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2019年09月27日 | STM32学习之旅④ USART串口和上位机通信

2019-09-27 来源：eefocus

一、认识其本质

（一）串口

串口是串行接口 (Serial Interface)的简称，它是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位的传送，按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但传送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米；根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。

（二）协议

所谓协议，就是通信双方约定好的规定，通信双方只有遵守这个规定才能够完成任务。举个栗子就是周幽王烽火戏诸侯，双方约定好以烽火为信号进行通信，但是愚蠢的周幽王为博美人褒姒一笑破坏了这个规定，最后付出的代价是惨重的。可见，通信双方只有遵守协议才能够完成通信。

（三）时序

时序就是协议的实际化，它实质上是一些列的脉冲信号，通信双方将信息按照预先定好的规定（协议）转换成一系列的脉冲信号，通过总线发送给接收方，接收方再将接收到的数据按照规定进行解析，从而得到发送方发送过来的数据。

（四）上位机

上位机和下位机其实是一个相对的概念，上位机指的是可以直接发出操控命令的计算机，一般指PC机，能够显示各种信号变化（液压，水位，温度等），能够将信息直接传递给人。下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机single chip microcomputer/slave computer/lower computer之类的，下位机需要PC机来对其进行控制。

二、所需材料

USB转TTL串口

串口助手，密码：07z7

三、USART的介绍

stm32有丰富的通讯外设，USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）、SPI（Serial Peripheral interface）、I2c（Inter-Integrated Circuit）、CAN（Controller Area Network），因为stm32有完整的且强大的固件库，这使得配置串口的难度大大降低了，和用软件IO口模拟通信时序相比，硬件的支持可以大大提高通信的速率、大大降低出错的概率，从而提高了通信的质量和效率。用IO口模拟USART难度较大，它对延时要求比较苛刻，且出错的概率较大，所以一般很少用IO口模拟USART。IO口模拟I2c比较常见，由于I2c的最高通信速度只有3.4M/s，单片机的IO口速度可以完美驾驭。由于SPI多用于一些较高速的通信，例如LCD、OLED、TFT显示器的写入，EEPROM (Electrically Erasable Programmable read only memory)的写入和读取，用IO口模拟效果不是很理想，所以建议使用硬件自带接口。

关于USART，以下是官方的介绍

这里写图片描述

四、USART串口的配置

先来看一下stm32的系统结构

这里写图片描述

通过对stm32几个模块的操作，我们可以发现stm32外设配置的一些基本套路：打开相应的时钟->配置相应的引脚功能->声明对应的结构体->利用相应的Init函数进行初始化

打开打开USATT1、GPIOA、AFIO的时钟

void usart_config()

{

/*打开USATT1、GPIOA、AFIO的时钟*/

RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_USART1

| RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

/*配置对应的串口引脚*/

usart_release_gpio_init();

/*配置串口中断*/

usart_para_config();

USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC); //清除发送完成标志位

NVIC_Config(); //初始化NVIO

USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口1

}

配置相应的IO口，将其设为复用推挽输出和浮空输入

void usart_release_gpio_init()

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

/*配置PA9为复用推外输出*/

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

/*配置PA10为浮空输入*/

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

}

配置NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller），即内嵌向量中断控制器，它是用来配置中断抢占优先级和从优先级（响应优先级）的

关于抢占优先级和响应优先级区别:

高优先级的抢占优先级是可以打断正在进行的低抢占优先级中断的。

抢占优先级相同的中断，高响应优先级不可以打断低响应优先级的中断。

抢占优先级相同的中断，当两个中断同时发生的情况下，哪个响应优先级高，哪个先执行。

如果两个中断的抢占优先级和响应优先级都是一样的话，则看哪个中断先发生就先执行；

void NVIC_Config(void)

{

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //NVIC 初始化结构体声明

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; //设置串口1 中断

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //抢占优先级0

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //子优先级为0

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

配置串口协议

void usart_para_config(void)

{

USART_InitTypeDef USART_InitStruct;

USART_InitStruct.USART_BaudRate = 115200;

USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;

USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;

USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//8

USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No; //N

USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //1

USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); //使能接收中断

}

五、发送函数

（一）单字节发送

在main函数中调用USART_SendData(USART1, 0x08);这个函数就能够完成单字节的发送了

#include "stm32f10x.h"

#include "stm32f10x_gpio.h"

#include "timer.h"

#include "usart.h"

int main()

{

SystemInit(); //初始化系统，系统时钟设定为72MHz

systick_init(72); //配置systick，中断时间设置为72000/72000000 = 1us

usart_config();

while(1)

{

USART_SendData(USART1, 0x08);

delay_ms(100);

}

打开串口助手就能够看到串口发来的数据了

这里写图片描述

（二）数据流发送

数据流简单来说就是一串连续的信息序列，一串序列中有若干个字节，每个字节分别对应着通信双方预先约定好的数据含义，例如第一位代表地址、第二位代表数据流向、最后一位代表结束标志、其余位代表数据。数据流的长度可长可短，由通信双方确定，但通信的过程中不能够变化。

定义一个协议栈

typedef struct

{

u8 head;

u8 tail;

u8 direction;

u8 data[4];

}send_stack;

send_stack tx_stack;

void tx_stack_init()

{

tx_stack.head = 0xaa; //协议栈头，起始位，1010 1010b

tx_stack.direction = 0x09;//数据流方向，0x09表示从单片机发出

memset(tx_stack.data, 0, sizeof(tx_stack.data));//把tx_stack.data[]全部初始化为零

tx_stack.tail = 0xdd; //协议栈尾，结束位，1101 1101b，栈头和栈尾最好能互补

}

将协议栈内的数据依次发出

void usart_senddata()

{

u8 i;