX Shift Reg，等待移位寄存器輸出 （寫外設(shè)）完畢；（發(fā)送寄存器(TXE)為空時(shí)，注意 USART_TDR 寄存器此時(shí)是空的，即可以往 USART_TDR 寫入數(shù)據(jù)。此時(shí)寫入 USART_TDR 寄存器不會(huì)覆蓋先前 在 USART_TDR 中的數(shù)據(jù)，已經(jīng)到移位寄存器啦。) 控制寄存器中數(shù)據(jù)接收位(RXNE)為1，表示RDR已經(jīng)有 數(shù)據(jù)從移位寄存器RX Shift Reg中一位一位移動(dòng)過來， 等待被輸入（芯片讀）完畢；所以置位ISR的數(shù)據(jù)接收位 (RXNE)，就會(huì)設(shè)置將 RX Shift Reg 接收的數(shù)據(jù)移動(dòng)到 USART_RDR 寄存器里，傳輸出錯(cuò)，ORE被設(shè)置，具體 可以參考手冊了解。

2.4 數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器 USART_TDR

?

2.5 數(shù)據(jù)接收寄存器 USART_RDR?

只讀，不可寫，保證讀到的是接收到的。

串口的發(fā)送和接收過程舉例：

上、中、下三部分：下是接收數(shù)據(jù)過程、中串口速度控 制（波特率）、上發(fā)送數(shù)據(jù)過程?

?

peripheral BUS：外設(shè)總線

Transmitter： 發(fā)送器

Receiver：? 接收器

Buffer：緩沖

Register：寄存器

FIFO：先入先出??一段空間大小的字符串傳輸，不是一個(gè)字節(jié)；

什么是FIFO？_大fu啊的博客-CSDN博客_fifo

Clock Source：時(shí)鐘源

shifter：位移寄存器

Holding Register：存儲(chǔ)寄存器

Control Unit：控制器

Non-FIFO 一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)傳輸模式

Control unit 控制單元（檢查是否有數(shù)據(jù)、控制移位寄 存器）

TDR 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，控制單元檢測有數(shù)據(jù) 要傳輸，放到傳輸控制寄存器，發(fā)送移位會(huì)一位一位的 發(fā)送出去。

RDR 接收數(shù)據(jù)寄存器：接收數(shù)據(jù)，控制單元檢測有數(shù)據(jù) 要讀取，接收位移會(huì)一位一位的讀取，放到接收控制寄 存器。

Buad-rate generator 波特率產(chǎn)生器（控制接收和發(fā)送 的速度）

ISR 狀態(tài)寄存器（發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)TEX，第7位；接收數(shù)據(jù)狀 態(tài)RXNE，第5位）

TDR 數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器（發(fā)送的數(shù)據(jù)）

RDR 數(shù)據(jù)接收寄存器（讀到的數(shù)據(jù)）

3 USART開發(fā)傳輸控制流程

3.1 USART硬件原理圖分析

注意：如果無法識(shí)別串口，安裝好ch340串口驅(qū)動(dòng)。我分享了一個(gè)鏈接

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1os__C48tMrrgEjYI-e7fUw?pwd=82gt?
提取碼：82gt?

4 實(shí)踐：USART控制——字符傳輸讀 寫

4.1 CubeMX中配置管腳?

設(shè)置PA10和PA9分別收發(fā)管腳使用** ，且需要注意咱們 是用USART(同步異步串行接口)的異步功能，那么這里 要明確去設(shè)置為異步通訊！*

之后要注意配置通訊協(xié)議，默認(rèn)是115200，8N1。

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?4.2 串口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收

4.3?串口傳輸函數(shù)——讀取寄存器方式

在usart.c中編寫一下代碼?

(1) **串口發(fā)送一個(gè)字符:** void Uart_Putchar(uint8_t ch) { //等待TDR為空，表示可寫，ISR這時(shí)TXE是1 while(!(USART1->ISR &(1<<7))); USART1->TDR = ch;//發(fā)送字符 } (2) **串口接收一個(gè)字符:** uint8_t Uart_Getchar(void) { //等待RDR不為空，表示收到數(shù)據(jù)，ISR這時(shí)RXNE是1 while(!(USART1->ISR & (1<<5))); return USART1->RDR;//返回收到的字符 }

在usart.h中聲明函數(shù)?

/* USER CODE BEGIN Includes */ void Uart_Putchar(uint8_t ch); uint8_t Uart_Getchar(void); /* USER CODE END Includes */

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Main.c中編寫測試代碼 char ch = 0; while (1) { ch = Uart_Getchar(); Uart_Putchar(ch); }

?

編譯后再下載到板子上。 板子接上串口線，和電腦連接，設(shè)備識(shí)別為如下端口：

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如果你的串口線接線到電腦正確，但是沒有識(shí)別到端 口，可以嘗試安裝CH340驅(qū)動(dòng)。?

識(shí)別成功后，打開串口助手，配置如下:

配置好后，點(diǎn)擊“打開”，在輸入框里輸入要發(fā)送的字符 串，點(diǎn)擊“發(fā)送”，可以看到接收框內(nèi)收到對應(yīng)得字符串。

?

拓展：實(shí)現(xiàn)字符串輸出函數(shù) void Uart_Putstring(uint8_t *str) {while(*str != '\0'){Uart_Putchar(*str);str++;} }

?4.4 實(shí)踐：USART控制——字符傳輸利用庫

函數(shù) HAL庫中串口的收發(fā)函數(shù) 在工程stm32f0xx_hal_uart.c文件中，定義了串口傳輸 庫函數(shù)。

(1) 串口的發(fā)送函數(shù)

HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart,

uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)；

?

(2) 串口的接收函數(shù)

HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart,

uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)；

打印一行測試：

?

4.5 實(shí)踐6：USART控制——實(shí)現(xiàn)printf()串 口重定向輸出

????????printf函數(shù)的使用一般是在有屏幕的界面上實(shí)現(xiàn)代碼的輸 出調(diào)試功能，而我們的開發(fā)環(huán)境中一般是沒有屏幕的， 此時(shí)我們可以將輸出轉(zhuǎn)移到其他設(shè)備上。在串口開發(fā) 中，就經(jīng)常利用此調(diào)試方法。需要注意的是printf函數(shù)的 傳輸調(diào)用的是c庫中的fputc函數(shù)。因此我們?nèi)绻匦聦?了fputc函數(shù)，就可以改變printf函數(shù)的功能，可以向串 口打印輸出。?

int fputc(int ch,FILE *f) {while((USART1->ISR&(1<<7)) == 0);USART1->TDR=(uint8_t)ch;return ch; }

這里我之前專門寫過一篇介紹輸入輸出重定向的博文：

STM32——我對輸入輸出重定向的理解_宇努力學(xué)習(xí)的博客-CSDN博客_清除txe

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的STM32F051——USART的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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