介紹

串口（UART通用異步收發(fā)器，TTL）通訊是一種設(shè)備間的串行全雙工通訊方式。由于UART是異步傳輸，沒有傳輸同步時(shí)鐘，為了保證數(shù)據(jù)的正確性，UART采用16倍數(shù)據(jù)波特率的時(shí)鐘進(jìn)行采樣。因?yàn)樗啽憬?，因此大部?a target="_blank">電子設(shè)備都支持該通訊方式工程師在調(diào)試設(shè)備時(shí)也經(jīng)常使用該方式輸出調(diào)試信息。

本文詳細(xì)的介紹如何來編寫一個(gè)串口收發(fā)程序，我們采用常用的收發(fā)邏輯，發(fā)送直接編寫函數(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，而接收使用中斷進(jìn)行完成。接收中斷使用接收到一個(gè)字節(jié)和一幀數(shù)據(jù)兩種中斷觸發(fā)方式。

USART中斷

USART 有多個(gè)中斷請(qǐng)求事件。

之所以介紹這個(gè)USART中斷請(qǐng)求，是因?yàn)楹芏嗳嗽诔鯇W(xué)階段，對(duì)串口怎么判斷串口中斷的狀態(tài)不太了解，所以我這里重點(diǎn)來介紹一下。

一般在我們開始和配置完串口中斷后，進(jìn)入串口中斷處理程序的情況會(huì)有很多，我們也可以自己選擇打開哪些串口中斷情況。一般情況下，我們在接受時(shí)主要使用的中斷事件標(biāo)志是RXNE和IDLE。

RXNE是接收中斷，每接收一個(gè)字節(jié)都會(huì)出發(fā)這個(gè)中斷，也是我們用的最頻繁的中斷請(qǐng)求。

IDLE 是空閑中斷，每接收完一幀數(shù)據(jù)，總線就會(huì)暫時(shí)空閑，就會(huì)觸發(fā)這個(gè)中斷。

串口狀態(tài)

串口的狀態(tài)可以通過狀態(tài)寄存器 USART_SR 讀取。USART_SR 的各位描述如下：

這里我們關(guān)注一下兩個(gè)位，第 5、6 位 RXNE 和 TC。

RXNE（讀數(shù)據(jù)寄存器非空），當(dāng)該位被置 1 的時(shí)候，就是提示已經(jīng)有數(shù)據(jù)被接收到了，且可以讀出來了。這時(shí)候我們要做的就是盡快去讀取 USART_DR，通過讀 USART_DR 可以該位清零，也可以向該位寫 0，直接清除。

TC（發(fā)送完成），當(dāng)該位被置位的時(shí)候，表示 USART_DR 內(nèi)的數(shù)據(jù)已經(jīng)被發(fā)送完成了。果設(shè)置了這個(gè)位的中斷，則會(huì)產(chǎn)生中斷。該位也有兩種清零方式：

1. 讀 USART_SR，USART_DR。
2. 直接向該位寫 0。

實(shí)例

需求分析

本項(xiàng)目主要編寫一個(gè)串口收發(fā)的實(shí)例。使用STM32F103C8T6充當(dāng)MCU，在PC上使用串口調(diào)試助手充當(dāng)上位機(jī)。每次PC向MCU下發(fā)一幀數(shù)據(jù)， MCU每接收一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，檢查一下數(shù)據(jù)中是否有指令0x23，當(dāng)接收到指令0x23的時(shí)候，MCU向上位機(jī)發(fā)送“PC”。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完畢后，MCU向上位機(jī)發(fā)送“Receive a frame data”.

串口初始化

串口初始化的一般步驟可以總結(jié)為如下幾個(gè)步驟：

1. 串口時(shí)鐘使能，GPIO 時(shí)鐘使能。
2. 設(shè)置引腳復(fù)用器映射：調(diào)用 GPIO_PinAFConfig 函數(shù)。
3. GPIO 初始化設(shè)置：要設(shè)置模式為復(fù)用功能。
4. 串口參數(shù)初始化：設(shè)置波特率，字長，奇偶校驗(yàn)等參數(shù)。
5. 開啟中斷并且初始化 NVIC，使能中斷（如果需要開啟中斷才需要這個(gè)步驟）。
6. 使能串口。

#include "usart.h"
#include 
#include "stm32f1xx_hal.h
UART_HandleTypeDef huart3
void MX_USART3_UART_Init(void)


  huart3.Instance = USART3;
  huart3.Init.BaudRate = 115200;
  huart3.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart3.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart3.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart3.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart3.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart3.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler()
  __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3,UART_IT_RXNE);//接收中斷使能
  __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3,UART_IT_IDLE);//空閑中斷使能 
}


void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)


  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(uartHandle->Instance==USART3)
  {
    __HAL_RCC_USART3_CLK_ENABLE()
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    /**USART3 GPIO Configuration
    PB10     ------> USART3_TX
    PB11     ------> USART3_RX
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct)
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    HAL_NVIC_SetPriority(USART3_IRQn, 5, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(USART3_IRQn);

我們平時(shí)需要改的其實(shí)就是串口的一些參數(shù)配置。

• BaudRate：波特率
• WordLength;：字長
• StopBits：停止位
• Parity：奇偶校驗(yàn)
• Mode：收/發(fā)模式設(shè)置
• HwFlowCtl：硬件流設(shè)置
• OverSampling：過采樣設(shè)置

串口發(fā)送

串口發(fā)送這里使用的非中斷發(fā)送方式。

/*******************************************************************************
  * @函數(shù)名稱  USART_Send
  * @函數(shù)說明   發(fā)送信息
  * @輸入?yún)?shù)   _UART：串口號(hào)
      data：要發(fā)送的信息的首地址
      len：發(fā)送的長度
  * @輸出參數(shù)   無
  * @返回參數(shù)   無
*******************************************************************************/
void USART_Send(USART_TypeDef *_UART,uint8_t *data,uint8_t len)
{
  for(int i;i

主要使用的是HAL_UART_Transmit(&huart3,&Res,1,0Xffff);

這是一個(gè)阻塞的發(fā)送函數(shù)，無需重復(fù)判斷串口是否發(fā)送完成。發(fā)送每個(gè)字符，直到遇空字符才停止發(fā)送。其中第一個(gè)參數(shù)是串口號(hào)，第二個(gè)參數(shù)是要發(fā)送的數(shù)據(jù)起始地址，第三個(gè)是要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度，第四個(gè)超時(shí)時(shí)間（超過此長度仍未發(fā)送成功則阻塞完畢，停止發(fā)送，函數(shù)執(zhí)行完畢）。

串口接收

這里串口接收使用的是中斷的方式。

中斷的類別在文章的最上邊已經(jīng)介紹過。我們在初始化時(shí)設(shè)定觸發(fā)中斷的類型。本文中設(shè)置的

__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3,UART_IT_RXNE);//接收中斷使能
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3,UART_IT_IDLE);//空閑中斷使能

代表只有接收數(shù)據(jù)和空閑中斷會(huì)觸發(fā)。

在stm32f1xx_it.c中有我們的串口中斷處理函數(shù)。我們將這個(gè)函數(shù)進(jìn)行重構(gòu)。

void USART3_IRQHandler(void)
{
  uint8_t Res;
if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3,UART_FLAG_RXNE)!=RESET
{
  HAL_UART_Receive(&huart3,&Res,1,0Xffff); 
 if(Res==0x23)  
  printf("PC");
}
else if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3,UART_FLAG_IDLE)!=RESET)//空閑中斷（代表這一幀數(shù)據(jù)傳輸完了）
{
  printf("Receive a frame data.");
  __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart3);
}

這里面的幾個(gè)重點(diǎn)，我們來一一介紹。

首先是判斷標(biāo)志位，我們使用HAL庫中的__HAL_UART_GET_FLAG（）函數(shù)，里面有兩個(gè)參數(shù)，前者是串口句柄，后者是具體哪個(gè)標(biāo)志位。

if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3,UART_FLAG_RXNE)!=RESET)用來檢測是否檢測到有單個(gè)字節(jié)的中斷。

if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3,UART_FLAG_IDLE)!=RESET)用來檢測是否有空閑中斷（代表這一幀數(shù)據(jù)傳輸完了）。

重定向printf和scanf

還有一點(diǎn)需要注意的，使用 fput 和 fgetc 函數(shù)達(dá)到重定向 C 語言標(biāo)準(zhǔn)庫輸入輸出函數(shù)必須在 MDK 的工程選項(xiàng)把“Use MicroLIB”勾選上， MicoroLIB 是缺省 C 庫的備選庫，它對(duì)標(biāo)準(zhǔn) C 庫進(jìn)行了高度優(yōu)化使代碼更少，占用更少資源

為使用 printf、 scanf 函數(shù)需要在文件中包含 stdio.h 頭文件。

/**
  * 函數(shù)功能: 重定向c庫函數(shù)printf
  * 輸入?yún)?shù): 無
  * 返 回 值: 無
  * 說    明：無
  */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart3, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

/**
  * 函數(shù)功能: 重定向c庫函數(shù)getchar,scanf
  * 輸入?yún)?shù): 無
  * 返 回 值: 無
  * 說    明：無
  */
int fgetc(FILE *f)
{
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart3, &ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}

效果

1. PC下發(fā)：11 22 33 44

   

2. PC下發(fā)：12 23 34 45