STM32基础之串口通信

串口通讯协议简介：

串口通讯(Serial Communication)是一种设备间非常常用的串行通讯方式，因为它简单便捷，因此大部分电子设备都支持该通讯方式，电子工程师在调试设备时也经常使用该通讯方式输出调试信息。

在计算机科学里，大部分复杂的问题都可以通过分层来简化。如芯片被分为内核层和片上外设；STM32 标准库则是在寄存器与用户代码之间的软件层。对于通讯协议，我们也以分层的方式来理解，最基本的是把它分为物理层和协议层。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。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。

串行通信的分类

1、按照数据传送方向，分为：

**单工：**数据传输只支持数据在一个方向上传输；

**半双工：**允许数据在两个方向上传输。但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；它不需要独立的接收端和发送端，两者可以合并一起使用一个端口。

**全双工：**允许数据同时在两个方向上传输。因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，需要独立的接收端和发送端。

2、按照通信方式，分为：

**同步通信：**带时钟同步信号传输。比如：SPI，IIC通信接口。

**异步通信：**不带时钟同步信号。比如：UART(通用异步收发器)，单总线。

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。其实就是硬件部分。

电平标准：RS232标准、USB转串口、原生的串口到串口

1.RS232标准串口主要用于工业设备直接通信

在设备内部信号是以TTL电平标准传输的，但其抗干扰能力较弱，为了增加串口的通讯距离及抗干扰能力，设备之间是通过RS-232电平标准传输的，而且TTL电平需要经过电平转换芯片才能转化为RS-232电平，经常使用MA3232与SP3232芯片对TTL电平及RS-232电平进行相互转换。

2.USB转串口主要用于设备跟电脑通信

电平转换芯片一般有CH340、PL2303、CP2102、FT232

使用的时候电脑端需要安装电平转换芯片的驱动。

3.原生的串口到串口

原生的串口通信主要是控制器跟串口的设备或者传感器通信，不需要经过电平转换芯片来转换电平，直接就用TTL电平通信。

例如：GPS模块、GSM模块、串口转WIFI模块、HC04蓝牙模块等。

协议层：

协议层主要规定通讯逻辑，内容包含了起始位、主体数据、校验位及停止位，双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据,即软件部分。

1.数据包

串口通讯的数据包由发送设备通过自身的TXD接口传输到接收设备得RXD接口，在协议层中规定了数据包的内容，具体包括起始位、主体数据（8位或9位）、校验位以及停止位，通讯的双方必须将数据包的格式约定一致才能正常收发数据。

2.波特率

由于异步通信中没有时钟信号，所以接收双方要约定好波特率，即每秒传输的码元个数，以便对信号进行解码，常见的波特率有4800、9600、115200等。STM32中波特率的设置通过串口初始化结构体来实现。

3.起始和停止信号

数据包的首尾分别是起始位和停止位，数据包的起始信号由一个逻辑0的数据位表示，停止位信号可由0.5、1、1.5、2个逻辑1的数据位表示，双方需约定一致。STM32中起始和停止信号的设置也是通过串口初始化结构体来实现。

4.有效数据

有效数据规定了主题数据的长度，一般为8或9位，其在STM32中也是通过串口初始化结构体来实现的。

5.数据校验

在有效数据之后，有一个可选的数据校验位。由于数据通信相对更容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验(odd)、偶校验(even)、 0 校验(space)、 1 校验(mark)以及无(noparity)。这些也都可以在串口初始化结构体中实现的。

USART简介

USART(通用同步异步收发器)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，它是在 USART 基础上裁剪掉了同步通信功能，只有异步通信。简单区分同步和异步就是看通信时需不需要对外提供时钟输出，我们平时用的串口通信基本都是 UART。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。

STM32中一共有5个USART，如示：