嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)教程-基于STM32F103系列課件第8章-通用同步異步通信USART

1、通用同步異步通信USART微信公眾號：講編程的高老師8通用同步異步通信USART微信公眾號：講編程的高老師8本章目標(biāo)了解串行通信的概念掌握STM32F103xx中USART的結(jié)構(gòu)和功能掌握串口的配置方法掌握使用庫函數(shù)控制STM32F103xx的串口來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的方法本章目標(biāo)了解串行通信的概念目錄/Contents8.1串行通信原理概述8.2STM32F103xx的串口工作原理8.3應(yīng)用案例1：串口查詢方式接收8.4應(yīng)用案例2：串口中斷方式接收8.5小結(jié)目錄/Contents8.1串行通信原理概述8.2STM32目錄/Contents8.1串行通信原理概述一、串行通信的硬件連接二、異步串行通

2、信的數(shù)據(jù)幀目錄/Contents8.1串行通信原理概述一、串行通信的硬串行通信的硬件連接兩臺工作電平標(biāo)準(zhǔn)相同的單片機(jī)之間只需將發(fā)送端（TXD）和接收端（RXD）交叉連接，再將參考零電位引腳相連接串行通信的硬件連接兩臺工作電平標(biāo)準(zhǔn)相同的單片機(jī)之間只需將發(fā)送串行通信的硬件連接單片機(jī)實(shí)現(xiàn)兩個RS-232通信接口的電路通信標(biāo)準(zhǔn)電平標(biāo)準(zhǔn)5V TTL邏輯1： 2.45V邏輯0： 00.5VRS-232邏輯1： -15-3V邏輯0： +3+15V串行通信的硬件連接單片機(jī)實(shí)現(xiàn)兩個RS-232通信接口的電路通串行通信的硬件連接USB轉(zhuǎn)串口后與單片機(jī)通信電路原理圖串行通信的硬件連接USB轉(zhuǎn)串口后與單片機(jī)通信電路原

3、理圖異步串行通信的數(shù)據(jù)幀異步串行通信示意圖字符幀的結(jié)構(gòu)異步串行通信的數(shù)據(jù)幀異步串行通信示意圖字符幀的結(jié)構(gòu)目錄/Contents8.1串行通信原理概述8.2STM32F103xx的串口工作原理8.3應(yīng)用案例1：串口查詢方式接收8.4應(yīng)用案例2：串口中斷方式接收8.5小結(jié)目錄/Contents8.1串行通信原理概述8.2STM32目錄/Contents8.2STM32F103xx的串口工作原理一、USART的結(jié)構(gòu)框圖二、利用庫函數(shù)設(shè)置和使用串口三、數(shù)據(jù)發(fā)送與接收目錄/Contents8.2STM32F103xx的串口工作USART的結(jié)構(gòu)框圖波特率控制中斷控制收發(fā)控制數(shù)據(jù)存儲與轉(zhuǎn)移USART的結(jié)構(gòu)框

4、圖波特率控制中斷控制收發(fā)控制數(shù)據(jù)存儲與轉(zhuǎn)移利用庫函數(shù)設(shè)置和使用串口函數(shù)名 描述RCC_APB2PeriphClockCmd串口時鐘使能及GPIO時鐘使能USART_DeInit串口復(fù)位GPIO_Init串口參數(shù)初始化USART_ITConfig開啟中斷并且初始化NVICUSART_Cmd使能串口利用庫函數(shù)設(shè)置和使用串口函數(shù)名 描述RCC_APB2Peri數(shù)據(jù)發(fā)送與接收函數(shù)名 描述USART_SendData向串口寄存器USART_DR寫入一個數(shù)據(jù)（發(fā)送數(shù)據(jù)）USART_ReceiveData讀取串口接收到的數(shù)據(jù)USART_GetFlagStatus讀取串口狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收函數(shù)名 描述USAR

5、T_SendData向串口目錄/Contents8.1串行通信原理概述8.2STM32F103xx的串口工作原理8.3應(yīng)用案例1：串口查詢方式接收8.4應(yīng)用案例2：串口中斷方式接收8.5小結(jié)目錄/Contents8.1串行通信原理概述8.2STM32目錄/Contents8.3應(yīng)用案例1：串口查詢方式接收一、目標(biāo)二、仿真電路設(shè)計三、運(yùn)行結(jié)果目錄/Contents8.3應(yīng)用案例1：串口查詢方式接收一、案例1目標(biāo)使用STM32F103R6串口1，實(shí)現(xiàn)：能通過查詢方式接收數(shù)據(jù)，每接收到一個字節(jié)，立即向?qū)Ψ桨l(fā)送一個相同內(nèi)容的字節(jié)，并把該字節(jié)的十六進(jìn)制碼顯示在兩位數(shù)碼管上。案例1目標(biāo)使用STM32F10

6、3R6串口1，實(shí)現(xiàn)：能通過查詢仿真電路仿真電路虛擬串口軟件Virtual Serial Port Driver創(chuàng)建COM1、COM2虛擬串口軟件Virtual Serial Port Driv虛擬串口軟件占用COM2，向COM1（單片機(jī)端）發(fā)送數(shù)據(jù)虛擬串口軟件占用COM2，向COM1（單片機(jī)端）發(fā)送數(shù)據(jù)代碼實(shí)現(xiàn)代碼實(shí)現(xiàn)usart.h#include vartypes.h#include stdio.h /為重定向printf函數(shù)作準(zhǔn)備#ifndef _USART_H#define _USART_Hvoid usart_init(Int32U baud);extern Int08U Receiv

7、e_byte;#endifusart.h#include vartypes.husart.c/Filename: usart.c#include includes.hInt08U Receive_byte;void usart_init(Int32U baud) GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/GPIO初始化結(jié)構(gòu)體 USART_InitTypeDef USART_InitStructure;/串口初始化結(jié)構(gòu) RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE

8、);/使能USART1，GPIOA時鐘 USART_DeInit(USART1); /復(fù)位串口1 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; /USART1_TX GPIOA.9 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;/復(fù)用推挽輸出 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);/初始化GPIOA.9 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_

9、Pin_10; /USART1_RX GPIOA.10初始化 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;/浮空輸入 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);/初始化GPIOA.10 USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud;/串口波特率 USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;/字長為8位數(shù)據(jù)格式 USART_InitStructure.USART_StopBits = USA

10、RT_StopBits_1;/一個停止位 USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;/無奇偶校驗位 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;/無硬件數(shù)據(jù)流控制 USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;/收發(fā)模式 USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);/初始化串口1 USART_Cmd(USA

11、RT1, ENABLE);/使能串口1/加入以下代碼,支持printf函數(shù)/fputc函數(shù)重定向 需要包含頭文件stdio.h，并且勾選Options Target對話框Target選項卡中的use MicroLIBint fputc(int ch, FILE *f) USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);/USART1發(fā)送一個字符數(shù)據(jù) while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) = RESET);/等待發(fā)送完畢 return ch;usart_Init()初始化串口usart.c/Filename: u

12、sart.cusarLed.h/Filename: led.h#include vartypes.h#ifndef _LED_H#define _LED_Hvoid LED_Init(void);#endifLed.h/Filename: led.husart.c/Filename: led.c#include includes.hvoid LED_Init(void) GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); /使能PB端口時鐘 GPIO_InitStr

13、ucture.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All; /配置PB全部端口 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;/推挽輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; /IO口速度為10MHz GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);/根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOB LED_Init()初始化數(shù)碼管相關(guān)的IO端口usart.c/Filename: led.cLED_In對system_stm32f10 x.c進(jìn)行修改/void Syste

14、mInit(void) RCC_DeInit();/將外設(shè) RCC寄存器重設(shè)為缺省值 RCC_HSICmd(ENABLE);/使能HSI while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSIRDY) = RESET);/等待HSI使能成功 RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);/設(shè)置AHB時鐘 HCLK = SYSCLK/1 RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div4);/設(shè)置低速速AHB時鐘 RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);/設(shè)置高速AHB時鐘 /設(shè)置 PLL 時鐘源及倍頻系數(shù) RCC_PLLConf

15、ig(RCC_PLLSource_HSI_Div2, RCC_PLLMul_12);/8M/2=4M, 4M*12=48M,在Proteus中要設(shè)置CPU工作頻率為48M，否則串行通信會出錯 RCC_PLLCmd(ENABLE);/使能PLL /等待指定的 RCC 標(biāo)志位設(shè)置成功 等待PLL初始化成功 while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) = RESET); /設(shè)置系統(tǒng)時鐘（SYSCLK） 設(shè)置PLL為系統(tǒng)時鐘源 RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);/選擇想要的系統(tǒng)時鐘 /等待PLL成功用作于系統(tǒng)時鐘的

16、時鐘源 while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0 x08); / 0 x08：PLL作為系統(tǒng)時鐘SystemInit()初始化配置系統(tǒng)時鐘源經(jīng)過測試，在Proteus仿真平臺中，當(dāng)STM32F103xx使用外部晶振（HSE）作為系統(tǒng)時鐘源時，會導(dǎo)致波特率不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致通信失敗。為此，要在system_stm32f10 x.c文件中修改SystemInit函數(shù)。system_stm32f10 x.c文件是非常重要的系統(tǒng)文件，修改時必須謹(jǐn)慎！建議將原來的SystemInit函數(shù)名稱修改為SystemInit0，再增加新的SystemInit函數(shù)。在實(shí)際硬件平臺運(yùn)行程序時，

17、無需對system_stm32f10 x.c文件作這樣的修改。對system_stm32f10 x.c進(jìn)行修改/void main.c/filename:main.c#includeincludes.hint main(void) Int08U led_table16=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e;/共陽字型編碼 Int16U desplay_word;/兩位數(shù)碼管顯示字（兩字節(jié)） Receive_byte=0 x00;/數(shù)碼管顯示初

18、值“00” usart_init(9600);/串口初始化波特率為9600 LED_Init(); /LED端口初始化 printf(Hello USART!);/測試printf是否可用 while(1) if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) != RESET) /接收數(shù)據(jù)位非空標(biāo)志位不為零，即接收到了數(shù)據(jù) Receive_byte = USART_ReceiveData(USART1); /把接收到的數(shù)據(jù)傳送到變量 USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE); /讀數(shù)據(jù)寄存器非空標(biāo)志清除 USA

19、RT_SendData(USART1, Receive_byte);/向串口1發(fā)送相同的數(shù)據(jù) while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET); /等待發(fā)送結(jié)束 desplay_word = (led_tableReceive_byte4 8) | led_tableReceive_byte & 0 x0f; /把剛接收到的字符轉(zhuǎn)換為顯示碼 GPIO_Write(GPIOB,desplay_word);/PB口輸出顯示 在main函數(shù)中調(diào)用usart初始化函數(shù)，配置波特率為9600bps。在while循環(huán)中，用USART_GetFlag

20、Status函數(shù)查詢USART1是否接收到數(shù)據(jù)，如果接收到數(shù)據(jù)，調(diào)用USART_ReceiveData 數(shù)據(jù)把數(shù)據(jù)傳到Receive_byte 變量。接收到的數(shù)據(jù)傳送完成之后，把讀數(shù)據(jù)寄存器非空標(biāo)志清除。調(diào)用了USART_SendData函數(shù)向外發(fā)送一個字符（Receive_byte 變量中的內(nèi)容），把接收到的數(shù)據(jù)重新發(fā)送出去。執(zhí)行發(fā)送后，等待發(fā)送完成標(biāo)志。最后把剛接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為顯示碼，從PB端口輸出。main.c/filename:main.c在main函數(shù)仿真運(yùn)行效果仿真運(yùn)行效果目錄/Contents8.1串行通信原理概述8.2STM32F103xx的串口工作原理8.3應(yīng)用案例1：串口

21、查詢方式接收8.4應(yīng)用案例2：串口中斷方式接收8.5小結(jié)目錄/Contents8.1串行通信原理概述8.2STM32目錄/Contents8.4應(yīng)用案例2：串口中斷方式接收一、安例2目標(biāo)二、仿真電路設(shè)計三、運(yùn)行效果目錄/Contents8.4應(yīng)用案例2：串口中斷方式接收一、案例2目標(biāo)使用STM32F103R6串口1，實(shí)現(xiàn)：通過中斷方式接收數(shù)據(jù)，每接收到一個字節(jié)，立即向?qū)Ψ桨l(fā)送一個相同內(nèi)容的字節(jié)，并把該字節(jié)的十六進(jìn)制碼顯示在兩位數(shù)碼管上電路和調(diào)試方法與案例1相同，只有程序代碼有點(diǎn)差異！案例2目標(biāo)使用STM32F103R6串口1，實(shí)現(xiàn)：通過中斷方程序代碼的不同之處在案例1代碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改串口初

22、始化配置（使能接收中斷）增加串口中斷服務(wù)函數(shù)main函數(shù)中的while循環(huán)內(nèi)刪除串口查詢接收代碼。程序代碼的不同之處在案例1代碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改串口初始化配置usart.c/void usart_init(Int32U bound) GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/GPIO初始化結(jié)構(gòu)體 USART_InitTypeDef USART_InitStructure;/串口初始化結(jié)構(gòu)體 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;/中斷初始化結(jié)構(gòu)體 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USA

23、RT1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);/使能USART1，GPIOA時鐘 USART_DeInit(USART1); /復(fù)位串口1 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; /USART1_TX GPIOA.9 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;/復(fù)用推挽輸出 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);/初始化GPIOA.9 GPI

24、O_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;/USART1_RX GPIOA.10初始化 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;/浮空輸入 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);/初始化GPIOA.10 /Usart1 中斷 配置 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;/設(shè)置串口1中斷 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;

25、/搶占優(yōu)先級3 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;/子優(yōu)先級3 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;/IRQ通道使能 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);/根據(jù)指定的參數(shù)初始化VIC寄存器 USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;/串口波特率 USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;/字長為8位數(shù)據(jù)格式 USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;/一個停止位 USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;/無奇偶校驗位 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;/無硬件數(shù)據(jù)流控制 USART_InitStructur