USART驱动实验

6.1 STM32串口简介

在之前的51单片机开发中已经详细地描述过串行通信协议，但是51中的串口有一个缺点，就是为了使用串口的波特率必须将晶振更换为11.0592MHz，如果采用12MHz晶振就会导致波特率误差太大，以致于串口无法正常收发，但是如果使用11.0592MHz晶振又会存在定时器计数误差（即定时器计数不准确），在STM32中很好地解决了这个问题，并且扩展了串口的应用。

STM32F103ZET6最多可提供5路串口，有分数波特率发生器、支持同步单线通信和半双工单线通讯、支持LIN、支持调制解调器操作、智能卡协议和IrDASIRENDEC规范、具有DMA等。STM32的USART模块结构框图如下图所示。

我们可以从框图发现，STM32的波特率是低4位表示小数部分，高12位表示整数部分，这就是为什么STM32可以在不更换晶振的条件下使用串口通信。

6.2 相关寄存器

6.2.1 控制寄存器USART_CR1

Bit 13：USART使能

0：USART分频器和输出被禁止

   1：USART模块使能

Bit 12：字长

0：一个起始位，8个数据位，n个停止位

   1：一个起始位，9个数据位，n个停止位

Bit 11：唤醒的方法

0：被空闲总线唤醒

   1：被地址标记唤醒

Bit 10：检验控制使能

0：禁止校验控制

   1：使能校验控制

Bit 9：校验选择

0：偶校验

   1：奇校验

Bit 8：PE中断使能

0：禁止产生中断

   1：当USART_SR中的PE为1时，产生USART中断

Bit 7：发送缓冲区空中断使能

0：禁止产生中断

   1：当USART_SR中的TXE为1时，产生USART中断

Bit 6：发送完成中断使能

0：禁止产生中断

   1：当USART_SR中的TC为1时，产生USART中断

Bit 5：接收缓冲区非空中断使能

0：禁止产生中断

   1：当USART_SR中的ORE或者RXNE为1时，产生USART中断

Bit 4：IDLE中断使能

0：禁止产生中断

   1：当USART_SR中的IDLE为1时，产生USART中断

Bit 3：发送使能

0：禁止发送

   1：使能发送

Bit 2：接收使能

0：禁止接收

   1：使能接收，并开始搜寻RX引脚上的起始位

Bit 1：接收唤醒

0：接收器处于正常工作模式；

   1：接收器处于静默模式

Bit 0：发送断开帧

0：没有发送断开字符

   1：将要发送断开字符

6.2.2 波特率寄存器USART_BRR

Bit 15~Bit 4：波特率整数部分

Bit 3~Bit 0：波特率小数部分

注：波特率的计算公式

6.2.3 数据寄存器USART_DR

Bit 8~Bit 0：数据值

包含了发送或接收的数据。由于它是由两个寄存器组成的，一个给发送用TDR，一个给接收用RDR，该寄存器兼具读和写的功能。当USART_CR1中PCE位被置位进行发送时，写到MSB的值(根据数据的长度不同，MSB是第7位或者第8位)会被后来的校验位取代。当使能校验位进行接收时，读到的MSB位是接收到的校验位。

6.2.4 状态寄存器USART_SR

Bit 9：CTS标志（如果设置了CTSE位，当nCTS输入变化状态时，该位被硬件置高，由软件将其清零）

0：nCTS状态线上没有变化

   1：nCTS状态线上发生变化

Bit 8：LIN断开检测标志（当探测到LIN断开时，该位由硬件置1，由软件将其清零）

0：没有检测到LIN断开

   1：检测到LIN断开

Bit 7：发送数据寄存器空

当TDR寄存器中的数据被硬件转移到移位寄存器时，该位被硬件置位，对USART_DR的写操作，将该位清零。

   0：数据还没有被转移到移位寄存器

   1：数据已经被转移到移位寄存器

Bit 6：发送完成

当包含有数据的一帧发送完成后，并且TXE=1时，由硬件将该位置’1’。然后写入USART_DR清除该位。

   0：发送还未完成

   1：发送完成

Bit 5：读数据寄存器非空

当数据被转移到USART_DR寄存器中，该位被硬件置位。对USART_DR读操作可以将该位清零。

   0：数据没有收到；

   1：收到数据，可以读出

Bit 4：检测到总线空闲

当检测到总线空闲时，该位被硬件置位，则产生中断。先读USART_SR，然后读USART_DR清除该位。

   0：没有检测到空闲总线

   1：检测到空闲总线

Bit 3：过载错误

当RXNE仍然是1的时候，当前被接收在移位寄存器中的数据，需要传送至RDR寄存器时，硬件将该位置位，先读USART_SR，然后读USART_CR清零。

   0：没有过载错误

   1：检测到过载错误

Bit 2：噪声错误标志

在接收到的帧检测到噪音时，由硬件对该位置位。先读USART_SR，再读USART_DR清0。

   0：没有检测到噪声

   1：检测到噪声

Bit 1：帧错误

当检测到同步错位，过多的噪声或者检测到断开符，该位被硬件置位。先读USART_SR，再读USART_DR清零

   0：没有检测到帧错误

   1：检测到帧错误或者break符

Bit 0：校验错误

在接收模式下，如果出现奇偶校验错误，硬件对该位置位。依次读USART_SR和USART_DR清零，在清除PE位前，软件必须等待RXNE标志位被置1。

   0：没有奇偶校验错误；

   1：奇偶校验错误

6.3 printf函数重映射

学习C语言的时候会经常用到一个函数，就是格式化输出printf，这个函数的源代码如下所示。

从上图可以看出来，printf函数实际上的核心是putchar函数，在KEIL中，由于我们使用了MicroLIB，所以putchar函数改为了fputc函数，此时，我们只需要修改fputc函数就可以完成printf重定向，重定向代码如下图所示。

6.4 串口例程

使用printf函数将串口接收到的字符串发送出去。

（1）底层寄存器文件stm32f10x.h添加串口寄存器地址。

（2）在SYSTEM目录下新建usart1目录，并在usart1目录下新建usart1.c和usart1.h两个文件。

（3）将usart1.c和usart1.h两个文件加入工程。

（4）在usart1.c文件内写入以下代码。

（5）在usart1.h添加以下代码。

（5）在1.c文件中添加以下代码。

6.5 实验结果