一、前言

二、準(zhǔn)備工作

• STM32F103開(kāi)發(fā)板（我用的是普中的STM32F103ZE開(kāi)發(fā)板）
• cubemx軟件、keil 5（MDK）
• USB轉(zhuǎn)串口模塊（CH340）

三、通信的基本概念

1、通信方式

通信的方式可以分為多種：

• 按照數(shù)據(jù)傳送方式可分為串行通信和并行通信。
• 按照通信的數(shù)據(jù)同步方式，可分為異同通信和同步通信。
• 按照數(shù)據(jù)的傳輸方向又可分為單工、半雙工和全雙工通信。

下面我們就來(lái)簡(jiǎn)單介紹這幾種通信方式。

2、串行通信與并行通信

（1）串行通信

串行通信是指使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。

• 優(yōu)點(diǎn)：傳輸線少，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本低。
• 缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜且速度相對(duì)較慢。

（2）并行通信

并行通信通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行傳送，通常是8位、16位、32位等數(shù)據(jù)一起傳輸。

• 優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單、傳輸速度快。
• 缺點(diǎn)：長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本高且接收方的各位同時(shí)接收存在困難，抗干擾能力差 。

3、異步通信與同步通信

（1）異步通信

異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過(guò)程。
異步通信是以字符（構(gòu)成的幀）為單位進(jìn)行傳輸，字符與字符之間的間隙（時(shí)間間隔）是任意的。

優(yōu)點(diǎn)：不要求收發(fā)雙方時(shí)鐘的嚴(yán)格一致，實(shí)現(xiàn)容易。
缺點(diǎn)：每個(gè)字符要附加2～3位用于起止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高 。

（2）同步通信

同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。實(shí)現(xiàn)方法有外同步和自同步兩種。

優(yōu)點(diǎn)：由于傳輸因此傳輸效率高。
缺點(diǎn)：同步實(shí)現(xiàn)困難且開(kāi)銷大。

4、單工、半雙工與全雙工通信

（1）單工通信

單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅能沿一個(gè)方向，就是一個(gè)設(shè)備只管發(fā)送，一個(gè)設(shè)備只管接收。

（2）半雙工通信

半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個(gè)方向，但需要分時(shí)進(jìn)行。也就是發(fā)送的時(shí)候不能接收，接收的時(shí)候不能發(fā)送。

（3）全雙工通信

全雙工是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸。也就是發(fā)送的時(shí)候可以接收，接收的時(shí)候可以發(fā)送。

5、通信速率

衡量通信性能的一個(gè)非常重要的參數(shù)就是通信速率，通常以比特率(Bitrate)來(lái)表示。
比特率是每秒鐘傳輸二進(jìn)制代碼的位數(shù)，單位是：位／秒（bps）。
例如：每秒鐘傳送200個(gè)字符，而每個(gè)字符格式包含10位(1個(gè)起始位、1個(gè)停止位、8個(gè)數(shù)據(jù)位)，這時(shí)的比特率為：10位×200個(gè)/秒 = 2000 bps

四、STM32F1的USART介紹

1、串口通信簡(jiǎn)介

串口通信(Serial Communication)，是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)之間，通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線、地線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通信方式，屬于串行通信方式。
串口是一種接口標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有規(guī)定接口插件電纜以及使用的協(xié)議。

2、USART簡(jiǎn)介

USART即通用同步異步收發(fā)器，它能夠靈活地與外部設(shè)備進(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)交換。UART即通用異步收發(fā)器，它是在USART基礎(chǔ)上裁剪掉了同步通信功能。STM32F103ZET6芯片含有3個(gè)USART，2個(gè)UART外設(shè)。

3、USART結(jié)構(gòu)框圖

圖片在STM32F1xx中文參考手冊(cè) 通用同步異步收發(fā)器章節(jié)

結(jié)構(gòu)圖重點(diǎn)在框住的部分，通過(guò)寄存器USART_SR的TXE、TC、RXNE位知道串口收發(fā)情況。

4、USART寄存器重點(diǎn)控制位

（1）TXE

TXE位是USART_SR寄存器的第七位，為1時(shí)，TDR寄存器中的數(shù)據(jù)已經(jīng)被轉(zhuǎn)移到移位寄存器，為0時(shí)，TDR寄存器中的數(shù)據(jù)還沒(méi)有被轉(zhuǎn)移到移位寄存器。復(fù)位時(shí)為1，TDR寄存器中有數(shù)據(jù)時(shí)，該位立即為0。

（2）TC

TC位是USART_SR寄存器的第六位，為1時(shí)，移位寄存器中的數(shù)據(jù)發(fā)送完成，為0時(shí)，移位寄存器中還有數(shù)據(jù)。復(fù)位時(shí)為1，需要手動(dòng)清0，或者進(jìn)行讀操作讓其為0。

（3）RXNE

當(dāng)接收完數(shù)據(jù)時(shí)，該位為1，其他時(shí)候?yàn)?strong>0。

5、STM32與PC主機(jī)通信的方法

串口數(shù)據(jù)收發(fā)線要交叉連接，計(jì)算機(jī)的TXD要對(duì)應(yīng)單片機(jī)的RXD，計(jì)算機(jī)的RXD要對(duì)應(yīng)單片機(jī)的TXD，并且共GND。
如下圖：

五、USB轉(zhuǎn)串口模塊

單片機(jī)與電腦進(jìn)行通信需要用到USB轉(zhuǎn)串口模塊，因?yàn)殡娔X上沒(méi)有RXD、TXD引腳，并且電腦還要安裝CH340的驅(qū)動(dòng)。
市場(chǎng)常見(jiàn)的USB轉(zhuǎn)串口模塊：

接上電腦，TX接單片機(jī)的RX，RX接單片機(jī)的TX，電源與地接到單片機(jī)上就可以串口通信了。
電腦上的CH340驅(qū)動(dòng)我放在網(wǎng)盤(pán)上了，有需要自己去下載。
https://pan.baidu.com/s/1bO7mpkwjkB19HXvmD0083Q
密碼：kpa6

六、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)使用串口中斷通信

一、配置步驟

（1）使能串口時(shí)鐘及GPIO端口時(shí)鐘
（2）GPIO端口模式設(shè)置，設(shè)置串口對(duì)應(yīng)的引腳為復(fù)用功能
（3）初始化串口參數(shù)，包含波特率、字長(zhǎng)、奇偶校驗(yàn)等參數(shù)
（4）使能串口
（5）設(shè)置串口中斷類型并使能
（6）設(shè)置串口中斷優(yōu)先級(jí)，使能串口中斷通道
（7）編寫(xiě)串口中斷服務(wù)函數(shù)

二、配置工程

（1）復(fù)制上一章的工程，并重命名為8、串口中斷通信。

（2）進(jìn)入工程文件，進(jìn)入APP文件，新建USART文件夾用來(lái)存放與串口相關(guān)的文件。

（3）打開(kāi)工程，新建文件，并命名為usart.h與usart.c。
①

②

（4）添加文件到目錄，并添加頭文件路徑。
①

②

（5）要使用串口需要添加相應(yīng)的文件。
①

②

三、相關(guān)程序

mian.c

#include "LED.h"#include "Delay.h"#include "System.h"#include "usart.h"/**************************************************函數(shù)名：    main*函數(shù)功能： 主函數(shù)*輸入：     無(wú)  *返回值：   無(wú)**************************************************/int main(){		SysTick_Init(72);	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  //搶占式優(yōu)先級(jí)與響應(yīng)式優(yōu)先級(jí)的分組	LED_Init();	USART1_Init(9600);	while(1)	{		  	}}

usart.h

#ifndef USART_H_#define USART_H_#include "stm32f10x.h"/************串口引腳************/#define USART1_GPIO_Port  GPIOA#define USART1_RX_Pin     GPIO_Pin_10#define USART1_TX_Pin     GPIO_Pin_9/************串口函數(shù)************/void USART1_Init(u32 bound);          //串口初始化void USART_SendBit(USART_TypeDef* USARTx,u16 Data);   //發(fā)送單個(gè)數(shù)據(jù)uint16_t USART_ReceiveBit(USART_TypeDef* USARTx);     //接收單個(gè)數(shù)據(jù)void USART_SendString(USART_TypeDef* USARTx,char *string); //發(fā)送字符串#endif

usart.c

#include "usart.h"/**************************************************函數(shù)名：     USART1_Init*函數(shù)功能：   串口1的初始化*輸入：       bound：波特率   *返回值：     無(wú)**************************************************/void USART1_Init(u32 bound){	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;	USART_InitTypeDef USART_InitStruct;	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;		RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); //時(shí)鐘使能		GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = USART1_TX_Pin;      //發(fā)送引腳	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   //復(fù)用推挽輸出	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //發(fā)送速度	GPIO_Init(USART1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct); //引腳初始化		GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = USART1_RX_Pin;      //接收引腳	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空輸入	GPIO_Init(USART1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct); //引腳初始化		USART_InitStruct.USART_BaudRate = bound; //波特率	USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //無(wú)硬件數(shù)據(jù)流控制	USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx; //收發(fā)模式	USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No; //沒(méi)有校驗(yàn)位	USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;  //一位停止位	USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //8位一個(gè)字節(jié)	USART_Init(USART1, &USART_InitStruct); //初始化串口		USART_Cmd(USART1, ENABLE);  //串口使能		USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);  //接收中斷使能		NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;  //要打開(kāi)的中斷通道	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //搶占式優(yōu)先級(jí)	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;   //相應(yīng)式優(yōu)先級(jí)	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  //NVIC通道使能	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);		USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC); //TC位初始值位1，要先清0}//直接使用串口發(fā)送接收函數(shù)會(huì)出現(xiàn)內(nèi)容覆蓋的問(wèn)題，所以需要我們重寫(xiě)函數(shù)/**************************************************函數(shù)名：      USART_SendBit*函數(shù)功能：    串口發(fā)送函數(shù)*輸入：        Data：發(fā)送的數(shù)據(jù)*返回值：      無(wú)**************************************************/void USART_SendBit(USART_TypeDef* USARTx,u16 Data)   {	USART_SendData(USARTx, Data);		//while(!USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE));  //要等待數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)到移位寄存器	//USART_ClearFlag(USARTx, USART_FLAG_TXE); //清空標(biāo)志位		while(!USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TC));//要等待數(shù)據(jù)全部發(fā)出	USART_ClearFlag(USARTx, USART_FLAG_TC); //清空標(biāo)志位}/**************************************************函數(shù)名：       USART_ReceiveBit*函數(shù)功能：     串口接收函數(shù)*輸入：         USARTx:串口*返回值：       接收到的數(shù)據(jù)**************************************************/uint16_t USART_ReceiveBit(USART_TypeDef* USARTx){	while(!USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_RXNE)); //等待接收的數(shù)據(jù)全部接收	USART_ClearFlag(USARTx, USART_FLAG_RXNE);	return USART_ReceiveData(USARTx);}/**************************************************函數(shù)名：        USART_SendString*函數(shù)功能：      串口發(fā)送字符串函數(shù)*輸入：          USARTx:串口，string：字符型指針*返回值：        無(wú)**************************************************/void USART_SendString(USART_TypeDef* USARTx,char *string){	while(*string)	{		USART_SendBit(USARTx,*string++);	}}/**************************************************函數(shù)名：         USART1_IRQHandler*函數(shù)功能：       串口中斷函數(shù)-將從電腦發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)回給電腦*輸入：           無(wú)*返回值：         無(wú)**************************************************/void USART1_IRQHandler(){	u16 r;	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)  //判斷中斷標(biāo)志	{		r = USART_ReceiveData(USART1);		USART_SendBit(USART1,r);	}}

四、實(shí)驗(yàn)效果

七、HAL庫(kù)使用串口中斷通信

一、cubemx配置工程

(1) 打開(kāi)cubemx，新建工程，選擇自己的芯片。

(2) 配置RCC，選擇外部高速時(shí)鐘。

(3) 配置時(shí)鐘樹(shù)。

(4) 配置串口
①

• Mode：設(shè)置為異步通信(Asynchronous)
• 基礎(chǔ)參數(shù)：波特率為115200 Bits/s。傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8 Bit。奇偶檢驗(yàn)無(wú)，停止位1 接收和發(fā)送都使能 （默認(rèn)的就行）
  ②打開(kāi)串口中斷
  

（5） 工程文件配置并生成工程
①

②

二、常用函數(shù)講解

• HAL_UART_Transmit();串口發(fā)送數(shù)據(jù)，使用超時(shí)管理機(jī)制
• HAL_UART_Receive();串口接收數(shù)據(jù)，使用超時(shí)管理機(jī)制
• HAL_UART_Transmit_IT();串口中斷模式發(fā)送(只觸發(fā)一次中斷)
• HAL_UART_Receive_IT();串口中斷模式接收(只觸發(fā)一次中斷)
• HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式發(fā)送
• HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式接收
• HAL_UART_GetState();判斷接收與發(fā)送是否結(jié)束

相關(guān)參數(shù)：

• UART_HandleTypeDef *huart 串口的別名 如 : 我們使用串口USART1的別名就是huart1。
• *pData 需要發(fā)送的數(shù)據(jù)
• Size 發(fā)送的字節(jié)數(shù)
• Timeout 最大發(fā)送時(shí)間
• HAL_UART_STATE_BUSY_RX,接收完成標(biāo)志
• HAL_UART_STATE_BUSY_TX，發(fā)送完成標(biāo)志

回調(diào)函數(shù)：

• void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//接收中斷回調(diào)函數(shù)
• HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); //發(fā)送中斷回調(diào)函數(shù)
• void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); //串口發(fā)送一半中斷回調(diào)函數(shù)
• void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);//串口接收一半回調(diào)函數(shù)

串口中斷接收完成之后，會(huì)進(jìn)入該函數(shù)，該函數(shù)為空函數(shù)，用戶需自行修改。

三、主函數(shù)程序

#include "string.h"uint8_t Rx_String[100];    //接收字符串?dāng)?shù)組uint8_t Rx_Flag=0;         //接收字符串計(jì)數(shù)uint8_t Rx_buff;           //接收緩存

HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&Rx_buff, 1);   //開(kāi)啟接收中斷

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){	if(huart == &huart1)	{		Rx_String[Rx_Flag++] = Rx_buff;  //接收字符		if(Rx_String[Rx_Flag-1] == 0x0A) //判斷是否接收結(jié)束		{			HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&Rx_String, Rx_Flag,0xFFFF); //字符串發(fā)送			while(HAL_UART_GetState(&huart1) == HAL_UART_STATE_BUSY_TX); //判斷發(fā)送是否完畢			memset(Rx_String,0x00,sizeof(Rx_buff)); //清空接收字符串			Rx_Flag = 0; //清空計(jì)數(shù)器		}		HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&Rx_buff, 1);   //再開(kāi)啟接收中斷	}}

四、實(shí)驗(yàn)效果

八、關(guān)于printf重定向

C語(yǔ)言中printf函數(shù)默認(rèn)輸出設(shè)備是顯示器，如果要實(shí)現(xiàn)在
串口或者LCD上顯示，必須重定義標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)里調(diào)用的與輸出設(shè)備相關(guān)的函數(shù)。比如使用printf輸出到串口，需要將fputc里面的輸出指向串口。
這一過(guò)程就叫重定向。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)
將這段程序加入主函數(shù)中

int fputc(int ch,FILE *p)  //函數(shù)默認(rèn)的，在使用printf函數(shù)時(shí)自動(dòng)調(diào)用{	USART_SendData(USART1,(u8)ch);		while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);	return ch;}int fgetc(FILE *p){  uint8_t ch = 0;  USART_SendData(USART1, ch);  return ch;}

并添加stdio.h頭文件,就可以使用C語(yǔ)言中的printf函數(shù)將字符串通過(guò)串口打印在電腦上了。

對(duì)于HAL庫(kù)
將這段程序加入主函數(shù)中

/**  * 函數(shù)功能: 重定向c庫(kù)函數(shù)printf到DEBUG_USARTx  * 輸入?yún)?shù): 無(wú)  * 返 回 值: 無(wú)  * 說(shuō)    明：無(wú)  */int fputc(int ch, FILE *f){  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);  return ch;} /**  * 函數(shù)功能: 重定向c庫(kù)函數(shù)getchar,scanf到DEBUG_USARTx  * 輸入?yún)?shù): 無(wú)  * 返 回 值: 無(wú)  * 說(shuō)    明：無(wú)  */int fgetc(FILE *f){  uint8_t ch = 0;  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);  return ch;}

并添加stdio.h頭文件,就可以使用C語(yǔ)言中的printf函數(shù)將字符串通過(guò)串口打印在電腦上了。

九、RS232補(bǔ)充說(shuō)明（選看）

1、接口標(biāo)準(zhǔn)

串口通信的接口標(biāo)準(zhǔn)有很多，有RS-232C、RS-232、RS-422A、RS-485等。常用的就是RS-232和RS-485。RS-232其實(shí)是RS-232C的改進(jìn)，原理是一樣的。這里我們就以RS-232C接口進(jìn)行講解。
RS-232C是EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）1969年修訂RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。
RS-232C接口規(guī)定使用25針連接器，簡(jiǎn)稱DB25，連接器的尺寸及每個(gè)插針的排列位置都有明確的定義 。

2、邏輯電平規(guī)定

RS-232C對(duì)邏輯電平也做了規(guī)定，如下：

• 在TXD和RXD數(shù)據(jù)線上，邏輯1為(-3)V到(-15)V的電壓，邏輯0為3V到15V的電壓。
• 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上，信號(hào)有效（ON狀態(tài)）為3V到15V的電壓，信號(hào)無(wú)效（OFF狀態(tài)）為(-3)V到(-15V)的電壓。

由此可見(jiàn)，RS-232C是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，與晶體管-晶體管邏輯集成電路（TTL）以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定正好相反

到這里就結(jié)束啦！