一、通讯基本概念
1、数据传输的方式
① 串行通讯
指设备之间通过少 量数据信号线(一般是 8根以下),地线以及控制信号线,按数据位形式一位一位地传输数据的通讯方式。就像是单车道的公路,同一时刻只能传输一个数据为的数据。
② 并行通讯
指使用 8、16、32 及 64 根或更多的数据线进行传输的通讯方式,就像多个车道的公路,可以同时传输多个数据位的数据。
③ 两者对比
(不过由于并行传输对同步要求较高,且随着通讯速率的提高,信号干扰的问题会显著 影响通讯性能,现在随着技术的发展,越来越多的应用场合采用高速率的串行差分传输。)
2、数据通讯的方向
① 全双工
在同一时间,两个设备之间可以同时收发数据,如:手机等。
② 半双工
两个设备之间可以收发数据,但不能在同一时刻进行,如:对讲机等。
③ 单工
在任何时刻都只能进行一个方向的通讯,即一个固定为发送设备,另一个固定为接收设备,如:饭卡和读卡器之间,收音机等。
3、通讯的数据同步方式
① 同步通讯
收发设备双方会使用一根信号线表示时钟信号,在时钟信号的驱动下双方进行协调,同步数据,即:发送方发出数据后,等接收方发回响应以后才发下一个数据包的通讯方式。
② 异步通讯
不使用时钟信号进行数据同步,它们直接在数据信号中穿插一些同步用的信号位,或者把主体数据进行打包,以数据帧的格式传输数据,即:发送方发出数据后,不等接收方发回响应,接着发送下个数据包的通讯方式。
二、USART串口通信
1、串口通讯协议简介
① 物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性,确保原始数据在物理媒体的传输
② 协议层主要规定通讯逻辑,统一收发双方的数据打包、解包标准
2、STM32 的 USART 简介
通用同步异步收发器(Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter)是一 个串行通信设备,可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。有别于 USART 还有一个 UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter),它是在 USART基础上裁剪掉了同步通信功能,只有异步通信。USART 在 STM32 应用最多莫过于“打印”程序信息,一般在硬件设计时都会预留一 个USART通信接口连接电脑,用于在调试程序是可以把一些调试信息“打印”在电脑端的 串口调试助手工具上,从而了解程序运行是否正确、如果出错哪具体哪里出错等等
3、USART 功能框图
具体说明请参考野火的 《零死角玩转STM32—F103指南者》,上面的原理和功能部分的概述已经讲得十分详细。或者也可参考这篇文章: link.
三、USART串口通信实践
1.实验环境
野火MINI(STM32F103RC)
IDE:KEIL5 MDK
实验串口:USART1
STM32开发板串口硬件原理图:
2.实验目的
STM32不断的给电脑发送“hello windows!”;只有当输入 “Stop,stm32!”后,STM32才终止向电脑发送消息。
3.新创建三个子文件,bsp_usart.c,bsp_usart.h,main.c,并将三个文件添加到以引入STM32固件库的工程中。
bsp_usart.h代码:
#ifndef __BSP_USART_H__
#define __BSP_USART_H__
#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/******************************************************
串口的宏定义:总线时钟宏和GPIO的宏
*******************************************************/
// 串口USART1
#define DEBUG_USARTx USART1
#define DEBUG_USART_CLK RCC_APB2Periph_USART1
#define DEBUG_USART_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd
#define DEBUG_USART_BAUDRATE 115200
// USART GPIO 引脚宏定义
#define DEBUG_USART_GPIO_CLK (RCC_APB2Periph_GPIOA)
#define DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd RCC_APB2PeriphClockCmd
#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT GPIOA
#define DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN GPIO_Pin_9
#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT GPIOA
#define DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN GPIO_Pin_10
#define DEBUG_USART_IRQ USART1_IRQn
#define DEBUG_USART_IRQHandler USART1_IRQHandler
// 函数
void USART_Config(void);
void Usart_SendByte(USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch);
void Usart_SendString(USART_TypeDef * pUSARTx, char *str);
void delay_ms(uint16_t delay_ms);
#endif /*__BSP_USART_H__*/
bsp_usart.c代码:
#include "bsp_usart.h"
/**************************************************
配置嵌套向量中断控制器NVIC
**************************************************/
static void NVIC_Configuration(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
// 嵌套向量中断控制器组选择
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
// 配置USART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);
}
/**************************************************
USART初始化配置
**************************************************/
void USART_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
// 打开串口GPIO的时钟
DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);
// 打开串口外设的时钟
DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);
// 将USART Tx的GPIO配置为推挽复用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
// 将USART Rx的GPIO配置为浮空输入模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
// 配置串口的工作参数
// 配置波特率
USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
// 配置 针数据字长
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
// 配置停止位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
// 配置校验位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
// 配置硬件流控制
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =
USART_HardwareFlowControl_None;
// 配置工作模式,收发一起
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
// 完成串口的初始化配置
USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);
// 串口中断优先级配置
NVIC_Configuration();
// 使能串口接收中断
USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);
// 使能串口
USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE);
}
/**************************************************
发送一个字节
**************************************************/
void Usart_SendByte(USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch)
{
// 发送一个字节数据到USART
USART_SendData(pUSARTx, ch);
// 等待发送数据寄存器为空
while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
/**************************************************
发送字符串
**************************************************/
void Usart_SendString(USART_TypeDef * pUSARTx, char *str)
{
do
{
Usart_SendByte(pUSARTx, *str++);
}while(*str != '\0');
// 等待发送完成
while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TC) == RESET);
}
/**************************************************
微秒级的延时
**************************************************/
void delay_us(uint32_t delay_us)
{
volatile unsigned int num;
volatile unsigned int t;
for (num = 0; num < delay_us; num++)
{
t = 11;
while (t != 0)
{
t--;
}
}
}
/**************************************************
毫秒级的延时
**************************************************/
void delay_ms(uint16_t delay_ms)
{
volatile unsigned int num;
for (num = 0; num < delay_ms; num++)
{
delay_us(1000);
}
}
/***************************************************
重定向c库函数printf到串口,重定向后可使用printf函数
****************************************************/
int fputc(int ch, FILE *f)
{
// 发送一个字节数据到串口
USART_SendData(DEBUG_USARTx, (uint8_t) ch);
// 等待发送完毕
while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET);
return (ch);
}
/*********************************************************
重定向c库函数scanf到串口,重定向后可使用scanf、getchar函数
**********************************************************/
int fgetc(FILE *f)
{
// 等待串口输入数据
while (USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_RXNE) == RESET);
return (int)USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
}
main.c代码:
#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_usart.h"
// 接收缓冲,最大100个字节
uint8_t USART_RX_BUF[100];
// 接收状态标记位
uint16_t USART_RX_FLAG=0;
/*********************************************************
串口中断函数
**********************************************************/
void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
uint8_t temp;
//接收中断
if(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
// 读取接收的数据
temp = USART_ReceiveData(DEBUG_USARTx);
//接收未完成
if((USART_RX_FLAG & 0x8000)==0)
{
//接收到了0x0d
if(USART_RX_FLAG & 0x4000)
{
// 接收错误,重新开始
if(temp != 0x0a) USART_RX_FLAG=0;
// 接收完成
else USART_RX_FLAG |= 0x8000;
}
// 还未接收到0x0d
else
{
if(temp == 0x0d) USART_RX_FLAG |= 0x4000;
else
{
USART_RX_BUF[USART_RX_FLAG & 0x3FFF]=temp;
USART_RX_FLAG++;
//接收数据错误,重新开始接收
if(USART_RX_FLAG > 99) USART_RX_FLAG=0;
}
}
}
}
}
int main(void)
{
uint8_t len=0;
uint8_t i=0;
// USART初始化
USART_Config();
while(1)
{
if(USART_RX_FLAG & 0x8000)
{
// 获取接收到的数据长度
len = USART_RX_FLAG & 0x3FFF;
printf("你发送的消息为:");
for(i=0; i<len;i++)
{
// 向串口发送数据
USART_SendData(DEBUG_USARTx, USART_RX_BUF[i]);
//等待发送结束
while(USART_GetFlagStatus(DEBUG_USARTx, USART_FLAG_TC)!=SET);
}
printf("\n\n");
if(strcmp((char *)USART_RX_BUF,"Stop,stm32!")==0)
{
printf("stm32已停止发送!");
break;
}
USART_RX_FLAG=0;
memset(USART_RX_BUF,0,sizeof(USART_RX_BUF));
}
else
{
printf("hello windows!\n");
delay_ms(800);
}
}
}
编译后烧录程序,在野火多功能调试程序下运行程序
四、效果演示
五、参考资料
《零死角玩转STM32——mini版本》
链接: link.