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STM32片上资源：USART

1.通信接口

（1）通信目的：将一个设备的数据传输到另外一个设备，开展硬件系统。

（2）通信协议：指定通信的规则，通信双方按照协议规则进行数据收发。

名称引脚双工时钟电平设备
USARTTX（数据发送引脚）,RX（数据接收引脚）全双工异步单端点对点
I2CSCL（时钟线）,SDA（数据线）半双工同步单端多设备
SPISCLK（时钟线）,MOSI（主机输出引脚）,MISO（主机输入引脚）,CS全双工同步单端多设备
CANCAN_H（差分数据脚）,CAN_L（差分数据脚）半双工异步差分多设备
USBDP（D+差分数据脚）,DM(D-差分数据脚)半双工异步差分点对点

名词解释：

（1）双工模式：1.全双工：指通信双方能够同时进行通信。（一般有两根通信线）

                           2.半双工：值通信双方只能进行一方对另一方通信，不可双向同时通信。（一

                                                根数据线）

                          3.单工：指数据只能从一个设备到另一个设备，而不能反着来。

（2）时钟模式（作用：比如发送一个波形高电平然后低电平，接收后，如何知道是1100还是10，这时需要一个时钟信号）告诉接收方，什么时候需要接收数据。）

        1.同步通信：要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致，发送端发送连续的比特流。

        2.异步通信：不要求接收端时钟和发送端时钟同步，发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。

        补充：如何判断同步异步：看是否有单独的时钟线，接收方可在时钟信号的指引下进行选择。

（3）电平特性

        1.单端信号：引脚的高低电平是对GND的电压差，所以单端信号的双方必须要共地，就是双方的GND接在同一给地上。

        2差分信号：靠两个差分引脚的电压差来传输信号，在通信时，不需要接GND。

（4）设备特性

        1.点对点：只需双方直接传数据。

        2.多设备：一方对多方，对多方需要有一个寻址的过程，以确定通信的对象。

2.串口通信

（1）串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口i成本低，容易使用，通信线路简单，可实现两个设备的相互通信。

（2）单片机的串口可以是单片机以单片机，单片机与电脑，单片机与各种各样的模块相互通信，极大的扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力。

2.1串口通信的硬件电路

（1）简单双向串口通信，有两根通信线（发送端TX，接收端RX）

（2）TX与RX要交叉连接。

（3）当只需要单向的数据传输时，可以只接一根通信线。

（4）电平标准不一致时，需要加电平转化芯片。

注：

（1）VCC与GND是供电。TX与RX是通信引脚

（2）TX与RX使用的是TTL电平。TX与RX是单端信号，高低电平是相当于GND的，所以，严格上说，GND也算通信线。

2.2 电平标准

电平标准是数据1与数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压和数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种。

2.2.1 电平标准——TTL电平

+3.3v 或 +5v 表示 1

0v 表示 0

注：如果5v器件就使用5v，3.3v器件就使用3.3v

2.2.2 电平标准——RS232电平

-3v ~ -15v 表示 1

+3v ~ +15v 表示 0

注：RS232一般用在大型器件上。

2.2.3 电平标准——RS485电平

注：RS485是差分信号。

两线压差 +2 ~ +6 表示 1

两线压差 -2 ~ -6 表示 0 

优点：抗干扰能力强，通信距离远。

2.3 串口参数及时序

（1）波特率：串口通信的速率。（在二进制下，一个码元为一个Bit，此时波特率 = 比特率 ，若波特率为1000bps，则串口发送速度为1s发1000位）

（2）起始位：标志一个数据帧的开始，固定位低电平（产生下降沿，告诉接收方我要发数据了）

（3）数据位：数据帧的有效载荷，1位高电平，0位低电平，低位先行。

（4）校验位：用于数据验证，根据数据位计算得来。

（5）停止位：用于数据帧间隔，固定位高电平。（产生高电平，告诉接收方我要停止了）

示意图：

2.4 补充：奇偶校验

奇偶校验：用于判断数据传输是否出错。

校验方式：1.无校验

                  2.奇校验

                  3.偶校验

校验原理（奇校验为例）：在数据位9位的数据帧中，第9位为奇偶校验位，保证发送的数据帧的高电平个数为奇数，如果前八位为0x0F，即00001111，则校验位给0，如果前八位为0x1F，即00011111，则校验位给1。接收方接收到数据后，判断数据帧1的个数，如果为奇，则接收，若为偶，则选择丢弃或重传。

3.USART简介

（1）USART（Universal        Synchronous/Asynchronous        Receiver/Transmitter）

                            通用                        同步/异步                                收/发  器

（2）USART是STM32内部集成的硬件外设，可根据寄存器的一个字节数据自动生成数据帧时序，从TX引脚发送出去，也可自动接收RX引脚的数据帧时序，拼接为一个字节数据，存放在数据寄存器里。（USART电路功能）

（3）自带波特率发生器；最高达4.5Mbits/s。

（4）可配置数据位长度（8/9），停止位长度（0.5/1/1.5/2）

（5）可选校验位（无校验，奇校验，偶校验）

（6）支持同步模式，硬件流控制，DMA，智能片，IrDA，LIN。

（7）STM32F103C8T6的USART资源：USART1,USART2,USART3。其中USART1在APB1上，USART2和USART3在APB2上。

（8）串口发送：低位先行

注：

（1）USART的同步模式只是多个时钟输出，且只支持时钟输出，不支持时钟输入。（不支持两个USART之间进行同步通信，所以这个模式更多是为了兼容别的协议或特殊用途而设计的）

（2）波特率发生器：实际上是一个时钟，比如，APB2总线给个72MHZ频率，然后波特率发生器进行合频，得到我们想要的波特率时钟，最后在这个时钟下进行收发，就是我们指定的通信波特率。

3.1 总结：串口参数一般设置

波特率：9600或115200

数据位：8位

停止位：1位

无校验

4.USART框图

由蓝圈和黄圈围住的寄存器工作流程：若在某时刻给TDR写入了0x55数据，也就是0101 0101，此时，硬件监测到了你写入；1数据，它就会检查，当前移位寄存器是不是有数据正在移位，如果没有，这个0101 0101就会立刻全部移入到发送移位寄存器里面，准备发送。当数据从TDR移动到移位寄存器时，就会置一个标志位，叫TXE（TX Empty），发送寄存器空，检查该标志位，如果置1了，我们就可以在TDR写入下一个数据了。

红圈围起的寄存器工作流程：发送移位寄存器会在发生控制器驱动下向右移位，然后一位一位，把数据输出到TX引脚（当数据移位完成后，新的数据会再次自动的从TDR转移到发送移位寄存器中来，若数据移位未完成，TDR数据会进行等待）

发送与接收数据移位寄存器的标志位：

发送移位寄存器的结束标志位：TXE（TX  Empty发送寄存器空）

接收移位寄存器的结束标志位：RXNE（RX not Empty接收移位寄存器未空，当监测到RXNE为1时，就可以把数据读走了）

总结：当数据一旦从TDR转移到移位寄存器了，不管你有没有移位完成，我就立刻把下一个数据放到TDR中等待了，一旦移完了，新的数据就会跟上。

5.USART基本结构

注：

（1）当数据从数据寄存器转移到移位寄存器时，会置一个TXE标志位，我判断这个标志位，接可以知道是不是可以写下一位数据了。

（2）RX的波形通过GPIO输入，在接收控制器控制下，一位一位移入接收移位寄存器，移完一帧后，数据就会同一转运到接收寄存器，在转移时，置一个RXNE标志位，，我们检查该标志位，就可以知道是不是收到数据了，同时，这个标志位也会申请中断（中断作用：在收到数据时，进入中中断函数，然后快速的读取和保持数据了）

6.发送的数据——数据帧

6.1 数据帧——字长设置

字长设置：9位或8位（包含校验位）

设置类型：（1）9位字长，有校验

                  （2）9位字长，无校验

                  （3）8位字长，有校验

                  （4）8位字长，无校验

时钟频率与数据速率一样，接收端可以在时钟上升沿开始采样，这样可以精确定位每一位数据。

为了刚好发一个字节，我们一般选择：9位有校验或8位无校验

6.2 数据帧——配置停止位

设置类型：（1）0.5个停止位

                  （2）1个停止位

                  （3）1.5个停止位

                  （4）2个停止位

6.3 数据帧——波特率发生器

（1）发送器和接收器的波特率由波特率寄存器BRR里的DIV确定。

（2）计算公式：波特率 = Fclkx / （16 * DIV）

                        注：DIV * 16 的原因是：因为数据采集时，为了防止噪声，对采样时钟进行16倍

                                        波特率，采集中间的数据。

如：要求波特率为9600时的DIV

因为USART的时钟Fclk2 = 72MHZ

由DIV = Fclk2 / （16 * 波特率）= 72MHZ / 16 / 9600 = 468.75 = 1 1101 0100.11

6.4 数据帧——发送数据帧

USART_SendBits(USART1,Byte);                                #发数据
while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_HAG_TXE) == RESET)   #等待数据发送完成

6.5 数据帧——接收数据帧

if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == SET)        #等待移位完成
{
    Serial_RxPackage = USART_ReceiveData(USART1);         #开始接收数据
    USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);        #等待接收完成标志位RXNE
}

7.同时发送多个数据帧——数据包

7.1 HEX数据包

HEX数据包类型：（1）固定包长，含包长包尾

                             （2）不固定包长，含包头包尾

如上：包头：0xFF        包尾：0xFE、

固定包长与可变包长选择问题：对应HEX数据包，如果载荷会出现和包头包尾重复的情况，那最好选择固定包长，可以避免接收错误，如果载荷不会和包头包尾重复，那可以选择可变包长。

7.2 文本数据包

文本数据包类型：（1）固定长度，含包头包尾

                             （2）不固定长度，含包头包尾

如上：包头：'@'        包尾：'\r' '\n'

7.3 接收HEX数据包

前言：指定S变量：S变量选择不同模式转变。

static uint8_t RxState    = 0;                #用来表示不同模式
static uint8_t pRxPackage = 0;                #用来判断是否接收够数据

uint8_t RxData = USART_ReceiveData(USART1);    #接收数据，存放到RxData中

if(RxState == 0)               #模式1
{
    if(RxData == 0xFF)
    {
        RxState = 1;
        pRxPackage = 0;
    }
}
else if(RxState == 1)          #模式2
{
    Serial_RXPacket[pRxPackage] = RxData;
    pRxPackage++;
    if(pRxPackage > 4)
    {
        RxState = 2;
    }
}
else if(RxState == 2)          #模式3
{
    if(RxData == 0xFE)
    {
        RxState = 0;
        Serial_RxFlag = 1;
    }
}

7.4 接收文本数据包

static uint8_t RxStatus    = 0;                #用来表示不同模式
static uint8_t i = 0;                #用来判断是否接收够数据

if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == SET)
{
    if(RxStatus == 0)               #模式1
    {
        if(RxData == '@')
        {
            RxState = 1;
            i = 0;
        }
    }
    else if(RxStatus == 1)          #模式2
    {
        if(USART_ReceiveData(USART) == 'r')
        {
            RxStatus = 2;
        }
        else
        {
            Serial_RxPackage[i] = USART_ReceiveData(USART1)
            i++;
        }
    }
    else if(RxStatus == 2)          #模式3
    {
        if(USART_ReceiveData(USART1) == '\n')
        {
            RxStatus = 0;
            Serial_RxFlag = 1;
            Serial_RxPackage[i] = '\0';
        }
    }
}

8.USART相关函数

8.1 标配函数

void USART_DeInit();

void USART_Init();

void USART_StructInit();

void USART_Cmd();

8.2 用于配置同步时钟中输出的

void ClockInit();

void ClockStructInit();

8.3 void USART_DMACmd();

8.4 void USART_SendData()

作用：发送数据（写DR）

8.5 void USART_ReceiveData();

作用：接收数据（读DR）

8.6 标志位标配函数

FlagStatus USART_GetFlagStatus();

void USART_ClearFlag();

ITStatus USART_GetITStatus();

void USART_ClearITPendingBit);

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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